做一个读懂太阳的火腿,短波无线电通讯的必杀技,读懂太阳数据图-传播参数的来源

打开网页,你就看到了数据图上充满沸腾等离子体的燃烧火球,它也是传播之源,它在图片中被一系列科学术语围在当中。当海维塞德和肯内利在1902发现太阳电离我们大气层为电波反射层这个秘密后,太阳活动对于任何一位对无线电感兴趣的人来说都非常重要。

你在许多网站上看到的数据图就是了解这个秘密的窗口,它们由保罗.赫曼,N0NBH提供。保罗曾在美国海军陆战队作为雷达/无线电技术员服役,并获得电子应用科学准学士学位。他活跃于多种形式的通联活动,包括数据包(AX.25)通讯、卫星通联、中继通联、短波通联、UV段通联和Echolink通联。他搜集了多种科学源头的信息并整合了这些信息于他的数据图上。保罗的网站(www.hamqsl.com/solar.html 也可以使用本站的查询http://www.ts-ham.com/core/live_solar_data)提供了20种不同的数据图,可用于不同的网页页面。图一所示为QRZ.COM网站所用的数据图。图中列出了17种参数,且把覆盖80-10米波段分成4组来显示高频传播状况。

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总体来说,保罗提供的这些多种不同的数据图都可以显示24个太阳数据。20种不同的数据图都列出了一系列的参数,这些参数被分为太阳参数和地磁参数两类。这些参数看起来很科学的样子,可能还有点吓人。只需要稍微学习点背景知识,你就可以理解这些术语表示的是什么意思,并且能够知道你最爱的波段的传播状况。

太阳参数

数据图上的太阳参数表明了由太阳产生的、撞击地球的电磁能量和粒子能量的不同类型。太阳在制造能量时,就变成了又大又坏的家伙。太阳先生释放出频谱范围下至短波频率、上至X射线的电磁辐射,进而形成持续的噪声和电离能量。这些电离又引起了一系列的粒子辐射。粒子辐射影通过电子和质子流不断撞击地球大气层和地球磁场,从而影响传播;有时太阳又会打个打喷嚏,把有数十亿吨的太阳物质刮向地球,也就是我们所说的日冕物质喷射(CME)。

下面就来详细说说上图所示的信息。

太阳辐射指数(SFI)

SFI测量的是太阳产生的2800MHz辐射量。这个值(图中为148)会在每天的太平洋标准时间1200测量一次,通常的变化范围在60-300之间。2800MHz频率的噪声不会直接影响传播,但它和太阳的紫外线及X射线电离具有相关性,并且容易测量。

太阳黑子数(SN)

在SFI值得右边,是我们的老朋友太阳黑子数(143)。太阳黑子数不是简单的太阳上的黑子数目,太阳黑子数的计算要考虑到尺寸、数量和黑子群组的状况。SN值得变化范围为0-250。SN值越大,撞击地球大气层的紫外线和X射线辐射就越高。也这是这些辐射的电离效应,生成了电离层的D、E、F层。由于电离层电离增加会导致最大可用频率增加(MUF),因此当SN和SFI值增加时就意味着E和F层电离的增加,这也就意味着短波传播条件的改善。

X射线密度(XRY)

这个值测量的是撞击地球的高频X射线的密度。图一中的XRY值是B6.2,字母B表示以W/m2为单位的最低级别的X射线能量。数字6.2表示的系数。对图一来说,B6.2对应着撞击地球的X射线能量为6.2X10-6 W/m2。

这些X射线穿过电离层的F层,主要影响D层的电离程度,并对E层电离会有一定的影响。通常D层会吸收1.8-5MHz的信号;而7-10MHz的信号穿越D层时会被衰减,但它们最终会穿过E层和F层。然而当X射线的密度增加到M和X级别时,D层电离程度会更剧烈。白天时的D层会完全吸收10MHz以下的信号,而当高能量X射线活动发生时,增强的D层电离会吸收掉全部短波信号,甚至更高频率的信号。极端条件下会导致地球白天区域的DX通联完全中断几个小时。

304A

这个值(164.4)是304埃(也就是30.4纳米)波长太阳辐射的相对强度,这个波长的频率位于紫外线频谱内。这个波长的辐射对F层电离量起到一半的影响作用,304A的值还和SFI值具有相关性,因此304A的值增加会提高F层传播能力。

星际间磁场强度(BZ)

BZ值(-2.2)表示的是星际间磁场的值和方向,变化范围在-50到50之间。正值表示的是星际间磁场方向和地球磁场相同,而负值则表明和地球磁场方向相反。当星际间磁场值为负数时,星际间磁场会和地球磁场冲突,减弱地球磁场的屏蔽效果,增加太阳粒子(电子和质子)的作用效果。这就意味着会增加电离层扰动和地球磁场扰动。

太阳风(SW)

太阳风值是吹向地球的带电粒子的速度值,单位是km/s。SW值得变化范围在0-2000之间,典型值是375。太阳风速度越高,电离层受到的压力越大。当SW值超过500km/s时,太阳风会扰动地球磁场,进而扰动电离层的F层。最终的导致的结果是电离量的减少和短波传播变弱。

质子通量(PF)

质子通量值(0.2)是指地球磁场内的质子密度。这些质子撞击地球磁力线并沿着磁力线进入地球两极地区。通常来说PF值级别会低于10,当PF级别升高后,增加的这些撞击地球磁力线的质子,会沿着磁力线以漏斗状向两极运动,并最终增加极地区域的电离层浓度。当PF级别达到10000时,穿越极地的信号路径会遇遭到衰减。如果PF级别增加到100000或者更高时,就用S5-超级太阳辐射风暴来表示。达到S5级别时,穿越两极的信号会遭遇部分或者全部中断。

需要注意的是,不穿越极地的信号不受PF级别的影响。但是要记得,在确定信号路径是否会穿越及地区域时,要用等距离方位投影地图,而不是常用的墨卡托投影地图。有些软件就是用墨卡托投影地图来建立传播路径。

电子通量(EF)

电子通量(72.8)是地球磁场内的电子浓度值。电子通量对电离层的影响效果和质子通量相似,当EF达到或者超过1000级别时,穿越极光的信号路径会有衰减。

信噪级别

信噪级别(S1-S2)表示的是当太阳风和地球磁场相互作用时,产生的噪声量。

日冕物质喷射(CME)

这个数据是预测地球会遭受日冕物质喷射活动的日期和时间。图一表明没有预测到日冕物质喷射活动。当预测有日冕物质喷射发生时,用不同的颜色表示其强度。绿色表示微弱,黄色表示中等,红色表示剧烈。

地磁信息

地球磁场的状态信息在两方面对传播构成重要影响。地球磁场扰动级别的增加会减弱F层传播,使得短波传播变得更加困难。与此同时,极光出现的几率会更高,因此VHF段的极光传播会得到加强。

A指数和K指数

在图一中,地球磁场的状态用用A指数和K指数来表示。
K指数(2)是通过对全球8个地磁观测站每3小时观测的地磁扰动取平均值而得到的。这8个值表示的是地球磁场扰动级别的平均值。K指数被转换为0-9之间的整数对数值。K值增加预示着地球磁场扰动增加,如果K值超过4则预示着地磁暴发生。
A指数值(006)来源于K指数,每3小时的K值被以数学方式成比例放大,并转换为在0-400之间变化的线性值。A指数值本质上是之前UTC日期的地磁扰动值,而K指数则是当前值。

极光(AUR)

极光指数值(6)变化范围在1-10之间,来源于撞击极地区域能量的千兆瓦数字。如果这一能量级别增加,极地区域的F层电离就会加剧。极光指数值增加也会导致极光椭圆区向低纬度地区移动,发生南极光和北极光的几率增加。极光活动的出现会使得10米到70厘米波段信号传播增强,与此同时穿越极地路径的短波信号传播可能会中断。

纬度

极光纬度,也就是发生极光活动的最低纬度值。
波尔多站最大可用频率(MUF Bdr)
表示的是在特定时间点(1945UTC)时位于科罗拉多的波尔多站测得的最大可用频率(36.11)值。
地-月-地衰减(EME Deg)
表示的是地-月-地电波路径上以dB为单位的衰减量。EME衰减(一般)定义如下:非常厉害(>5.5dB)、厉害(>4dB)、一般(>2.5dB)、良好(>1.5dB)、优异(<=1.5dB)。

地球磁场(Geomag Field)

地球磁场级别(平静/quiet)表是的基于K值得地球磁场平静及活动的程度。从不活动到剧烈磁暴分为9个级别,当地磁达到有风险(Major)、严重(severe)或者剧烈磁暴(Extreme Storm)级别时,短波通讯会中断,同时也可能会导致极光活动发生。

复杂的物理数据

可能你会说,还有许多描述太阳和地球之间相互作用物理学数据存在,这些数据就和追逐稀有DX台的堆积一样那么乱。希望本文能为你厘清在各个网站看到的传播数据图数据的意思,并对你理解电离层起到一定帮助。

作者/AG1YK,史蒂夫.山特.安德烈
翻译/BH4SRC,邵业传

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