|
NAUČÍME SE PŘEDVÍDAT VÝSKYT SPORADICKÉ VRSTVY E? [1985] Václav, OK2-19518 O problematice tzv. short-skipů způsobených občasně se vyskytujícími hustě koncentrovanými jádry v ionosférické oblasti E přinesly naše časopisy v uplynulých 40 létech mnoho zpráv a článků. Za všechny připomeňme nedávný výstižný a ucelený přehled v [1]. Obliba spojení, ale i poslechů uvedeným způsobem šíření radiových vln, zvláště v oblasti nad 30 MHz i po létech nijak neklesá. Naopak dochází ke stále lepším a zajímavějším rekordům a je možno tvrdit, že k novým objevům, především kombinačních tras šíření signálů. Snahy o amatérský výzkum na tomto poli, jak se zdá, mají své opodstatnění. Na začátku vzpomeňme naše průkopnické pokusy v poválečných létech na tehdy ještě povolených 56 MHz. Prvému letnímu spojení se stanicemi F a G v srpnu 1946 předcházely poměrně dlouhé pokusy a přípravy, což byla ovšem hlavně otázka zařízení, jejich malých výkonů a teprve sbíraných zkušeností. Více o tom je v [2]. V 50. létech se podařilo první spojení na 145 MHz, zatímco Mirek OK1FA, v té době upoután na lůžko těžkou nemocí, systematicky sleduje televizní signály z různých evropských zemí na kmitočtech 40 až 60 MHz. Nasbírané zkušenosti pak vědecky zpracoval kolektiv v čele s Jirkou OK1GM. Dále se veškeré zprávy soustřeďují převážně na vysoké kmitočty 2-metrového pásma, kde jsou z principu šíření překonávány největší vzdálenosti. Využitelnost vrstvy Es je však široká, začíná už na KV a podle dnešních pokusů vrcholově přesahuje 200 MHz. V úseku mezi 29 a 145 MHz přišli amatéři v Evropě o veškerý kmitočtový příděl, a to je škodo zejména z hlediska využitelnosti vrstvy Es. t to přirovnat k představě, jakoby na KV měla stačit pásma 160 a 10 metrů pro plné využití možností vrstvy F2. Proto nezbývá, než se soustředit též na signály TV, rozhlasu FM i dalších služeb, které zmíněný kmitočtový rozsah využívají, a to bylo a je předmětem práce mnoha RP. Nedá se říci, že by šlo o nezajímavou specializaci, jak vyplývá např. z [3]. Počínaje r. 1977 byla většina příjmových záznamů shromažďována do ucelených přehledů jako výčet nejzajímavějších signálů i graf dosažených MOF v jednotlivých dnech letní sezóny. V dalších létech došlo ke zpracování příspěvků pro výzkum vrstvy Es v rámci I. oblasti IARU a též první samostatné snahy o statistická srovnávání s různými fyzikálními jevy. Nedošlo sice k žádným novým objevům, nicméně závěry se jeví zajímavé i užitečné. Jak je známo, nejbohatší činnost vrstvy Es se odehrává v letních měsících. První dny s výskytem signálů na 145 MHz objevujeme v květnu, ve druhé polovině srpna nastane často rychlý konec. Pro nižší kmitočty je uvedené období samozřejmě delší. Začátek připadá, a to asi ne právě náhodou, na datum kolem 23. dubna, kdy Země prochází dráhou meteorického roje Lyrid. Následuje kratší pokles a začátkem května se stane vrstva Es nad Evropou takřka denním hostem. Od srpna činnost nejprve podstatně a pak velmi pozvolna přerušovaně slábne. Hlavně ve dvou předchozích létech jsme objevili mnoho ojedinělých zářijových a říjnových dnů s nečekaně vysokým MOF.
Obr. 1 ukazuje měsíční výskyt vrstvy Es, jak ji registrovala jedna z ionosférických stanic v DL v rozsahu 2 let. Na svislé ose jsou % hodin pozitivního měření z celkového počtu hodin v měsíci. Diagram dobře vystihuje hlavní zásady ročního průběhu aktivity vrstvy Es, kdy vyniká letní maximum, jarní minimum a podružné zimní vrcholení. Autor v [4] obě maxima vztahuje přímo ke slunovratům a při hlédneme-li k ověřenému faktu, že na jižní polokouli panuje obrácený stav, najdeme určitou logiku.
Na dalším diagramu v obr. 2 vidíme roční průběh pozorovaných signálů šířících se pomocí vrstvy Es v našich zemích za jednotlivé měsíce r. 1984. Měřítkem je % dnů se signály z celkového počtu dnů v měsíci. Horní křivka se týká všech signálů nad 27 MHz a spodní nad hranicí 100 MHz. Ze srovnání obou diagramů vyplývá dobrý vztah pro měření a našich amatérských sledování. Nejbohatší roční období výskytu vrstvy Es za r. 1984 můžeme ohraničit dny 22.4. o 24.10. Z uvedeného bloku 156 dnů byly sledovány signály nad 30 MHz celkem ve 113 dnech (72 %) a z toho značná část negativních připadá na konec dubna a pak na září a říjen. Z nejbohatších měsíců pak můžeme vyčíslit za květen 10 dnů, kdy nebyl pozorován žádný výskyt, v červnu se už jednalo o pouhé 3 dny, v červenci 4 a v srpnu 9. Letních dnů, v nichž neuslyšíme žádné short-skipové signály nad 30 MHz je vždy méně než třetina a v prázdninových měsících je doslova štěstí takový „hluchý“ den objevit Ve zmíněných 113 aktivních dnech dostoupil MOF kmitočtu televizního kanálu R1 (či E2 - asi 50 MHz) během 98 dnů, kanálu R2 (či E3 - asi 60 MHz) po 69 dnů, ve 39 dnech se podařilo zaznamenat signály v pásmech rozhlasu FM a 21-krát bylo zapsáno překročení 100 MHz. Pokud došla všechna hlášení z 2-metrového pásma, dosáhl sem MOF pro nás v 9 dnech: 21.5., 7., 8., 17. a 24.6., 22 až 24.7. a 6.8. Zprávy o sledování z větších územních oblastí jsou bohatší. V [5] je např. uvedeno za sezónu 1983 v červnu 11 a v červenci 12 dnů s MOF nad 145 MHz. Hlášení z většiny Evropy v [6] za r. 1984 hovoří o 2 dnech již v květnu, 13 v červnu, 8 za červenec a 5 v srpnu. V otázce směrovosti si povšimněme tabulky země dnů %
G 54 48
F-ON-PA-DL 34 30
SM-LA-OH 35 31
I-SV 44 39
EA-CT 56 50
UA-UB-UC-U2-U6 62 55
HZ-A6-3V-CN-EP-YK 14 12
Z2 2 2
Snadno z ní odvodíme, že vznik a působení vrstvy Es převažuje v prostoru zeměpisných šířek 40 až 55° N. Zatímco předpokládané reflexní body (v polovině trasy signálu) leží asi od 45 do 50° nejčastěji, severnější oblasti asi nad 52° vykazují už jen poloviční výskyt. Působnost v jižnějších směrech je trochu zkreslena relativně řidší síti vysílacích stanic v s Africe a na Blízkém východě, ale pravidelné signály z EP, A6, UA6 atp. ukazují na. dvojskoky, takže časté působení vrstvy Es jižně od 40° N je dost zřejmé.
Četnost signálů během dne názorně ukazuje obr. 3. Pro každou hodinu je v něm vyčíslen součet dnů se signály za celý r. 1983. Vrstva Es začíná vznikat na kmitočtech, které nás zajímají (nad 30 MHz) záhy po rozednění, po dvou hodinách nabírá již značnou intenzitu, kterou ještě zvyšuje do dopoledního maxima a následuje zajímavý polední pokles, nápadně se podobající průběhu křivky foF2 (zmíněná ionosférická oblast, jak známo, snižuje kolem letního poledne intenzitu ionizace vlivem vertikálního proudění za značného ohřevu při malém zenitovém úhlu Slunce). Průběh vrcholí odpoledním maximem a pokračuje pozvolným poklesem během první poloviny noci. Ještě dodejme, že podle profesionálních registrací činnost vrstvy Es ve druhé půli noci zcela neustává, ale uplatňuje se spíše menší koncentrace a signály se vyskytují na nižších kmitočtech, většinou jen řádu KV. V jednotlivých měsících letní sezóny se však průběhy jeví odlišně. Analýza údajů z let 1983-84 vedla k následujícím společným charakteristikám: květen — tvorba vrstvy Es až později odpoledne, maximum bývá v poledne ±2 hodiny, večerní činnost je slabší, noční ojediněle; červen — proti předchozímu měsíci zřetelně bohatší výskyt, a to již od časných ranních hodin, zřetelná formace do dopoledního a odpoledního maxima, větší večerní setrvačnost; červenec — nejbohatší záznamy kvantitativně i kvalitativně, opět denní maxima přerušená poledním úbytkem, večerní a noční registrace rovněž bohatší než v červnu; srpen— libovolnější, ale nižší denní variace, zřetelně vyšší noční činnost; září — téměř vyrovnaná denní a noční aktivita, charakteristická odpoledním minimem; říjen — zřetelný přechod do nočního maxima, ještě důslednější minimum odpoledne. Závěry pocházejí především z registrací v rozsahu KV a není tu rozlišován parametr hustoty, od nějž pak můžeme odvodit MUF, popř. MOF. Přesto se zdá užitečný závěr, že v květnových začátcích nalézáme nejpříhodnější čas výskytu vrstvy Es v odpoledních hodinách, zatímco v závěru sezóny se situace takřka mění v opak. Vliv geomagnetické aktivity byl zkoumán zejména na přehledech z let 1983 a 1984. Srovnání pozorovaných MOF nad 80 MHz a příslušných 3-hodinových geomagnetických indexů K nepřineslo žádný nápadný vztah. Porovnáním denní aktivity vrstvy Es a celodenních indexů A se určitá souvislost rýsuje. Zhruba v první polovině sezóny často nastupují jednotlivá maxima výskytu vrstvy Es v době zvýšené geomagnetické aktivity po předchozím klidu. Ve druhé půli letního období pak spíše převládá možnost obráceného vlivu, kdy dny s vyššími MUF následují po předcházejících geomagnetických zvýšeních a poruchách v rozsahu klidných dnů. Na první souvislost upozorňoval Aleš OK2-18728 a principu jsem použil ve formě pokusné prognózy dnů s vysokým MUF vrstvy Es v rámci několika týdenních předpovědí šíření KV pro amatérskou veřejnost, které jsem v létě 1984 vydával v zastoupení OK1HH. V několika případech byla předpověď úspěšná, ale celkově pravděpodobnost nepřesáhla zhruba 50 %, takže se nedá mluvit o valném úspěchu. Nicméně souvislost, o to hlavně s nižšími kmitočty se nedá vyloučit a tak vyvstává zajímavý námět pro další studium. Nejpozoruhodnějším poznatkem z loňské sezóny je až překvapivě nápadný vztah našich pozorovaných signálů, tady jde hlavně o vyšší kmitočty, s dynamikou tlakových útvarů nad evropským kontinentem a okolím. O vlivech tlakových výší na vrstvu Es se už hodně napsalo, praxe možná příliš zjednodušila a zkreslila vztahy naprostou zásadu, „že to chodí při vysokém tlaku, tj. jen když je pěkně". Předem chci podotknout, že zjištěnou souvislost vrstvy Es se synoptickou situací nepovažuji za nový objev, ale za námět pro praktické amatérské sledování a pokusy o předpovídání Z výchozího materiálu [7] posloužily mapky označené jako absolutní topografie hladiny 500 hPa. Hlavní rysy vývoje tlakových útvarů ve zmíněné relativně velké výšce nad zemským povrchem (kolem 5500 m) byly vepsány do vícedenních bloků společně se záznamy MOF vrstvy Es, aby vynikla souvislost. Ukázalo se ‚ že výskyt silně koncentrované vrstvy Es se nápadně shoduje s obdobími, kdy rozsáhlé a víceméně stabilní tlakové výše nad azorskou oblastí Atlantiku a Saharou mohutní, rozpínají se a uplatňují svůj vliv nad Evropou, nejčastěji nad okrajovými oblastmi kontinentu. Azorská výše zpravidla ovlivňuje západní evropské pobřeží a africká často vypíná „jazyky“ do středu kontinentu nebo k jeho východní straně. A právě ve dnech takového působení nalézáme signály s vyššími MOF, třebaže v našich zemích současně převládá právě naopak cyklonální počasí, tedy oblačnost, přechody front, déšť, ale to není samozřejmě podmínkou. V posuzování situace je potřeba zdůraznit fakt, že tlakové poměry ve výšce 5000 m se mnohdy dost odlišují od obecnější a dostupnější přízemní situace. Dále si musíme uvědomit, že samotné rozpínání jižních tlakových výší musí být též podmíněno tlakovou tendencí ve vyšších šířkách, dominující tu bude známý zásadní vývoj počasí na severní polokouli daný tvorbou cyklón v polární oblasti a postupným chodem k jihovýchodu. Z konkrétnějších zahraničních studií uveďme závěry Mela W2BOC v [4] o vysledovaném pohybu vrstvy Es nejčastěji ve směru od JV k SZ průměrnou rychlostí 290 km za hodinu, což bylo pozorováno na východním pobřeží Severní Ameriky. Lokalizace reflexních bodů připadla na oblasti mimo velké tlakové výše a dále Mel dokumentuje, že se občas shodovala s oblastmi bouří a dokonce silných tornád, a to především v souvislosti s vyššími MOF nad 100 MHz. Vše tedy nasvědčuje, že vysoce koncentrované oblasti vrstvy Es nemají statický ráz a vznikají především nad místy, kde pozorujeme prudší změny tlaku. Není to pochopitelně jediná podmínka vzniku vrstvy Es.
Situace z loňského nejbohatšího dne 8. června, který má většina z nás jistě dosud v paměti, vidíme na obr. 4. Nákres tlakového vývoje v 500 hPa z [7] odpovídá času 0000 UTC. Během několika předchozích dnů došlo k propojení azorské anticyklóny se samostatným výškovým jádrem nad severním Atlantikem a současně se prohlubovala mohutná tlaková níže severně od Evropy. Ve dnech 7. až 9. června se expanze vysokého tlaku z jihu nejvíce projevila nad Evropou od západu, ale též na východní straně od Malé Asie (viz obr. 4). Podobně jako v mnoha dalších dnech sezóny 84 to byla pravděpodobně jedna z nepřímých, ale dobře pozorovatelných příčin tvorby vrstvy Es. Z oboru co nejvyšších kmitočtů, které je schopna vrstva Es při vrcholové elektronové koncentraci ještě odrazit, jsou v [4] uvedeny vzácné případy registrace signálů v USA v tamním amatérském pásmu 220 MHz. U nás slyšel Aleš OK2-18728 francouzskou televizi kolem 180 MHz. Další známý vliv na tvorbu vrstvy Es - rozptyl částic meteorických rojů prakticky dokumentují příjmy z 9. 8. 1984 s typickými parametry short-skipového šíření, avšak s charakterem meteorických pingů. Vraťme se ale ještě k nižším kmitočtům s pokusem stanovit princip šíření zachycených televizních signálů ze Z2 a 5Z, opět z Alešova deníku. Zmíněný příjem se dařil zejména začátkem sezóny v květnu a během následujícího měsíce možnosti zřejmě skončily. Utvrzuje mne to v názoru, že mohlo jít o mechanismus transequatonálního šíření, které jak známo vrcholí v období rovnodennosti. Podle uvedené domněnky v březnu v dubnu nejlépe funguje šíření TEP, ale současně probíhá roční minimum výskytu vrstvy Es. Během května pak rovníkový efekt slábne, zatímco činnost vrstvy Es prudce vzrůstá a proto se vyskytne několik kombinačně příznivých dnů, než možnost šíření TEP s přibližujícím se zdejším letním slunovratem prakticky zanikne. Zbývá potom otázka opětného zlepšení v podzimních měsících, do nichž často vrstva Es krátkodobě přetrvává, ale výrazně. Předpoklad využití zhuštěných oblastí F2, které se vyskytují symetricky severně a jižně od magnetického rovníku, je založena na názoru, že pouze pomocí takového dvojskoku dorazí signál do Evropy v přijatelných útlumových mezích a zkreslení při náročné televizní šíři pásma. Kdybychom uvažovali několikanásobný odraz od vrstvy Es, jejíž příznivé rozložení nad většinou území Afriky by bylo podmínkou, jednalo by se v případě 5Z o skok nejméně trojnásobný a u Z2 o čtyřnásobný. Skutečná cesta signálu bude patrně složitější s uplatněním troposférických refrakcí difrakcí a vlnovodů (duktů), hlavně co do napojení jednotlivých skoků o příznivých úhlů k tomu potřebných. Zmíněné úkazy předpokládáme v oblastech středozemí či severní Afriky. Schéma předpokládané cesty signálu ukazuje obr. 5.
Všechny uvedené vysledované i převzaté poznatky by chtěly přispět k prohloubení zkušeností v popisované a nesporně pozoruhodné partii radiového šíření všem, kdož rádi experimentují, pravidelně a cílevědomě, byť třeba jen poslouchají. Za nasbírané podklady je nutné poděkovat na prvním místě Alešovi OK2-18728, dále Ondrejovi OK3AU, Zdeňkovi OK1-21470, Luďkovi OK1-21469, Jožovi OK3-16841, Járovi z RK OK2KGU, Vláďovi OK1-19129, Petrovi OK1MGW a mnohým dalším spolupracovníkům včetně Karla Honzíka z Plzně a ing. Vojtěcha Taláka z Buchlovic. OK2-19518 Literatura: [1] OK3AU: Šírenie VKV odrazom od sporadickej vrstvy E; Radioamatérský zpravodaj č. 9/1979 [2] OK2MV na 56 Mc; Krátké vlny č. 10/1946 [3] OK1MG: Dálkový příjem přes vrstvu Es; Amatérské rádio č. 5/1983 [4] W1JR: VHF-UHF World; Ham Radio č. 6/1984 [5] Klein C.: Statistische Auswertung der Sporadic E logs 1983; Reflexion č. 44/ /1983 [6] Summary Es Report - Season 1984; DUBUS č. 4/1984 [7] Denní přehled počasí; ČHMÚ Praha
RADIOAMATÉRSKÝ ZPRAVODAJ 4/1985 v roce 2007 přepsal a upravil pro web OK2KKW Matěj OK1TEH |
