忘れられた放射線気象学。スキーム、説明

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忘れられた放射線気象学。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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なぜ忘れられたのでしょうか？それにしても、この科学とは何なのでしょうか？定義上、放射気象学は、気象（気象）プロセスと大気中の電波伝播プロセスとの関係を研究する科学です。ただし、この定義に与えられた意味は、無線工学の発展の歴史を通じて何度か変化しました。

A. S. ポポフの最初のラジオ受信機が雷探知機として使用されたことを思い出してください。つまり、ラジオの最初の実用的な使用はラジオ気象学でした。雷の放電によって引き起こされる電波放射パルスである大気の観測は、20 ～ 30 年代に非常に普及しました。たとえば、スイスの物理学者ルジョンの装置が知られています。これはアトモラジオグラフと呼ばれ、ポポフ雷検出器を気象風速計と組み合わせて改良したものです [1]。観測は広い伝播範囲を持つ超長波（周波数数十キロヘルツ）で行われたため、熱帯を含む遠隔の雷雨活動の発生源を記録することが可能でした。

第二次世界大戦中、スイスは気象情報源から遮断されていたが、大気観測のおかげでフロリダ沖でもサイクロンの発生を記録することができた。これらのサイクロンは大西洋を横断し、その後ヨーロッパの天気を決定しました。その後、大気の発生源をより正確に特定するために、1957 年から 1959 年にかけてルジョングループが組織されました。チューリヒとスバールバル諸島の観測所。 4200 km を基点とする方向探知により、北半球のほぼ全体で雷雨を記録することが可能になりました。

大気観測技術は、受信パルスを耳ではなく CRT 画面に表示する方向探知受信機が登場してから大幅に向上しました。最新の雷方向探知機のブロック図を図に示します。 1]。これは、受信周波数 (例: 2 kHz) に同調されたバンドパスフィルター Z1 ～ Z3 と増幅器 A27 ～ A1 を備えた 3 つの同一のチャネルを含む直接増幅受信機です。 1 つのチャネルは直角に交差した WA2 および WA3 ループアンテナ (磁気アンテナも同様に使用できます) から信号を受信し、4 番目のチャネルは WA1 全方向性ホイップアンテナから信号を受信します。 2 番目のチャネルの信号はリミッター UXNUMX によって振幅が制限され、最初の XNUMX つのチャネルに設置された XNUMX つの同期検波器 UXNUMX および UXNUMX の動作のモデルとして機能します。

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同期検波器の出力では、復調された信号は電波の到来角度のサインとコサインに比例します。デバイス U5 および U6 で適切な増幅と形成を行った後、CRT の水平偏向板と垂直偏向板にそれらを適用すると、ループアンテナを備えたチャネルの電圧比の逆正接に比例するビーム偏向角、つまり波の到来角の方位角が得られます。方向探知機の初期調整は、基準信号回路内のループアンテナと U3 移相器を回転させることによって実行されます。

ご覧のとおり、方向探知機は非常にシンプルで、回転アンテナ用のモバイルデバイスは含まれていませんが、かなり高い精度で方位角を決定できます。スクリーン上の大気は、スクリーンの中心から方位に応じた方向にビームが放出されて観測され、その放出長が大気の振幅に相当します。このようにして、大気の極強度図が形成されます。台風やハリケーンは鋭い最大値を示しますが、雷雨の前線領域では方向の最大値が広く、強度はそれほど高くありません[1]。

雷の方向を検出する技術は、どういうわけか国内の文献では適切に報道されておらず、アマチュア無線ではまったく取り上げられていません。同時に、雷雨、ハリケーン、スコール、にわか雨を予測し、その発達を観察することは、特に農村部では非常に重要です。アマチュア無線家の活躍の場は広いようです。

電波気象学のもう 20 つの側面は、大気中の無線信号の通過の観察に関連しています。 30 年代と XNUMX 年代には、ラジオの受信が気象状態に関係していることは当然のことと考えられていました。無線通信士の間では、「天気が良い - 受信状態が悪い、天気が悪い - 良い！」という兆候さえありました。同時に、長波、中波、短波（LW、SW、HF）の伝播と気象条件との関係を証明するため、多くの研究と研究が行われました。アマチュア無線家のG.I.カザコフ（タシケント）、M.A.ベナシュビリ（トビリシ）、L.S.レオノフ、A.P.シチェティニン（モスクワ）が参加した。彼らの観察は非常に貴重な結果をもたらしましたが、今ではそれについて知る人はほとんどいません。

大祖国戦争中は電波気象学を行う時間はありませんでしたが、レーダーが開発され、デシメートル波、センチメートル波、そしてその後のミリ波の範囲が習得され、50～60年代にはすでに対流圏の屈折や対流圏の不均一性による散乱によるVHFの長距離伝播に関する理論的および実験的研究が行われ、対流圏導波路の存在が発見されました。レーダー反射は、雲、降水帯、さらには「晴天」、つまり屈折率の大きな変動がある対流圏の部分から受信されました。

したがって、対流圏における VHF の伝播と反射を研究する「第 3 の」電波気象学がすでに形成されています [1930]。無線送信機を備えた気球を使った大気の研究も含まれることがよくあります。教授のシステムの有名なラジオゾンデを思い出してみましょう。モルチャノフは XNUMX 年 XNUMX 月に初めて打ち上げられました。その設計は非常に成功し、何年も経った後でもほとんどの国内気象観測所で使用されました。

戦後に主流となったのは、この電波気象学にレーダー気象学を加えたもので、極東、南西、南西部に関連する古い電波気象学に完全に取って代わりました。著名な科学者ペダーセンとオースティンも、1927 年から 1931 年にかけて「偶然」これに貢献しました。彼は、DW、SW、および HF の分布が気象条件から独立していることを支持しました (実際、彼らの結論はヨーロッパの観測所の活動をアメリカで観察した結果であり、このようなオープンスペースではいかなる種類の気象も発生するため [1]、依存することはあり得ません)。

それ以来、電波伝播の科学では、どの教科書にも載っている規定が確立されました。DW、SW、KB の伝播は天候とは関係がなく、電離層のパラメータは太陽と地球の磁場のプロセスによってのみ決定され、これらの範囲での電波の長距離伝播は電離層の状態によって決まります。対流圏の影響はVHFとSHFでのみ観測されます。

以前は、これらの行の作者もこのことを確信していましたが、実際のいくつかの事例がこの確信を大きく揺るがしました。

最初の症例は、モスクワから100キロ南にあるセルプホフ近くの測地試験場で発生した。夏の午後、長波でモスクワのラジオ局を聞いていたとき、信号レベルが 12 dB 以上振れ、数秒の周波数で変動していることに気づき、驚きました。受信がAGCのない干渉レベルメーターで行われたのは役に立ちましたが、地球波によって短距離を伝播するときにLW上でフェージングする入力信号レベルの矢印インジケーターがありました。そんなはずはない！しかし、矢は頑固に鱗の上を歩き回った。まったく当惑しながらテントを出ると、空に巨大で美しい入道雲が南から近づいてくるのが見えました。雲の速度と波長を比較すると、フェージングが通常の地上波と雲からの反射波の干渉によって引き起こされていることが明らかになりました。

千島列島の間の海峡で科学的作業を行っていた水路調査船で別の事故が発生した。大規模な人口密集地から離れているにもかかわらず、空気は満ちていました。北東には日本の放送局がたくさんあり、極東のハバロフスク、ペトロパブロフスク・カムチャツキー、ウラジオストク、マガダンではよく聞こえました。しかし、ある晴れた朝（いつものように霧がかかっていました）、病室の受信機が極東と北部で何も受信することを拒否したため、修理するように私に電話がありました。受信機は正しかった。船の無線オペレーターと大型通信受信機で空気を聞いたところ、前述の無線局の信号はほぼ完全に吸収され、ペトロパブロフスク・カムチャツキーの無線局の搬送波のみが電信モードで3,5点で受信された、というより推測されていることがわかりました。エーテルは XNUMX MHz 以上の周波数でのみ復活し、KB の通常の送信が観察されました。極東と北東部ではXNUMX日間、「戦車の中のように耳が聞こえなくなった」状態で、徐々にしか通路は回復しなかった。

何年も経って、著者はモスクワ州立大学の科学者ドミトリー・ニコラエヴィチ・ナシロフが主に 1 年代と 20 年代の研究結果に基づいて書かれた素晴らしい本 [30] を手に入れました。文献で初めて、私は地球の全く異なる地域、つまりアルハンゲリスクからフランツ・ヨーゼフ・ランド（FJL）までのペルセウス遠征船の航海中に起きた同様の事件について読みました。メキシコ湾流の暖流から冷たい北極海へ出ると、南にあるすべてのラジオ局がかろうじて聞こえるか、まったく聞こえなくなったことが注目されました。しかし、FJLに近づくと、聴覚は回復し、同時に水文学者はメキシコ湾流の別の暖かい噴流の出現に注目しました。観測者らは、冷たい水域に侵入する暖流の上にある強力で広範囲にわたる霧の層での電波の屈折によって「沈黙のゾーン」を説明した。状況は千島列島でも同様であることに注意してください。日本列島から来る暖かい黒潮流がオホーツク海の冷たい水と衝突します。

当時、クリル・コラ効果の説明は評判の高い科学者によって支持されておらず、そのような事実の多くは依然として電波伝播に関する教科書に掲載されていません。しかし、事実は頑固なもので、屈折、反射、導波路伝播の現象は、VHFだけでなくLW、SW、HFでも観察されることが実験によって確認されています。

この点で、放送局の電界強度の観察は非常に興味深いものです。たとえば、アメリカの研究者 R. コルウェルは、ピッツバーグ市から 170 km の距離にあり、この市のラジオ局の電界強度を波高 305 メートルで測定し、気象条件と 98 パーセントの相関関係を確立しました。 1939年に彼自身のグループは、高度1614 ... 3492,5 kmであっても、電離層Eよりもはるかに低い対流圏層からのHF（周波数1および2.3 kHz）での反射を実験的に受信しました。反射係数の測定値は、高度10...4kmに常に存在する、もやの形の薄い雲の場合は約12-16、温暖前線の雲の場合は約0,001...0,05であり、しばしば寒冷前線を伴う強力な積雲と雷雲の場合は0,7まで増加する可能性があります（！）。

忘れられたラジオ気象学

雷雨時のラジオ局の電界強度の変動は多くの人が注目しました。例として図 2 に示します。図 1209,6 は、キエフのラジオ受信局 (図 2、a) と雷雨時 (図 2、b) のキエフ (標高 1 メートル) のラジオ局の記録を示しています。この変動は、低高度で空気のイオン化が増加した領域が出現することで説明できます。しかし、雷雨がない場合でも、たとえば温暖前線の接近により、左西と北東の電界強度が全体的に増加しますが、寒冷前線は急激な変動やフェージングを引き起こし、信号損失につながる可能性さえあります。

非線形効果は大気中でも観察され、受信した無線局の搬送波に「オーバーレイ」の形で現れます。 M. A. ベナシュビリは 1938 年に、さまざまな方向と距離から受信した中西および中西無線局の信号の「オーバーレイ」の性質によって大気前線の位置を決定することを提案しました。したがって、電波の経路にある寒冷前線はパチパチ音やカチッという音を発生させ、温暖前線はカサカサ音を立て、背景はしっかりしています。

エーテルに注意深く耳を傾け、電波伝播のプロセスを研究するときに現れる最も興味深い現象の多くを、XNUMXつの記事で再語ることは不可能です。この出版物の目的は、コンピュータと衛星通信の時代にどういうわけか失われ、半ば忘れ去られていたこれらの現象にアマチュア無線家の注意を引くことです。宇宙電波の放射さえも、日常的に電波干渉の測定作業を行っていた普通の無線技術者によって発見され、HF の長距離伝播はアマチュア無線家によって発見されたことを思い出すのは不必要ではありません。

文学

ナシロフ D.N. 放射線気象学。 - M.:ナウカ、1966年。
Baru N. V. et al. 無線方向探知機 - 雷雨付近の距離探知機。 - L.: ギドロメテオイズダット、1976 年。
B. R. Bean および E. J. Dutton. Radiometeorology. - L .: Gidrometeoizdat, 1971.

著者: V.Polyakov、モスクワ

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