Спорадическое распространение E, по своему названию, является спорадическим и непредсказуемым по своей природе, но оно позволяет радиосигналам проходить на гораздо большие расстояния и часто на более высоких частотах, чем это обычно возможно через ионосферу.
Спорадический E или Es — это способ распространения радиоволн, который возникает время от времени. Как видно из названия, спорадическую Е нелегко предсказать. Это происходит время от времени и может повлиять на радиосвязь на частотах от нескольких МГц до частот, намного превышающих ожидаемые. Это часто может повлиять на частоты в нижней части спектра ОВЧ, где такие службы, как УКВ FM-вещание и PMR, могут испытывать повышенный уровень помех. В некоторых случаях это может повлиять на радиосвязь на частотах около 150 МГц, а иногда и выше. Спорадический E обычно не используется для целей радиосвязи (хотя его используют радиолюбители) из-за спорадического характера его появления, и на него нельзя полагаться. Вместо этого следует отметить его появление, поскольку оно может привести к повышенному уровню помех, поскольку сигналы распространяются на гораздо большие расстояния, чем обычно можно было бы ожидать.
Основы спорадического E
Спорадический E, Es, возникает, когда в области E ионосферы образуются интенсивные облака ионизации. Уровень ионизации примерно в пять раз превышает уровни, достигаемые во время пика цикла солнечных пятен, когда они обычно были бы максимальными. Высокий уровень ионизации, вызванный Sporadic E, позволяет преломлять сигналы в УКВ-диапазоне спектра этими ионизированными облаками — могут быть затронуты частоты до 150 МГц. Уровни ионизации также означают, что потери особенно низки — часто передатчики малой мощности можно услышать через спорадические E.
Когда образуются спорадические облака ионизации E, интенсивность неуклонно нарастает. Сначала это влияет на частоты в нижней части радиоспектра, а затем повышается. Самые высокие частоты, которые могут быть затронуты, будут зависеть от ряда факторов, включая уровень ионизации, который будет варьироваться от одного облака к другому. Еще один фактор, характерный для спорадических облаков E, заключается в том, что они могут становиться непрозрачными ниже определенной частоты, в зависимости от состояния облака. Кроме того, критическая частота значительно варьируется во времени и пространстве, что очень затрудняет ее использование в коммерческих системах радиосвязи.
Уровень ионизации для любого данного облака будет неуклонно повышаться, достигать своего пика, а затем снова падать. В результате они могут воздействовать на более высокие частоты только на короткое время. На более высоких частотах сигналы могут распространяться в течение нескольких часов, тогда как в другое время условия могут возникать только в течение нескольких минут.
Спорадические ионизированные облака E
Спорадические облака E сильно различаются по размеру, а также по интенсивности ионизации. Некоторые облака могут достигать нескольких метров в поперечнике, в то время как другие были замечены более чем в 200 км в поперечнике. Обычно они встречаются в регионах от 90 до 120 км, хотя могут простираться намного выше.
Форма также различается — некоторые из них имеют примерно круглую форму, имеющую примерно одинаковые размеры в обоих направлениях поперек них, а другие длинные и тонкие. Хотя фактические формы не имеют большого значения, они в некоторой степени объясняют, почему некоторые станции могут испытывать спорадическое распространение E, тогда как другие могут его не ощущать, или области, в которых станции могут слышать, совершенно разные. Облака также удивительно тонкие. Сама область E охватывает высоты в несколько десятков километров. Многие спорадические облака E могут иметь толщину всего несколько десятков метров. В результате отражения возникают в результате чрезвычайно резкого изменения электронной плотности. Другие облака могут быть намного толще и иметь гораздо более определенный уровень ионизации, что обычно приводит к отражениям.
Мало того, что образование спорадических облаков E происходит почти случайно, они также перемещаются в результате ветров в верхних слоях атмосферы. Ветры достигают скорости до 400 км в час. Это движение может привести к относительно быстрому изменению спорадического скачка E — источник слышимых сигналов/помех будет меняться в течение относительно короткого периода времени.
Спорадические расстояния E пропуска
Спорадические облака E формируются в нижних областях региона E. В результате максимальное расстояние, на котором обычно слышны сигналы, составляет около 2000 км. Очевидно, что более короткие расстояния более нормальны, хотя минимальное расстояние определяется требуемой степенью преломления. Для более коротких расстояний требуются более высокие углы излучения, а для этого требуется большее преломление, чтобы сигналы отражались обратно на Землю. Хотя спорадические облака E имеют тенденцию быть случайными и не такими распространенными, как нормальная ионизация области E или области F, было обнаружено распространение с двойным скачком, особенно на более низких частотах, где более широко распространено отражение от облаков.
Влияние спорадического E на распространение ВЧ
Хотя может показаться, что Sporadic E обеспечивает улучшение некоторых ВЧ-связей, а также позволяет коммуникациям/помехам распространяться на частотах далеко в ОВЧ-часть спектра, он также может привести к ухудшению некоторых ВЧ-связей.
Очень высокий уровень ионизации в облаках будет отражать любые сигналы в ВЧ-диапазоне радиоспектра. Это может помешать им достичь более высоких областей F, тем самым лишив их возможности достигать гораздо больших расстояний. В этих условиях сигналы ближнего действия будут обнаружены, когда ожидаются сигналы дальнего действия. Однако прерывистый характер спорадических облаков E и тот факт, что облака очень подвижны, означает, что любые эффекты, вероятно, будут относительно кратковременными.
Возникновение спорадического E
Возникновение спорадической Э очень трудно предсказать. Однако было собрано большое количество статистических данных о его возникновении.
Установлено, что возникновение спорадических форм Е варьируется в зависимости от региона планеты:
- Умеренные районы: в умеренных регионах, т. е. в средних широтах между экваториальными районами, это происходит в основном летом. В северном полушарии месяцы с мая по август дают наибольшее количество открытий с пиком в июне. Небольшой пик также отмечается в декабре. Аналогичная картина наблюдается и в эквивалентные месяцы с ноября по февраль в южном полушарии. Как правило, частоты, расположенные далеко за пределами ОВЧ-части спектра, затрагиваются только в середине спорадического сезона E, т. е. главным образом в июне и июле в северном полушарии.
- Полярные регионы: в полярных регионах происходит то, что часто называют авроральным спорадическим E, и опять же между сезонами мало различий, обычно это происходит утром.
- Экваториальные области: В экваториальных регионах спорадическое появление Е происходит в основном в дневное время, и, как можно было ожидать из-за местоположения, в течение всего года разница незначительна. Его появление также более часто, чем в регионах с умеренным климатом, и в результате считается, что механизм его образования может быть несколько иным.
Можно построить очень приблизительную кривую появления спорадического E в регионах с умеренным климатом в течение года. Это следует рассматривать как приблизительное руководство только ввиду изменений в зависимости от местоположения и спорадического характера режима распространения.
Время суток также оказывает большое влияние на возникновение спорадической инфекции E. В зонах с умеренным климатом в течение дня можно наблюдать два основных пика. Один происходит около полудня, а другой около 19.00. Во второй половине дня количество открытий немного уменьшается, а ранним утром и ночью их значительно меньше. Графики служат наглядной иллюстрацией, но, учитывая спорадический характер и изменения в разных местах, их следует рассматривать только как приблизительное руководство.
Механизм Sporadic E
Механизм спорадической E не совсем понятен. Считается, что может быть несколько явлений, которые приводят к его образованию:
- Метеоры: есть некоторые основания полагать, что одним из явлений, вызывающих спорадические E, является попадание метеоров в атмосферу. Обычно метеоры сгорают в районе Е, и здесь может быть какая-то связь.
- Электрические бури: они могут простираться на большой высоте, и электрические эффекты возникают намного выше облаков. Считается, что они могут поставлять энергию для формирования спорадических E-облаков.
- Авроральная активность: появление спорадических E зимой ночью также связано с авроральной активностью. Это, безусловно, относится к спорадическим полярным сияниям E, которые являются результатом попадания энергичных электронов в атмосферу из маджентосферы.
- Ветры в верхних слоях атмосферы: некоторые теории предполагают, что силы сдвига, вызванные быстро движущимися ветрами в верхних слоях атмосферы, могут вызывать эти интенсивные облака ионизации, особенно в температурных регионах.
Существует множество теорий о природе их образования. Вполне возможно, что несколько различных физических явлений вызывают очень похожие формы спорадических высоких уровней ионизации в области Е. Соответственно, может быть несколько типов явлений спорадической ионизации, которые все объединены под одним и тем же заголовком «Спорадическая Е». Эта идея подтверждается тем фактом, что спорадический Е, встречающийся вблизи экватора, более стабилен, чем спорадический Е, встречающийся в более высоких широтах. Есть и другие отличия. Собирается больше данных о его возникновении, и это, вероятно, расширит наше понимание этого явления и позволит делать более точные прогнозы.
Была отмечена одна интересная связь, поскольку оказалось, что цикл солнечных пятен оказывает некоторое влияние на спорадический E в умеренной зоне. Было замечено, что количество открытий увеличивается в период минимума солнечных пятен. Спорадический E представляет собой особенно интересную форму распространения радиосвязи. Будучи спорадической по своей природе, ее труднее изучить и понять – связать следствие с причиной непросто, и в результате спорадическая Е окружена некоторой таинственностью.