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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Vergessene Radiometeorologie. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Warum vergessen? Und was ist das überhaupt für eine Wissenschaft? Radiometeorologie ist per Definition die Wissenschaft vom Zusammenhang zwischen meteorologischen (Wetter-)Prozessen und den Prozessen der Radiowellenausbreitung in der Atmosphäre. Die Bedeutung dieser Definition hat sich jedoch im Laufe der Entwicklungsgeschichte der Funktechnik mehrmals geändert. Erinnern wir uns daran, dass der erste Funkempfänger von A. S. Popov als Blitzdetektor verwendet wurde, d. h. der erste praktische Einsatz von Radio war die Radiometeorologie! Die Beobachtung der Atmosphäre – durch Blitzentladungen verursachte Funkemissionsimpulse – verbreitete sich in den 20er und 30er Jahren ziemlich weit. Bekannt war beispielsweise ein Gerät des Schweizer Physikers Lujon, ein sogenannter Atmoradiograph, bei dem es sich um einen verbesserten Popov-Blitzdetektor in Kombination mit einem meteorologischen Anemokinemographen handelte [1]. Die Beobachtungen wurden bei ultralangen Wellen (Frequenzen von mehreren zehn Kilohertz) durchgeführt, die eine große Ausbreitungsreichweite haben, sodass es möglich war, entfernte Zentren der Gewitteraktivität, auch tropische, aufzuzeichnen. Während des Zweiten Weltkriegs, als die Schweiz von meteorologischen Informationsquellen abgeschnitten war, konnte dank der Beobachtungen von Atmosphärenforschern das Auftreten von Wirbelstürmen sogar vor der Küste Floridas registriert werden. Bei der Überquerung des Atlantiks bestimmten diese Wirbelstürme dann das Wetter in Europa. Später organisierte sich Lujons Gruppe zwischen 1957 und 1959, um eine genauere Lokalisierung atmosphärischer Quellen zu ermöglichen. Beobachtungsposten in Zürich und Spitzbergen. Durch die Peilung mit einer Basis von 4200 km konnten Gewitter fast auf der gesamten Nordhalbkugel erfasst werden. Die Technik der Atmosphärenbeobachtung verbesserte sich erheblich, als Peilempfänger auftauchten, die eingehende Impulse nicht mehr über das Gehör, sondern auf einem CRT-Bildschirm anzeigten. Das Blockschaltbild eines modernen Blitzpeilers ist in Abb. dargestellt. 1]. Dies ist ein Direktverstärkungsempfänger, der drei identische Kanäle mit Bandpassfiltern Z2–Z1, die auf die empfangene Frequenz (z. B. 3 kHz) abgestimmt sind, und Verstärkern A27–A1 enthält. Zwei Kanäle empfangen ein Signal von rechtwinklig gekreuzten Rahmenantennen WA3 und WA1 (magnetische können gleichermaßen verwendet werden) und der dritte von einer omnidirektionalen Peitschenantenne WA2. Das Signal des dritten Kanals wird durch den Begrenzer U3 in seiner Amplitude begrenzt und dient als Referenz für den Betrieb zweier Synchrondetektoren U4 und U1, die in den ersten beiden Kanälen installiert sind.
An den Ausgängen synchroner Detektoren sind demodulierte Signale proportional zum Sinus und Kosinus des Einfallswinkels der Funkwellen. Indem wir sie nach entsprechender Verstärkung und Formung in den Geräten U5 und U6 den horizontalen und vertikalen Ablenkplatten der CRT zuführen, erhalten wir einen Strahlablenkwinkel, der proportional zum Arkustangens des Spannungsverhältnisses in den Kanälen mit Rahmenantennen ist, d. h Azimut des Einfallswinkels der Wellen. Die Erstjustierung des Peilers erfolgt durch Drehen der Rahmenantennen und des Phasenschiebers U3 im Referenzsignalkreis. Wie Sie sehen, ist der Peiler recht einfach, enthält keine beweglichen Vorrichtungen zum Drehen der Antennen, ermöglicht Ihnen jedoch die Bestimmung des Azimuts mit relativ hoher Genauigkeit. Die Atmosphäre wird auf dem Bildschirm in Form eines Strahls beobachtet, der von der Mitte des Bildschirms in der dem Azimut entsprechenden Richtung ausgestoßen wird, und die Länge des Ausstoßes entspricht der Amplitude der Atmosphäre. Dadurch entsteht ein Polardiagramm der Intensität der Atmosphäre. Taifune und Hurrikane bilden darauf ein scharfes, scharfes Maximum, während die Frontbereiche von Gewittern ein breites Richtungsmaximum und eine geringere Intensität aufweisen [1]. Die Technik der Blitzpeilung wurde in der einheimischen Literatur irgendwie nicht ausreichend behandelt und fehlt in der Amateurfunkliteratur überhaupt. Gleichzeitig ist die Vorhersage von Gewittern, Hurrikanen, Sturmböen und Regengüssen sowie die Überwachung ihrer Entwicklung gerade in ländlichen Gebieten äußerst wichtig. Es scheint, dass es hier ein weites Betätigungsfeld für Funkamateure gibt. Ein weiterer Aspekt der Radiometeorologie ist mit der Beobachtung des Durchgangs von Radiosignalen durch die Atmosphäre verbunden. In den 20er und 30er Jahren galt es als selbstverständlich, dass der Radioempfang mit den Wetterbedingungen zusammenhängt. Unter Funkern gab es sogar ein Sprichwort: „Gutes Wetter – schlechter Empfang, schlechtes Wetter – gut!“ Gleichzeitig wurden zahlreiche Arbeiten und Studien durchgeführt, die den Zusammenhang zwischen der Ausbreitung langer, mittlerer und kurzer Wellen (LW, NE und HF) mit den Wetterbedingungen belegen. Daran nahmen die Funkamateure G. I. Kazakov (Taschkent), M. A. Benashvili (Tiflis), L. S. Leonov und A. P. Shchetinin (Moskau) teil. Ihre Beobachtungen lieferten sehr wertvolle Ergebnisse, aber heute wissen nur noch wenige Menschen davon. Während des Großen Vaterländischen Krieges gab es keine Zeit für die Radiometeorologie, aber das Radar entwickelte sich, sie beherrschten die Bereiche Dezimeter-, Zentimeter- und später Millimeterwellen. Dann wurden bereits in den 50er und 60er Jahren theoretische und experimentelle Studien dazu durchgeführt Die weitreichende Ausbreitung von VHF aufgrund der Brechung in der Troposphäre und der Streuung an troposphärischen Unregelmäßigkeiten entdeckten die Existenz troposphärischer Wellenleiter. Radarreflexionen wurden von Wolken, Niederschlagszonen und sogar von „klarem Himmel“ erhalten – Gebieten der Troposphäre mit großen Schwankungen im Brechungsindex. So entstand die „dritte“ Radiometeorologie, die die Ausbreitung und Reflexion von VHF in der Troposphäre untersucht [3]. Dazu gehört oft auch die Untersuchung der Atmosphäre mit Ballons, die mit Funksendern ausgestattet sind. Erinnern wir uns an das berühmte Radiosondensystem von Prof. Molchanov wurde erstmals im Januar 1930 vom Stapel gelassen. Das Design war so erfolgreich, dass es noch viele Jahre später von den meisten inländischen Wetterstationen verwendet wurde. Es war diese Radiometeorologie und auch die Radarmeteorologie, die in den Nachkriegsjahren vorherrschend wurde und die alte Radiometeorologie mit Bezug auf LW, NE und HF vollständig verdrängte. Dazu trugen auch die berühmten Wissenschaftler Pedersen und Austin in den Jahren 1927-1931 „zufällig“ bei. die sich für die Unabhängigkeit der Ausbreitung von LW, NE und HF von den Wetterbedingungen aussprachen (tatsächlich wurde ihre Schlussfolgerung als Ergebnis von Beobachtungen der Arbeit europäischer Stationen in Amerika gezogen, und in solchen offenen Räumen ist jedes Wetter anzutreffen [ 1], es kann also keine Abhängigkeit vorliegen). Seitdem hat die Wissenschaft der Radiowellenausbreitung Bestimmungen aufgestellt, die in jedem Lehrbuch zu finden sind: Die Ausbreitung von LW, SW und HF hängt nicht mit dem Wetter zusammen, die Parameter der Ionosphäre werden nur durch Prozesse auf der Sonne und der Sonne bestimmt Das Erdmagnetfeld und die weitreichende Ausbreitung von Radiowellen in diesen Bereichen werden durch den Zustand der Ionosphäre bestimmt. Der Einfluss der Troposphäre wird nur bei UKW und Mikrowelle beobachtet. Zuvor war sich der Autor dieser Zeilen dessen sicher, doch mehrere Fälle aus der Praxis erschütterten diese Zuversicht erheblich. Der erste Vorfall ereignete sich an einer geodätischen Stätte in der Nähe von Serpuchow, 100 km südlich von Moskau. Als ich an einem Sommernachmittag einen Moskauer Langwellenradiosender hörte, war ich überrascht, Schwankungen im Signalpegel mit einer Schwankung von mehr als 12 dB und einer Periodizität von mehreren Sekunden zu entdecken! Hat es geholfen, dass der Empfang mit einem Interferenzpegelmesser durchgeführt wurde, der über keine AGC, aber eine Messuhr für den Eingangssignalpegel verfügte, der im Fernen Osten verblasste, wenn er sich über eine kurze Distanz durch eine Bodenwelle ausbreitete? Das kann nicht sein! Allerdings bewegte sich die Nadel hartnäckig über die gesamte Skala. Völlig verwirrt sah ich beim Verlassen des Zeltes eine riesige und wunderschöne Gewitterwolke am Himmel, die sich von Süden näherte. Ein Vergleich der Geschwindigkeit der Wolke mit der Wellenlänge zeigte deutlich, dass der Schwund durch die Interferenz einer gewöhnlichen Bodenwelle und einer von der Wolke reflektierten Welle verursacht wurde. Ein weiterer Vorfall ereignete sich auf einem hydrografischen Schiff, das wissenschaftliche Arbeiten in der Meerenge zwischen den Kurilen durchführte. Trotz der Entfernung zu großen Ballungszentren war der Äther voll: Im Nordosten gab es viele japanische Rundfunkstationen, im Fernen Osten waren Chabarowsk, Petropawlowsk-Kamtschatski, Wladiwostok und Magadan gut zu hören. Aber eines schönen Morgens (wie immer neblig) weigerte sich der Empfänger in der Messe, irgendetwas über den Fernen Osten und Nordosten zu empfangen, und sie riefen mich an, um das Problem zu beheben. Es stellte sich heraus, dass der Empfänger funktionierte. Das Abhören der Luft auf einem großen Kommunikationsempfänger der Schiffsfunker zeigte, dass die Signale der genannten Radiosender fast vollständig absorbiert wurden, nur der Träger des Radiosenders Petropawlowsk-Kamtschatski wurde, eher vermutet, im Telegraphenmodus von zwei Punkten empfangen . Der Äther erwachte erst bei Frequenzen über 3,5 MHz zum Leben, bei denen eine normale KB-Übertragung beobachtet wurde. Drei Tage lang herrschte im Fernen Osten und Osten „Stille wie in einem Panzer“, und erst nach und nach wurde die Passage wiederhergestellt. Viele Jahre später erhielt der Autor ein wunderbares Buch [1] von Dmitri Nikolajewitsch Nasilow, einem Wissenschaftler der Moskauer Staatsuniversität, das hauptsächlich auf der Grundlage der Forschungsergebnisse der 20er und 30er Jahre verfasst wurde. Zum ersten Mal in der Literatur habe ich von einem ähnlichen Vorfall gelesen, der sich in einem ganz anderen Teil der Erde ereignete – während der Reise des Expeditionsschiffs „Perseus“ von Archangelsk ins Franz-Josef-Land (FZL). Es wurde festgestellt, dass beim Verlassen des warmen Golfstroms in die kalten arktischen Gewässer alle südlich gelegenen Radiosender kaum noch hörbar waren oder ganz verschwanden. Aber als sie sich FJL näherten, wurde die Hörbarkeit wiederhergestellt, und gleichzeitig bemerkten Hydrologen das Erscheinen eines weiteren warmen Strahls des Golfstroms. Beobachter erklärten die „Zone der Stille“ mit der Brechung von Radiowellen durch eine dicke und ausgedehnte Nebelschicht über einer warmen Strömung, die in kaltes Wasser eindringt. Beachten Sie, dass die Situation auf den Kurilen ähnlich ist: Die warme Kuro-Sio-Strömung, die von den japanischen Inseln kommt, kollidiert mit dem kalten Wasser des Ochotskischen Meeres. Die Erklärung des Kuril-Kola-Effekts wurde damals von maßgeblichen Wissenschaftlern nicht unterstützt, und bis heute sind viele ähnliche Fakten in Lehrbüchern über die Ausbreitung von Radiowellen nicht enthalten. Aber Fakten sind hartnäckige Dinge, und Experimente bestätigen, dass die Phänomene der Brechung, Reflexion und Wellenleiterausbreitung ebenso wie auf UKW auch auf LW, SW und HF beobachtet werden. In diesem Zusammenhang sind Beobachtungen der Feldstärke von Radiosendern von großem Interesse. Beispielsweise stellte der amerikanische Forscher R. Colwell, der 170 km von Pittsburgh entfernt war und die Feldstärke eines Radiosenders in dieser Stadt bei einer Welle von 305 Metern maß, eine 98-prozentige Korrelation mit den Wetterbedingungen fest. Im Jahr 1939 erhielt seine Gruppe experimentell HF-Reflexionen (Frequenzen 1614 und 3492,5 kHz) von troposphärischen Schichten, die deutlich unterhalb der ionosphärischen E-Schicht lagen, selbst in Höhen von 1...2.3 km! Die gemessenen Werte des Reflexionsvermögens liegen in der Größenordnung von 10-4 für dünne Wolken in Form von Dunst, die immer in Höhen von 12...16 km vorhanden sind, und in der Größenordnung von 0,001...0,05 für die Warmfront Bei starken Quell- und Gewitterwolken, oft begleitet von einer Kaltfront, können sie bis zu 0,7 (!) ansteigen.
Schwankungen in der Feldstärke von Radiosendern während eines Gewitters sind von vielen beobachtet worden – als Beispiel in Abb. Abbildung 2 zeigt eine Aufzeichnung des Kiewer Radiosenders (1209,6 Meter), erstellt vom Kiewer Radioempfangspunkt bei gutem Wetter (Abb. 2, a) und während eines Gewitters (Abb. 2, b) [1]. Die Schwankungen können durch das Auftreten von Gebieten mit erhöhter Luftionisierung in geringen Höhen erklärt werden. Aber auch ohne Gewitter führt beispielsweise die Annäherung einer Warmfront zu einem allgemeinen Anstieg der Feldstärke im Fernen Osten und Nordosten, während eine Kaltfront zu starken Schwankungen, Abschwächungen und sogar zu Signalverlusten führt. Auch in der Atmosphäre werden nichtlineare Effekte beobachtet, die sich in Form von „Überlagerungen“ auf dem Träger des empfangenen Radiosenders äußern. Im Jahr 1938 schlug M.A. Benashvili vor, die Lage atmosphärischer Fronten anhand der Art der „Überlagerungen“ der Signale von Langstrecken- und Mittelwellenradiosendern zu bestimmen, die aus verschiedenen Richtungen und Entfernungen empfangen wurden. So erzeugt eine Kaltfront auf dem Weg der Radiowellen Risse und Klickgeräusche, eine Warmfront erzeugt Raschelgeräusche und einen kontinuierlichen Hintergrund. In einem Artikel ist es unmöglich, viele der interessantesten Phänomene nachzuerzählen, die auftreten, wenn man aufmerksam der Luft zuhört und die Ausbreitungsprozesse von Radiowellen untersucht. Der Zweck dieser Veröffentlichung besteht darin, die Aufmerksamkeit von Funkamateuren auf diese halb vergessenen Phänomene zu lenken, die in unserem Zeitalter der Computer und Satellitenkommunikation irgendwie verloren gehen. Es sei daran erinnert, dass sogar kosmische Funkemissionen von gewöhnlichen Funkingenieuren entdeckt wurden, die Routinearbeiten zur Messung von Funkstörungen durchführten, und dass die Ausbreitung von HF über große Entfernungen von Funkamateuren entdeckt wurde. Literatur
Autor: V.Polyakov, Moskau
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