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怎样使用地球物理信息广播

太阳活动情况导论,第三版
作者:David A. Rosenthal 译者:BA1RB



前言

本导论的信息主要来自于位于科罗拉多州Boulder市的美国国家海洋及太空监察署太空
环境监察中心。地球物理信息广播主要是针对能很好接收WWV 和 WWVH信号的北美及太
平洋地区, 但在传播条件不同的情况下,广播中所包含的数据能被全世界能收到上述
一个或两个信号地区的人们所利用。

当然,还有其他的获得有关太阳-地球物理数据的方法。迈克.博得提供了一个途径,
即每个星期四在“媒体网络”节目后,荷兰广播电台也播发这样的数据。

荷兰广播电台播发的地磁环境报告主要是针对中高纬度地区,太阳活动状况则适用于
任何地方。

我们谨向太空环境监察中心表示我们的谢意,感谢他们对我们工作的支持。

如对本文有何建议请与作者联系:

David A. Rosenthal
P. O. Box 1502
Ridgecrest, CA 93556
U S A

一个了解当前传播条件最容易,最简单的方法也许是监听地球物理信息广播,它是由
美国国家标准化技术委员会在科罗拉多州柯林斯市设立的WWV广播台及在夏威夷考艾岛
设立的WWVH广播台发出的信号,WWV广播台在每个整点过18分钟,在短波的2.5, 5, 10
,15, 和 20 兆赫,WWVH广播台在每个整点过45分钟,在短波的2.5, 5, 10 和 15兆赫
向全世界发送地球物理信息广播,它们的信号在美国可以很好地被监听,在其他国家,
依赖于传播条件,也能接收到其中的一个或两个电台。

45秒的地球物理信息广播提供了当前的太阳陆地信息,它们由美国国家海洋及太空监
察署太空环境监察中心(SESC)提供,该中心在全球范围内设置了许多传感器日夜不停
地监视太阳的活动情况,如果你能够熟悉这些数据,你会为你能够轻易地揭示这些神
奇的自然现象比如说远距离的短波传播的现在和近几天的状况--而感到惊奇。

从世界协调时--0000 UTC开始,每三个小时更新一次的地球物理信息广播数据包含了
地球--太阳相互影响的两个指标:电磁辐射和地磁活动情况(由太阳的亚原子辐射引
起),这些指标分别介绍如下:

电磁辐射
太阳的电磁谱是一个连续的波谱,它不但包含了红外线,可见光,紫外线,还包含有
无线电波,x 射线及更高频率的部分。在地球及太空中的传感器日夜不停地将频谱,
频幅数据传给科学家们以供分析太阳的状况。

在这种情况下检测到的电磁特性都是自然,真实的,由于电磁场以光速移动,电磁辐
射所反映的是太阳大约8分钟以前发生的现象。

地磁活动情况
在发出电磁辐射的同时,太阳还发出原子及亚原子物质,它们主要是由电子,质子及
氦原子核组成,这股纤细的气体加速到能摆脱太阳的引力时进入太阳系中,这种气体
和粒子总称为“太阳风”,由于太阳大约27天的自转周期,太阳风到达地球轨道时使
这股气体云呈现出旋转的状态。

在太阳风遇上地球时,地磁场及大气阻止它直接到达地表,太阳风与地磁场之间的相
互作用,使太阳风形成一个以地球为中心的球形幔帐,这层幔帐被称为地球的磁气圈
,实际上,磁气圈的形状象一个彗星,与所有的彗星一样,慧核对着太阳,在太阳活
动不剧烈的时候,太阳风稳定在时速400公里每秒, 地球的磁气圈也保持一个相对稳
定的形状。

当太阳活动的时候,有一部分的电子云能够到达很高的速度,当这些粒子到达地球时
,它们冲击磁气圈,使它的密度及方向发生改变,就象气象台的风向标在阵风中一样
,突然的大风有可能冲击它并使它旋转起来,同样,太阳风速度及密度的改变产生一
种现象叫“突发冲击”(SI)。

地磁活动,包括太阳粒子引起的变化都被位于地球及空间的传感器忠实地记录着,剧
烈的地磁变化间接地影响电离层对短波信号的反射。就象太阳辐射一样,人们也不得
不考虑地磁变化对无线电传播谱的影响。这便是地磁活动情况作为一个参数被IPS 和 
SESC 这样的组织观察并报告的原因。

地球物理信息广播
地球物理信息广播描述太阳陆地环境主要由三部分组成:当前信息,过去24小时记录
及未来24小时预告,每个部分我们都作一下解释,由于格式都差不多,这里我们以
WWV作例子说明:

当前信息

"Solar-terrestrial indices for (UTC Date) follow: Solar flux(number) and
(estimated) Boulder A index (number) . Repeat, solar flux(number) and
(estimated) Boulder A index (number) . The Boulder K index at(UTC time) on
(UTC Date) was (number) repeat (number) ."

因为最后一个 A 指标要到世界协调时0000 UTC才能测出来,  所以在1800 到 2100 
UTC时加上单词--"estimated"(估计)。

太阳流量(Solar flux)
太阳流量是由在加拿大渥太华的射电望远镜测量的2800兆赫的太阳无线电辐射值。这
个值被称为10.7厘米流量 (2800兆赫无线电波的波长),它反映的是太阳黑子的活
动情况。 另外,太阳的紫外线及X射线是造成地球外大气层电离的主要原因。它们电
离出来的离子层是影响短波信号远距离传播的主要因素。

在广播中太阳流量的单位是solar flux units (s. f. u.), 它在每天的1700 UTC由
渥太华的射电天文望远镜记录并传送给SESC。值通常在67到300以上, 从最高到最低
的波动周期即一个太阳黑子活动周期--11年。1 s.f.u=10-22瓦特/平方米.赫兹=104
 jansky。

A指数(A index)
A指数是一个基于许多自然参数测量的地磁活动情况的综合值。 磁力计能测量当前地
磁情况与它在稳定时形状的偏差值。有一点必须说明的是:24小时的A指数是从8个3
小时的K指数推导出来的, 第一个A指数在1800 UTC发布,它使用了6个观测的K指数
(0000 to 1800 UTC)和两个由SESC预测的参数。为了预测这些参数,SESC的预报员通
过分析当前的参数走向来预测未来几小时的地磁信息情况,在2100 UTC,又有一个K
指数被测量出来,并据此更新A指数,到0000 UTC, 所有的8个K指数均被测量出来,
而A指数的报告也去掉了"estimated"(估计)这个字样而成为准确的A指数。

A指数的的基本意义就是能提供一幅较长期的时间或空间上的地磁活动图,A指数的值
是通过一系列的过程得出来的:首先,位于地球某一部位的观测站测量到的磁力计的
读数产生此观测站K指数(请见下面的解释),考虑观测站的地理位置因素后每三个
小时转换成一次A指数,最后,这些指数被收集起来按需要产生时间或空间上的A指数。

A指数是由K指数推导出来的,它的值再0--400之间,它们的对应关系请见附录。

K指数(K index)
K指数是3小时的磁力计测量结果与地磁在”平静”的情况下磁力值的比较结果。在全
球许多地方都设有观测点,并根据当地的具体情况调节好了。它的比例尺类似于对数
特性,其值在0-9之间。

在地球物理信息广播中,K指数的来源是位于科罗拉多州Boulder市北部高原观测站的
资料,每三小时更新一次。

过去24小时记录

"Solar-terrestrial conditions for the last 24 hours follow:
Solar activity was (Very low, Low, Moderate, High,  or Very high) , 
the geomagnetic field was (Quiet, Unsettled, Active,Minor storm, 
Major storm, Severe storm) ."

太阳活动情况(SOLAR ACTIVITY)
太阳活动情况主要是测量从太阳大气层中释放的能量,一般是通过地球轨道卫星的X射
线传感器来探知的。 它与太阳流量值有些不同,太阳活动情况数据提供了一个太阳辐
射X射线的总体概况, 并把在24小时内及未来24小时的预报分成五个等级:
极低:X射线值在c级以下
低:X射线值在c级
中等:有单独的M1-M4四级
高:M5以上的X射线
极高:M5以上至极强的X射线辐射

上面所列的分类是探测卫星根据X射线的峰值流量计算出来的结果。
太阳X射线的波长在0.1nm--0.8nm之间。等级从B级到C级,M级,X级--最高级(参见附录)

在地球物理信息广播中,太阳活动情况数据提供了一个太阳活动的概貌,并可以由此
推出它对短波传播的影响。 突发的X射线会在地球大气电离层的下面形成短时间的高
密度离子群,它们能够吸收短波信号。在面对地球的一侧,这种现象被称为短波的
”天电干扰”,有可能会造成短波波段几分钟到几小时的关闭。

这种现象的特点是低段的信号首先消失,然后高端的信号也慢慢地听不见了,这个过
程通常在一个小时内完成。白天的短波通信一般都因太阳的活动而中断,当然,这也
与太阳的11年的活动周期和27天的自传周期有关。

规则提示:太阳越活动,高端的传播就越好 (如15, 17, 21, 和 25兆赫)。在太阳
X射线爆发时, 低端的频率首先变得不可用,必须记住的是穿过白天区域的传播途径
将受最大的影响。如果你要在这种时候收听广播电台的广播(如荷兰广播电台或WWV
/WWVH),请将你的接收机调谐到高端,在X射线爆发后,首先恢复的也是频率高端。
 要注意的是这跟由地磁暴造成的间接干扰正好相反。

地磁活动情况(GEOMAGNETIC ACTIVITY)
为了对整个地磁活动情况作一个评估, 我们采用6个术语来描述,它
基于24小时周期的A指数:
安静:0-7
不稳定:8-15
活动:16-29
小磁暴:30-49
大磁暴:50-99
剧磁暴:  100-400

这些标准分别对应于刚才介绍过的A指数。 大的地磁活动指数意味着地磁场的剧烈动
荡以及更多的太阳粒子群被辐射到地球上来。

还是用我们用过的类比,想象地磁场就象一个风向标,当风逐渐增大时,风向标就会
在风中摆动并指明主要的风向。实际上,地磁活动情况揭示了地磁场被外界干扰的状
况。

对无线电短波通信的用户来说,高的地磁活动情况意味着信号传播质量的下降,因为
动荡的地磁场会降低电离层对短波信号的反射率。另外,在极地区域,电离层的D层
(距地面约80公里)非常厚, 频率比较低的信号在穿过此区域时基本上被全部吸收
而变得不可用。

在中纬度地区的地磁动荡能使电离层的电子密度减小,使得高频端的电波能被传播。
长时间的剧烈地磁动荡被称为磁暴,能延续好几天。在磁暴时太阳流量及对地磁场影
响的严重程度决定了传播特性。

在有些情况下,甚至世界范围内的传播中断也是有可能的。在称为电离层磁暴中,通
过电离层F层(约300公里高)传播的无线电波将受到影响。在中纬度地区传播条件变差
而低纬度地区条件变好。电离层磁暴也有可能伴随着地磁活动的加剧,这决定于影响
的剧烈程度及当时的太阳流量值。

规则提示:在传播条件的估计中,过分简单地考虑其中的一些因素是很危险的。我们
在”无线电天气”方面了解的比普通的天气预报要少得多。一般来说,长距离的中波
收听需要低于14的A指数, 如果太阳活动值较低,A指数有好几天低于7(一般在太阳
黑子较少的情况),洲际的远距离传播一般比较好(如横越大西洋通信)。

在较小的地磁暴中,从赤道地区发出的信号受到的影响最小。在60米和90米热带波段
中你经常可以听到欧洲,北美,澳洲的电台信号。这也说明,虽然有些衰落,从赤道
附近地区发出的信号能穿越许多地区。在地磁暴开始的时候,高端的频率首先变得不
可用。而穿过南北极的信号在一个慢性的衰减后也将慢慢地消失。

未来24小时预告

"The forecast for the next 24 hours follows:
Solar activity will be (Very low, Low, Moderate, High, or Very high).
The geomagnetic field will be (Quiet, Unsettled,Active, Minor storm, 
Major storm, Severe storm)."

太阳活动情况(SOLAR ACTIVITY)
在”过去24小时记录”里定义的太阳活动情况数值标准也同样适用于本节,象太阳黑
子数目及从各地观察到的太阳表面情况决定了太阳活动情况的预报值。

地磁活动情况(GEOMAGNETIC ACTIVITY)
在”过去24小时记录”里定义的六个等级也适用于本节,基于当前的地磁活动情况及
太阳黑子的活动周期作出一个长远的考虑后,计算出地磁活动情况的未来24小时预告
值。

通过电话获取信息
你也可以通过电话来获得地球物理信息。在 WWV 或 WWVH信号听不见的时候很有用。
电话号码是:1-303-497 3235。信息大约时长40秒,每隔3小时更新一次。如果你致
力于短波收听,而在当地WWV 和 WWVH都听不见,在非高峰期拨打这个电话是个明智
的选择,在非高峰期,电话费很便宜,即使是长距离电话。

在澳大利亚,一个位于悉尼附近的类似的组织也提供电离层预测的免费服务,他们的
电话号码是61-2-2698614。

互联网上的信息
如果你可以上互联网,也可以查找到当前的太阳活动信息。

附录
A指数,是一个描述某个特定站台上的地磁场干扰情况, 它是一个基于3小时的K指数
的平均值,它们的对应关系如下表所示:
K 0  1  2  3   4   5   6   7    8    9
A 0  3  7  15  27  48  80  140  240  400

X射线辐射等级。
基于X射线辐射量的级别。根据在地球上测得的0.1 到 0.8 nm波的峰值密度来区分:
峰值,0.1 到 0.8 nm波段  级别(瓦特/平方米)
B I < 10-6
C 10-6 I < 10-5
M 10-5 I < 10-4
X I 10-4

在每个级别里,可以用相应的乘法来计算辐射量,例如:
M6 = 6 X 10-5 瓦特/平方米

更多的信息资源
太空环境实验室布告板系统
若你有一台联着调制解调器的计算机,你可以用它来连接太空环境实验室布告板系统
来获取更多的有关短波无线传播情况的数据,这个布告板系统位于美国科罗拉多州的
Boulder市,任何时间都开放。

连接布告板系统的电话号码是1(美国)303-497-5000。连接参数为:300,1200,
2400比特,数据格式是8数据位,1停止位,无奇偶校验。系统是菜单驱动并有详尽的
帮助。

它提供的信息包括基于前几个小时观测的短波传播报告,定期的太阳活动情况报告以
及比地球物理信息广播中对地磁活动更详尽的描述,在当前情况及用户坐标下的最大
可用频率(MUF), 布告板上由太空环境实验室进行实时更新。

注意:此布告板系统采用贝尔标准,在美国以外的地区也许会使用别的标准(如 CCITT),
在接入BBS时请确认你所采用的协议。

更进一步的研究
如果你对传播方面有更具体的问题,请与以下地址联系以取得更详细的信息:

Space Environment Services Center
NOAA/ERL R/E/SE2
325 Broadway
Boulder, Colorado 80303
U S A

IPS Radio and Space Services,
P.O. Box 702,
Darlinghurst NSW 2010
Australia

参考书目:
"Proceedings 1991". Editors: John Bryant, Fritz Mellberg et al. 
Publisher: Fine Tuning Special Publications, RRT #5,Stillwater OK 74074 USA. 
Price: US$19.50 cover price plus US$2.00 postage in USA, 
US$3.00 elsewhere surface mail,US$15.00 airmail.

若你对本文有看法及建议可以与Dave Rosenthal联系,他的地址已列在文章的篇头。  
 
 
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