原作者: 周淑霞(国家广电局202台,西藏拉萨市850000)
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2003年虽然不是太阳活动高峰年,但也连续多次发生强烈的太阳风暴,严重影响了通信、民航、电力等行业,对我们广电系统的广播监测来讲,主要表现在监测远距离短波广播时会出现声音抖动、变弱,甚至中断,给监测工作造成一些困难。
1 短波的传播方式
短波是以天波和地波两种方式传播的。由于地球表面对较高频率的短波吸收较多,因此短波以地波传播的距离很近,只有几km至几十km,所以靠天波传播是短波传播的主要途径。天波通过电离层反射,经一跳或多跳至服务区。
2 电离层的形成及其受太阳活动的影响
21 电离层的形成
电离层是太阳辐射与地球上大气层原子和分子相互作用,大气电离的结果。在距地面50~2000km,是大气层的电离区域,称为电离层。电离层共分4层:1)d层,距地面60~90km。它在日出后出现。由于该层电子密度不足,故不能反射短波,对短波有一定吸收作用;2)e层,距地面90~130km。该层电子密度昼夜变化较小,受太阳天顶角控制,是中波天波的主要反射层;3)f1层,距地面130~210km。该层仅在夏天的白天存在;4)f2层,距地面225~450km。它是电离层中的最高层,电子密度大,变化不稳定,是短波天波的主要反射层。
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22 电离层受太阳活动的影响
太阳活动变化是指太阳上的黑子数目(即黑斑数目)和面积,炬光、红焰和频谱的数目及强度,以及太阳无线电辐射的强度发生变化。而电离层各层的电离程度又与太阳的活动有着密切的关系。当太阳照射强或太阳黑子多时,电离程度就强,反之电离程度就弱。在太阳黑子高峰年,常伴有太阳耀斑。太阳黑子和太阳耀斑是太阳活动的主要体现,是太阳影响电离层和地磁场的主要因素。
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黑子是太阳表面上的深凹坑,并带有旋转式运动的物质,能产生强度异常的磁场。黑子常伴有太阳无线电辐射和太阳喷射出的带电的微粒流。这些微粒流通过空间进入地磁场,在地磁场的影响下沿曲线轨道运动,并以螺旋形式落入地球两极上空,破坏了电离层的正常状态,使其出现骚扰。f2层处于电离层的最外层,受影响最大。而靠近两磁极的地区则是骚扰的多发区。f2层受太阳黑子影响有如下变化:1)电子浓度减小;2)虚高增高;3)层中出现过渡性的变化迅速的分层现象(电子堆积形式);4)电离层变成湍流形式,电波的反射完全消失,持续时间可达数小时甚至数天;5)f2层临界频率下降,d层的吸收增加,因而最高可用频率下降,最低可用频率上升,造成可用频谱变窄,使短波通讯中断。
3 电离层骚扰、太阳耀斑对短波通讯的影响
31 电离层骚扰对短波通讯的影响
当太阳表面突然发生强烈的闪光时,还辐射出大量的带电微粒。该带电微粒穿过磁层到达电离层,使电离层正常的电子分布产生激烈变动,自f2、f1、e到d层依次受到影响。f2层受影响最大,d层和e层受影响时使通过它们的短波损耗增大,通信频率的降低使损耗更大,从而使接受信号微弱。猛烈的电离层骚扰可使通信质量大大下降甚至中断。例如:1980年,太阳黑子增多,引发电离层骚扰,造成全国短波通讯中断;2003年11月23、24两日,由黑子群引发的太阳风暴再次袭击地球,造成短波广播中断,拉萨地区短波广播也受到不同程度影响,具体情况如表1所示。
32 太阳耀斑对短波通讯的影响
表12003年11月23、24日拉萨地区短波广播受干扰情况
干扰日期起止时间(min)时间(min)语言使用频率(khz)发射机号干扰程度
2003年23日16∶27~16∶4821中一9535916c03信号中断
2003年23日16∶27~16∶4821中一9630916c04信号中断
2003年23日16∶27~16∶4821中二9570916c02信号中断
2003年23日16∶27~16∶4821中二11915724b05信号中断
2003年23日16∶27~16∶5629中二7140916c01信号中断
2003年23日16∶27~16∶5629中二9530724b02信号中断
2003年23日16∶27~16∶4720中八藏11685724b03信号中断
2003年23日16∶27~16∶4720中八藏11835594d02信号中断
2003年23日16∶27~16∶4720中八藏12080724b01信号中断
2003年24日10∶50~10∶599中二11835594d02信号中断
2003年24日10∶50~10∶599中二11685724b03信号中断
2003年24日10∶50~11∶0010中二9530724b02信号中断
2003年24日10∶50~10∶588中二7140916c01信号中断
耀斑是太阳表面较亮的光斑,有较大能量和辐射。耀斑爆发时放出极强的x射线和紫外线,以光速向外幅射,约经8min到达地球,使白昼部分的上空电离增强,尤其是d区域的电子密度可比正常值大10倍以上,不仅把中波吸收掉,而且把短波的大部分甚至全部吸收掉,造成短波通讯中断。例如:2003年11月3日上午九时太阳耀斑爆发,我国正处于白天,造成北京、上海、海南等地短波通信持续中断达1h,拉萨地区短波广播也受到一定影响,其具体情况如表2所示。
表22003年11月3日拉萨地区短波广播受太阳耀斑干扰情况
起止时间(min)干扰时间(min)节目语言使用频率(khz)发射机号干扰程度
09∶30~09∶38 8中二 9385916c03 信号中断
09∶30~09∶50 20中二 9480724b04 信号中断
09∶30~10∶00 30中二 9530724b02 信号中断
另外,太阳耀斑除了影响电离层外还影响地磁场和地壳电流,甚至引起地磁场的急剧变化,即磁暴。磁暴也会干扰短波通信甚至引起中断,还有可能引发极光。磁暴严重时会影响地面通信、导航、雷达,甚至引起电力波动。
太阳黑子平均周期为11年,耀斑常伴随黑子增多而出现。我们应该注意太阳活动的变化,关注电波研究委员会的有关报道,以指导我们的工作,将不利影响降到最低,并注意做好受干扰的详细记录,以便研究。
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参考文献
[1]《无线电波传播》
[2]《中短波电波传播和天线实用手册》
信息来源:西部广播电视