天气对vhf dx的影响
作者（美）emil pocock ，w3ep
ba4rm 徐辉 译
业余无线电爱好者都知道，天气在很长一段时间内影响着甚高频无线电波的传播。在一定的天气条件下，144mhz、220mhz、432mhz频段的通信距离在陆地上可达1400英里，水面上可超过2500英里(1英里约合1．6公里)。这种发生在对流层底部的vhf dx电波传播方式称为对流层波导。对流层电波传播的信号很强，某些特定的天气，10w功率的电台通信距离可达1000英里，而这在通常情况下是无法联通的。
144mhz频段以上无线电波在对流层中的传播有着许多共同的特性。许多爱好者在利用对流层传播联络时，并没有认识到它可能形成的规律。尽管天气的变化能戏剧性的影响无线电波的传播，有两种天气条件能促成vhf dx的开通：一种是经常出现在夏末的高压区，另一种是春季的气旋波。其它的天气条件也可以改善vhf电波的传播，有时能出现vhf dx。一些不寻常类型的风也会形成dx传播的可能。
对流层dx的原因
对流层远距离传播不同于我们熟悉的电离层反射传播。电离层反射传播是无线电波经距地面50至250英里高的电离层反射形成的。与此不同的是对流层dx常常发生在温暖、干燥的大气层中，我们称之为逆温层。逆温层的厚度一般不超过1英里。通常情况下，气温和湿度随着高度的增加逐渐减小，而在逆温层在逆温层中，温度突然上升、湿度急剧地减小，逆温层可能从地面开始至几百英尺的高度。许多时候逆温层对传播是有利的，我们还发现了1500至6000英尺高度的逆温层。图1表示了正常大气层和两种逆温层中的温度及湿度的分布情况。
无线电波在逆温层中因折射会弯向地面，也有一些逆温层还不能使vhf电波折返回地面。所以，一些电台只能在“正常”的通信区域出现强信号。产生对流层dx的条件是逆温层足以使vhf电波折返回地球表面，并且逆温层覆盖了一个广阔的区域。对流层传播与经较高的电离层反射传播情况不同，更确切地说，无线电波在逆温层中连续折射逐渐弯向地球表面，传播路径也远远超过视距范围。
逆温层中的折射指数的变化决定了无线电波的折射情况。尽管业余无线电爱好者一般无法测量折射指数的变化，但他们能提供描述逆温层情况较精确的方法。大气中的折射指数n只与温度、湿度和气压有关，由于大气压总是随高度上升而减小，需要考虑的因素则只有温度和湿度的变化。寒冷、潮湿的大气折射指数n较大，温暖、干燥的大气折射指数n较小。折射指数随高度急剧减小对vhf dx是最为有利的。
在标准大气中，从地面至数千英尺高度范围内，随着高度的增加，温度和湿度都在稳定地减小。从地面向上至100米内，折射指数dn按4％递减。这种随高度而发生的折射指数微小的变化所形成的无线电波的折射非常微弱，这时电波已经无法返回地面而射向无用的空间。当dn等于16时，大气的折射能力已足以使无线电波折返回地球表面，此时逆温特别明显，我们称这种情况为超折射现象。在这样的逆温层内，随着高度上升温度增加、湿度急剧下降，折射指数迅速减小，当逆温层覆盖了一个很大的区域时，我们便有可能进行vhf dx的联络了。
不同频率的无线电波折射情况是不同的。逆温的厚度决定了超折射的最小频率。形成uhf频段超折射的逆温层厚度较小，而对于vhf频段，要有较厚的逆温层或dn>16才能产生超折射。当dn＝16，对于频率为1296mhz的无线电波，产生超折射现象的逆温层厚度只需要750英尺，144mhz的无线电波在该逆温层中无法产生超折射现象。对于这样厚度的逆温层，要使144mhz的无线电波折返到地面，折射指数dn须大于19。由于逆温层从产生直到某一厚度及强度须持续几个小时，通常先开通的可能是432mhz或更高的频段，然后可能出现144mhz的传播。监听超高频电视信号可以及时提供vhf波段上出现超折射情况的信息。
大区域的逆温层就像一个巨大的天然波导。在某一频率以上的无线电信号被限制在逆温层内，不能进入波导以外的空间。沿波导内传播的无线电波损失很小，可以通过很长一段距离。与电离层反射不同，在波导范围内的所有电台彼此之间都可以相互联络。
大气中的逆温
陆地上有三种不同的天气系统统会产生逆温。辐射逆温是由于傍晚日落后地面温度急剧下降所致，它对dx的传播是非常有用的。下沉逆温多产生在较大的高压系统中，它可能引起持续的dx开通。在许多天气系统中气团的运动导致逆温，其中包括气旋波、暖锋、冷锋和某些风系统。气旋波经常引起dx，但锋面通常不能形成dx的条件。
辐射逆温
辐射逆温是最常见的逆温类型了。它经常出现在干燥的陆地。夏季晴朗的夜间，地面冷却形成了自地面开始的逆温层，日出后，太阳辐射到地面，地表的空气从地面重新被加热，雾和露珠蒸发，逆温层随即被破坏。
辐射逆温出现在所有的季节，夏季更多一些。辐射逆温通常强度较弱，无法产生大范围的dx联络。这是因为湿度下降及温度的升高所引起的折射变化不够大。另外，由于地区性风、水面、山地及其它因素的干扰，辐射逆温层通常无法形成大的连续的区域。尽管辐射逆温很少产生能进行dx联络的强逆温层，但它是晴朗无风的夜间、500英里范围内通信距离增加的原因。
高压系统
尽管不是所有的高压系统都伴有dx的开通，夏末、秋初的高压系统可产生许多强烈、持续的dx。高压系统中的高压气团相对于周围空气压力要大。在晴朗、微风的高压条件下，高空中的气团在稳定地下沉。由于沉积产生了强烈的逆温，所以空气沉积是某一高度最重要的特征。图1是对高4400英尺的一个强沉积逆温层温度和湿度的描绘。
夜间沉积逆温在低层大气中变得更加强烈、稳定，日出后几小时，沉积逆温层被地面上升的暖气流破坏。白天上升气团形成了低层积云，日落后．地面失去了热量来源，空气停止上升，沉积又开始进行。当晴朗、微风占主导地位时．日落后的高压条件常常形成辐射逆温。清晨，辐射逆温和沉积逆温可同时存在。
一项较详细的分析表明，逆温层呈碗形结构，中心约3000英尺高，边缘部分几乎上升到6000英尺（见图2）。中心区域的dn最大，边缘部分dn最小，厚度也较小。边缘以外的逆温层对dx传播不起作用。
许多高压系统开始是由加拿大北部的寒冷、干燥的空气所形成的冷高压，它逐渐扩展成暧高压类型。冷高压改善传播条件的可能性是很小的。
冬季高压气团开始于墨西哥海湾，有时其它地区的热空气进入中西部和东部地区，暖气团可能会产生很强的逆温，这是因为冷空气接近地面，而热空气在高处。
在美国大陆与海洋毗连地区的上空不断存在着一些高压区，它能在水面上产生强烈的逆温。夏威夷和西海岸间蔓延着一些岛屿，与加州海岸之间距离超过2500英里，432mhz的开通就是借助着这条路径上的对流层而完成的。
百幕大群岛的高压常常停留在百慕大的南部，与美国东海岸相隔一段距离。它是支持水面上长距离通信联络的潜在因素。1981年6月的情况表明，加勒比海、百慕大群岛和美国东海岸的大部分地区有时可能受到百慕大高压产生的强逆温的影响，加勒比海的许多电台与佛罗里达、南卡罗莱那州完成了接近1800英里的通联。
气旋波
气旋波是一个完全不同的天气系统。在美国中部地区气旋波有时会引发春季的dx。气旋波不像移动缓慢的暖高压，从产生到消失只有几天。图3表示的是覆盖美国东南部的一个典型的气旋波。
本地气候与气旋波密切相关。剧烈的雷雨沿着冷锋并伴随着大风，冰雹和龙卷风。在暖锋周围有少量的云和雨产生，气旋波变化很快，然而，当冷锋总是带来恶劣天气的时候，在暖锋区内能保持平稳和相对干燥。
1979年5月7日，一个典型的春季气旋波形成次强烈的dx（见图4），从爱荷华州、伊利诺州和印第安那州到路易斯安那和得克萨斯南部有一些1000英里的联络报告。最长的路径沿南北方向排列，在德克萨斯东部和格鲁吉亚州，一个典型的气旋波可从傍晚持续到清晨。
气旋波出现在任何个季节。春季锋面通常向北移动，由气旋波引起的dx传播最早发生在一月，气旋波经过东海岸引起dx传播的偶然开通，它对美国中部、大盐湖南部、阿帕拉契山脉西部都会产生一定的影响。
暖锋和冷锋
暖锋和冷锋形成的锋面逆温是常见的一种天气情况。锋面逆温一般只能在局部地区产生短时间的vhf传播，很少有dx传播。缓慢移动的暖锋可能会产生意外的dx。冷锋也可以在短时间里改善本地的通信情况，同样它也很少引起dx传播，锋面过后vhf传播情况可能戏剧性地改变几个小时。图5所示的是1980年6月29日的早晨，一个不寻常的冷锋打开了俄克拉荷马州与纽约西部之间长达几个小时的dx联络。
陆风
夏季的傍晚，沿东海岸，陆风常常会有vhf dx的联络报告。日落后，这种情况会持续很久。因陆地冷却的速度比海面更快，底层冷空气由陆地流向海面，而海面上的暖空气流向陆地600至1000英尺的高度，替换那里的冷空气。陆地冷空气与海面暖空气流动产生的陆风循环可在数百英里的海岸直至50英里的陆地形成逆温层，陆风逆温可持续到早晨，它能增加这一地区的通信距离，有时也会出现一些dx。
其它的天气情况
到现在为止，被描述的天气系统还没有列出形成逆温的所有情况。另有二种引起逆温的有趣的天气系统还没有爱好者的报告。它们是落矶山脉风和大西洋贸易风。
落矶山脉风发生在冬末至初春，沿着东西倾斜的山坡会产生比平原地区还强烈的逆温。当气团在西面的山坡被抬升，到达山顶，风便开始形成了。暖气团越过山峰沿东面山坡而下，温度可能在20℃，湿度小于10％。这些温暖、干燥的空气覆盖了还是一片冰雪的草原，这为逆温的形成创造了理想的条件：温暖、干燥的空气覆盖在寒冷、潮湿的空气上。从萨斯喀彻温草原到俄克拉荷马州和密苏里和的vhf联络也许是可能的了。
大西洋贸易风与逆温也有着密切的联系。温暖、干燥的季风产生的逆温出现在南美和西非之间的赤道南、北广阔海域上，逆温层的高度约在海面上方1500至6500英尺。经过阿森松岛，巴西和西南非之间是有可能联通的。北面的贸易风带将逆温层从加勒比海地区延伸到北非海岸，虽然在这二个区域中vhf的活动很少，但它们也许是有价值的可靠的路径。
结论
美国大陆绝大多数的对流层dx可归属为高压系统或气旋波，因此对这二种类型的研究是最深入的。这些分析可能是片面的，无论怎样，自然原理相同。锋前区域和本地风可以增强传播，但产生dx的传播条件是非常稀有的。无疑，还有其它的天气结构可能带来各种逆温形式。
实际上vhf爱好者希望通过电视、报纸、天气图预测逆温情况，在每天早晨15分钟的天气预报中可以给我们提供有用的信息。如果能获得专业的天气预报，使用它们进行dx联络情况的一个好方法，还没有其它方法来代替从电视、广播中获得的信息，因为你无法知道在500至1000英里远的地方谁可能在做相同的试验。
感谢
我感谢过去几年提供日志副本和联络报告的每一个人，这些真实的联络报告对我研究传播情况是无价的。curt roseman k9aks，michael owen，w9ip读了文章的草稿并提出了许多有益的建议。特别感谢curt roseman给予的所有鼓励和宝贵的意见。
2004年6月17日 译自《beyond line of sight》
(来源：《业余无线电家》2004年第3期，bg3mnr 张立永 2006年9月8日整理录入)
