HF Traffic Department for juli-august (Nr. 7-8) 2011 Av Tom V. Segalstad, LA4LN Kan vulkanutbrudd påvirke radiobølgeutbredelse 2? I Amatørradio nr. 5/2011 side 9-12 så vi på hvordan vulkanutbrudd muligens kan påvirke radiobølgeutbredelse (Segalstad 2011). Forfatteren har fått flere positive tilbakemeldinger på artikkelen, som vi vil redegjøre for her. Arikkelen i nr. 5/2011 sannsynliggjorde at askeutbruddet fra den islandske vulkanen Eyjafjallajökull i april i fjor (2010) dempet meteorscattersignaler på 70 MHz, så lenge askeskyene lå over Europa. Videre ble påstanden om hyppigere forekomst av sporadisk E, som følge av vulkanutbrudd, tilbakevist. I stedet ble det fremhevet at sporadisk E heller ser ut til å favoriseres av få solflekker. Og forfatteren fremmet en hypotese om hvorfor det kan være slik, bygget på hvilken del av Solens UV-stråling som treffer E-laget. Dempning av mikrobølge-signaler? Mikrobølge er oftest synonymt med SHF, nemlig 3 til 30 GHz, eller henholdsvis 10 til 1 cm bølgelengde, og oppover i frekvens. (Teknisk sett benyttes betegnelsen fra 1 til 100 GHz, altså 30 cm til 3 mm bølgelengde, men vi skal her holde oss til den formelle definisjonen benyttet først). Det var jo en skjebnens ironi at vulkan-artikkelen kom ut akkurat da det ble et nytt vulkanutbrudd på Island. Denne gang var det vulkanen Grimsvötn under Vatnajökull, som kom med et aske-utbrudd 21. mai 2011, hvor askesøylen gikk helt opp til 12 kilometers høyde. 900 flygninger ble kanselert på Island, og flytrafikken i nordvest-europa ble berørt i perioden 22. 25. mai 2011. Fig. 1. Askeutbrudd fra vulkanen Grimsvötn på Island 21. mai 2011. Fra: www.gagacat.com. Page 1 of 6
Fig. 2. Vulkansk askekonsentrasjon fra Grimsvötn-vulkanen målt over Europa 25. mai 2011 kl. 18 UTC. Tillatelse til publisering i Amatørradio er gitt av UK Met Office. Legg merke til at tettest aske på dette tidspunktet går ut fra vulkanen på Island. Og at tettest aske også ligger mellom sydvest-norge og Danmark, hvor LA3EQ og OZ1FF forsøkte, men ikke oppnådde kontakt på 10 GHz kvelden før. LA3EQ i Egersund skrev til meg at han forsøkte å få kontakt med OZ1FF fra Vejers Strand ved vestkysten av Jylland i NRAU (Nordisk Radio Amatør Union) Nordisk Aktivitets Contest (NAC) på mikrobølge på kvelden tirsdag 24. mai 2011. Såvidt jeg skjønner, er det normalt mulig å få kontakt over Skagerrak/Nordsjøen på 10 GHz, hvor distansen mellom de to stasjonene her er 337 km. Men akkurat denne kvelden, da askeskyene var på sitt tetteste mellom de to stasjonene, var det absolutt ingen ting å høre, skriver LA3EQ. Radioutbredelsen på mikrobølge lengre enn synsvidde er avhengig av en eller annen forandring i dielektrisitetskonstanten langs den veien radiobølgene utbrer seg. Særlig er det på grensen mellom luftmasser med ganske forskjellig temperatur og luftfuktighet at en slik forandring opptrer. Det kan være en lokal forandring over en innsjø eller en dal, til en regionalt utbredt forandring over et helt kontinent. Når signalene følger dielektrisitetskontrasten, f.eks. mellom lagdelt tørr luft over kald fuktig luft (såkalt temperatur-inversjon, som vi kan ha over havet om våren), kaller vi radiobølgeutbredelses-fenomenet for ducting. VHF, UHF og SHF-signaler kan da utbre seg så mye som flere hundre kilometer. Slike forhold kan vare i timer eller dager, avhengig av værforholdene. Lignende forhold får vi i forbindelse med den daglige solgangsbrisen langs kysten om sommeren. Om morgenen varmes luften høyere opp raskere enn luften over havet eller bakken. Og om kvelden holdes luften høyere opp lettere på varmen enn luften over havet eller den avkjølende jordoverflaten. Resultatet blir bedrede troposfæriske refleksjoner og ducting-fenomener på VHF (og høyere frekvenser). Generelt sett vil høyere frekvenser kunne utnytte disse troposfæriske fenomenene bedre. Ducting-laget ligger ganske lavt over hav, ofte bare 5 10 m over havoverflaten for mikrobølge (Babib et al. 1997). Jeg har opplevd å ligge på stranden langs kysten av Sørlandet og hørt danske stasjoner komme inn på VHF og høyere frekvenser. Men hvis man går høyere opp på land, i den tro at man da skal høre signalene bedre, mister man ofte signalene. Men over land kan ductingen gå høyere. Mine erfaringer med den UHF pakkeradio digipeter jeg var med på å sette opp på Gaustatoppen (1883 meter over havet) var ofte Page 2 of 6
blandede. Det lå ofte en temperaturinversjon lavere enn toppen, anslagsvis i ca. 1200 meter over havet. UHF-digipeteren på 1883 meter over havet kunne derfor være uleselig i lavlandet, mens fra veien nedenfor toppen i ca. 1170 meters høyde kunne man utmerket få UHF radiokontakt med lavlandet, under temperaturinversjonen. Hvis den ønskede mikrobølge-kontakt mellom LA3EQ og OZ1FF skulle bli hindret av vulkansk aske fra Grimsvötn-vulkanen på Island den 24. mai, måtte asken formodentlig ha sunket ned til en høyde på noen få meter over havflaten. Lav aske mellom Norge og Danmark på denne tiden kan stemme med andre observasjoner. Grimsvötn-asken hadde generelt sett større og tyngre korn enn asken fra Eyjafjallajökull-vulkanen. Den sistnevnte asken drev generelt sett høyere enn den førstnevnte. I dagene etter Grimsvötn-utbruddet sto det i avisene advarsel mot å koste bilene rene for aske (inkludert maskinvask med børster). Dette fordi den relativt grove asken hadde lagt seg i Norge. Kosting av bilene ville kunne forårsake alvorlige riper i billakken. Derfor ble det anbefalt å spyle bilene forsiktig med vann uten trykk, for å fjerne Grimsvötn-asken på en skånsom måte, før man rengjorde bilene på vanlig måte. Så det var tydelig at asken denne gang hadde kommet lavt over Norge ihvertfall. GPS-problemer GPS (Global Positioning System) baserer seg på satelitter som sender navigasjons-signaler på ca. 1,5 GHz. TF3KB fortalte meg at bruk av GPS på Island under askeskyene var stedvis umulig og andre steder vanskelig. På de vanskelige stedene fikk man gale posisjoner, når man målte med GPS under askeskyene. Dette tyder igjen på at mine observasjoner i forrige artikkel (Segalstad 2011) får en parallell, i at ihvertfall radiosignaler på VHF og høyere frekvenser kan dempes av askeskyer fra vulkanutbrudd. Sporadisk E Det er vanskelig å tenke seg mekanismer for hvordan produkter fra vulkanutbrudd skulle bli slynget så høyt opp i atmosfæren som til E-lagets høyde på ca. 100 125 km, og kunne virke som reflekterende lag for radiosignaler i denne høyden. Dette var utgangspunktet for artikkelen av SM7GVF (Jarl 2011), som mente å påvise en korrelasjon (samsvar) mellom opptreden av sporadisk E og global vulkanisme. I min forrige artikkel (Segalstad 2011) avviste jeg denne korrelasjonen, og nevnte i stedet teorien for at gasser og metallioner (særlig av magnesium som langlivede rester fra meteorer) blir bestrålt med UV-lys fra Solen. Elektroner avgitt ved ioniseringen vil kunne reflektere radiosignaler (Thomas 1983). Vi diskuterte også observasjonene av at det særlig er i solflekksminimumsår at vi får de sjeldent lange kontaktene via multiple sporadiske E-hopp på VHF. Og jeg lanserte min egen teori om at dette kan skyldes at F-lagene da er svekket, og kan tillate at mer kortbølget UV-stråling slipper igjennom til E-laget. Denne økede kortbølgede UV-strålingen kan dermed sporadisk aktivere områder i E-laget, når Solen er nær sin høyeste posisjon på himmelen. For å illustrere dette, lurte jeg på om mine data fra Nordisk Aktivitets Contest (NAC) på 50 MHz for LA4LN og LA1V fra 1996 til 2011 ville være egnet. Dataene dekker 14 komplette år (1997 2010) pluss et halvt år (2011) pluss litt av 1996: Tilsammen 177 contester minus 7, altså data fra 170 contester. Fra National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA 2011) har jeg lastet ned data for solarfluksindeks (SFI; for 2800 MHz fra Penticon-observatoriet i Canada kl. 20 UTC) og planetarisk A-indeks (Ap), sistnevnte for kl. 18 21 UTC, for de aktuelle contestdagene. Det er på sin plass å gi noen merknader til dataene plottet i Fig. 3 og Fig. 4. Frem til og med 2004 ble NAC 50 MHz-contest arrangert hver fjerde tirsdag i måneden. Dette var uheldig, fordi NAC mikrobølge-contest ble arrangert på samme tid. Fra og med 2005 har NAC 50 MHz blitt arrangert hver andre torsdag i måneden, etter vedtak i NRAU. Page 3 of 6
Videre har operasjonsplassen for LA4LN og LA1V variert gjennom årene. F.eks. i juni 2000 ble det operert fra Vesterålen i Nord-Norge, med dårligere resultat enn hvis operasjonen hadde funnet sted fra Syd-Norge på den tiden. Som sjekklogg ble det innsendt en logg fra J6/LA4LN (i St. Lucia i Karibien) i desember 2000, med flere trans-ekvatoriale kontakter (TEP) med bl. Brasil og Argentina over 5000 til nesten 6000 km, noe som ikke er dagligdags kost fra Norge. Utstyret har variert noe, fra 5 element Yagi-antenne til 2 x 5 element Yagi-antenne, til 6 element Yagi-antenne, til 7 element Yagi-antenne på 10 m lang bom, og til 2 x 7 element av disse sistnevnte Yagi-antennene. Sender-effekten har vært begrenset til 100 W hver gang. Måneder uten logg står som null i figurene. Antall poeng oppnådd i en 50 MHz VHF-contest er ikke bare avhengig av geografisk plassering og type antenner, men også om det finnes andre stasjoner å få kontakt med. Poeng gis som ett poeng pr. km kontakt oppnådd, pluss 500 bonus-poeng for første kontakt med en stor-rute i Maidenhead-lokatorsystemet. Det er selvfølgelig forutsetningen å prøve å få så mange poeng som mulig i hver måneds contest. Imidlertid har det ikke alltid vært mulig å delta i alle av contest-periodenes timer pga. andre gjøremål. Det må imidlertid presiseres at dataene presentert her IKKE er sammenhengende: De er basert på kun maksimalt fire timers aktivitet på 50 MHz pr. måned! Men i denne sammenheng var det interessant å se om det var noen systematikk i høye poengsummer som funksjon av sol-aktivitet eller geomagnetisk felt. Fig. 3. Poeng fra de månedlige NAC 50 MHz contester for LA4LN og LA1V fra og med oktober 1996 til og med juni 2011 (rød kurve) plottet mot samtidige data for solarfluksindeks (SFI; blå kurve) og planetarisk A- indeks (Ap; grønn kurve). Merk at datagrunnlaget for kurvene ikke er sammenhengende. I Fig. 3 er det opptreden av F2-lag refleksjoner og sporadisk E-refleksjoner som vil gi de virkelig høye poengsummene. F2-refleksjoner skulle være ventet der contestene falt sammen med de blå kurvetoppene, når maksimal brukbar frekvens (MUF) ville kunne komme opp til eller over 50 MHz. Imidlertid ser vi ingen Page 4 of 6
direkte sammenfall mellom blå og røde topper innenfor disse nesten 15 årene, slik at F2-utbredelse på 50 MHz ikke har sammenfalt med de fire timene den månedlige contesten varer. Troposfæriske refleksjoner (fra grensen mellom kalde og varme luftmasser) gir ikke særlig mange poeng, fordi kontakt-distansene er relativt korte. Refleksjoner fra nordlyset (aurora) eller E-lags-refleksjoner innenfor nordlys-ovalen (aurora-e) skulle sammenfalle med høye verdier langs den grønne kurven i Fig. 3, men slike kontakter gir heller ikke de virkelig store poengsummene. Det er sporadisk E-refleksjoner (Es) av radiosignaler som gir de virkelig store poengsummene når F2- refleksjoner ikke forekommer. Vi ser av Fig. 3 at det de fleste år er høye poengsummer (rød kurve) i sommer-månedene. Sommeren 2001 var det ingen rød kurve-topp, og ingen F2 og lite Es. Lite Es var det også i contestene sommerene 1997 og 2010. Men de fleste øvrige år det vært ganske tilsvarende Esaktivitet i sommer-contestene, neppe hjulpet av vulkanutbrudd noe sted på Jorden. Fig. 4. Poeng fra de månedlige NAC 50 MHz contester for LA4LN og LA1V fra og med 1997 til og med 2010 plottet måned for måned (nummerert; januar er måned nr. 1 og desember er nr. 12) i forskjellige farger år for år. De forskjellige årenes farger er vist til høyre. Toppene til noen av årene er markert med årstall også på figuren. Merk at datagrunnlaget for kurvene ikke er sammenhengende. Ser vi i mer detalj på de månedlige poeng-forløp for hvert år fra 1997 til og med 2010 (Fig. 4), ser vi at radiobølgeutbredelse på 50 MHz via sporadisk E-refleksjoner er hos oss særlig forekommende fra mai til og med august, med juni og juli som de hyppigste måneder. Dette er gjentagende fenomener år for år, og neppe noe som kan tilskrives vulkanutbrudd ett eller annet sted på Jorden. Page 5 of 6
Litteratur Babib, S.M, Young, G.S. & Carton, J.A. (1997): A new model of the oceanic evaporation duct. Journal of Applied Meteorology, Vol. 36, side 193-204. Jarl, K. SM7GVF (2011): Mid Latitude Sporadisk E korrelation med vulkanaktivitet. QTC Amatörradio, Vol. 85, Nr. 4, side 24-25. NOAA (2011): Geomagnetic kp and ap indices. http://ngdc.noaa.gov/stp/geomag/kp_ap.html Segalstad, T.V. LA4LN (2011): Kan vulkanutbrudd påvirke radiobølgeutbredelse? Amatørradio, Vol. 76, Nr. 5, side 9-12. Thomas, L. (1983): Modelling of the ion composition of the middle atmosphere. Annales Geophysicae, Vol. 1, Nr. 1, side 61-73. Amatørradio Vol. 76, Nr. 7-8 (2011) Norsk Radio Relæ Liga Page 6 of 6