La radiométéorologie oubliée. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Pourquoi oublié ? Et quelle est cette science de toute façon? Par définition, la radiométéorologie est la science de la relation entre les processus météorologiques (météo) et les processus de propagation des ondes radio dans l'atmosphère. Cependant, le sens donné à cette définition a changé plusieurs fois au cours de l'histoire du développement de l'ingénierie radio.

Rappelons que le premier récepteur radio d'A. S. Popov était utilisé comme détecteur de foudre, c'est-à-dire que la première utilisation pratique de la radio était la radio météorologie ! L'observation de l'atmosphère - les impulsions d'émission radio causées par les décharges de foudre, s'est généralisée dans les années 20-30. Par exemple, l'instrument du physicien suisse Lujon était connu, qui s'appelait un atmoradiographe et était un détecteur de foudre Popov amélioré combiné à un anémokinémographe météorologique [1]. Les observations ont été effectuées à des ondes ultra-longues (fréquences de plusieurs dizaines de kilohertz), qui ont une grande plage de propagation, de sorte qu'il a été possible d'enregistrer des sources éloignées d'activité orageuse, y compris tropicales.

Pendant la Seconde Guerre mondiale, lorsque la Suisse était coupée des sources d'informations météorologiques, grâce aux observations atmosphériques, il était possible d'enregistrer la survenue de cyclones même au large des côtes de la Floride. Traversant l'Atlantique, ces cyclones ont alors déterminé le temps qu'il faisait en Europe. Plus tard, afin de localiser plus précisément les sources atmosphériques, le groupe de Lujon s'organise en 1957-1959. postes d'observation à Zurich et Svalbard. La radiogoniométrie avec une base de 4200 km a permis d'enregistrer des orages dans presque tout l'hémisphère nord.

Les techniques d'observation atmosphérique se sont considérablement améliorées lorsque des récepteurs de radiogoniométrie sont apparus avec une indication des impulsions entrantes non pas à l'oreille, mais sur l'écran CRT. Le schéma fonctionnel d'un radiogoniomètre moderne est illustré à la fig. 1]. Il s'agit d'un récepteur à amplification directe contenant trois canaux identiques avec des filtres passe-bande Z2-Z1 accordés sur la fréquence reçue (par exemple 3 kHz) et des amplificateurs A27-A1. Deux canaux reçoivent un signal des antennes cadres WA3 et WA1 croisées à angle droit (les magnétiques peuvent être utilisées avec le même succès), et le troisième canal reçoit un signal de l'antenne fouet omnidirectionnelle WA2. Le signal de la troisième voie est limité en amplitude par le limiteur U3 et sert de modèle pour le fonctionnement de deux détecteurs synchrones U4 et U1 installés dans les deux premières voies.

(cliquez pour agrandir)

Aux sorties des détecteurs synchrones, les signaux démodulés sont proportionnels au sinus et au cosinus de l'angle d'arrivée des ondes radio. Après les avoir appliqués, après amplification et formation appropriées dans les dispositifs U5 et U6, aux plaques de déviation horizontale et verticale du CRT, nous obtenons l'angle de déviation du faisceau proportionnel à l'arc tangente du rapport de tension dans les canaux avec antennes cadre, c'est-à-dire, l'azimut de l'angle d'arrivée de l'onde. L'alignement initial du radiogoniomètre est effectué en tournant les antennes cadre et le déphaseur U3 dans le circuit de signal de référence.

Comme vous pouvez le voir, le radiogoniomètre est assez simple, ne contient pas d'appareils mobiles pour les antennes rotatives, cependant, il vous permet de déterminer l'azimut avec une précision assez élevée. L'atmosphère sur l'écran est observée sous la forme d'une éjection du faisceau depuis le centre de l'écran dans la direction correspondant à l'azimut, et la longueur d'éjection correspond à l'amplitude atmosphérique. Ainsi, un diagramme d'intensité polaire des atmosphériques est formé. Les typhons et les ouragans lui donnent un maximum net, tandis que les régions frontales des orages - un large maximum en direction et moins en intensité [1].

La technique de radiogoniométrie de la foudre n'a en quelque sorte pas reçu une couverture appropriée dans la littérature nationale, et dans la radio amateur, elle est complètement absente. Dans le même temps, prévoir les orages, les ouragans, les grains, les averses et observer leur évolution est extrêmement important, en particulier dans les zones rurales. Il semble qu'il existe un large champ d'activité pour les radioamateurs.

Un autre aspect de la radiométéorologie est lié aux observations du passage des signaux radio dans l'atmosphère. Dans les années 20 et 30, on tenait pour acquis que la réception radio était liée à l'état du temps. Il y avait même un tel signe parmi les opérateurs radio: "Beau temps - mauvaise réception, mauvais temps - bon!". Parallèlement, de nombreux travaux et études ont été réalisés, prouvant le lien entre la propagation des ondes longues, moyennes et courtes (LW, SW et HF) avec les conditions météorologiques. Les radioamateurs G. I. Kazakov (Tachkent), M. A. Benashvili (Tbilissi), L. S. Leonov et A. P. Shchetinin (Moscou) y ont participé. Leurs observations ont donné des résultats très précieux, mais maintenant peu de gens les connaissent.

Pendant la Grande Guerre patriotique, il n'y avait pas de temps pour la radio-météorologie, mais le radar s'est développé, les gammes d'ondes décimétriques, centimétriques, puis millimétriques ont été maîtrisées.Puis, déjà dans les années 50-60, des études théoriques et expérimentales ont été menées sur la propagation à longue distance de la VHF due à la réfraction dans la troposphère, se diffusant sur des inhomogénéités troposphériques, a découvert l'existence de guides d'ondes troposphériques. Les réflexions radar ont été reçues des nuages, des zones de précipitations et même des «ciels clairs» - des sections de la troposphère avec de grandes fluctuations de l'indice de réfraction.

Ainsi, la "troisième" radiométéorologie a déjà été formée, qui étudie la propagation et la réflexion des VHF dans la troposphère [3]. Elle comprend aussi souvent l'étude de l'atmosphère à l'aide de ballons équipés d'émetteurs radio. Rappelons la fameuse radiosonde du système du prof. Molchanov, lancé pour la première fois en janvier 1930. Il a été conçu avec un tel succès que même de nombreuses années plus tard, il a été utilisé par la plupart des stations météorologiques nationales.

C'est cette radio-météorologie, plus la météorologie radar, qui est devenue dominante dans les années d'après-guerre, remplaçant complètement cette ancienne radio-météorologie liée à l'Extrême-Orient, SW et SW. Les scientifiques bien connus Pedersen et Austin ont également contribué à cela "accidentellement", en 1927-1931. qui se sont prononcés en faveur de l'indépendance de la distribution de DW, SW et HF des conditions météorologiques (en fait, leur conclusion a été tirée à la suite d'observations en Amérique du travail des stations européennes, et tout type de temps se produit dans de tels espaces ouverts [1], il ne peut donc y avoir de dépendance).

Depuis lors, des dispositions ont été établies dans la science de la propagation des ondes radio que l'on peut trouver dans n'importe quel manuel : la propagation de DW, SW et KB n'est pas liée à la météo, les paramètres de l'ionosphère ne sont déterminés que par des processus sur le Soleil et le champ magnétique terrestre, et la propagation à longue distance des ondes radio dans ces plages est déterminée par l'état de l'ionosphère. L'influence de la troposphère est observée uniquement sur VHF et SHF.

Auparavant, l'auteur de ces lignes en était également sûr, mais plusieurs cas de pratique ont fortement ébranlé cette confiance.

Le premier cas s'est produit sur un site de test géodésique près de Serpukhov, à 100 km au sud de Moscou. Un après-midi d'été, en écoutant une station de radio de Moscou sur les ondes longues, j'ai été surpris de constater des fluctuations du niveau du signal avec une oscillation de plus de 12 dB et avec une fréquence de plusieurs secondes ! Cela a aidé que la réception soit effectuée sur un indicateur de niveau d'interférence, dans lequel il n'y avait pas d'AGC, mais il y avait un indicateur de pointeur du niveau du signal d'entrée, s'estompant sur le LW lors de la propagation sur une courte distance par une onde terrestre? Ce n'est pas possible ! Cependant, la flèche a marché obstinément sur toute l'échelle. Dans un désarroi complet, en quittant la tente, j'ai vu dans le ciel un énorme et magnifique nuage orageux s'approcher du sud. Une comparaison de la vitesse du nuage avec la longueur d'onde a clairement montré que l'évanouissement était causé par l'interférence d'une onde de sol ordinaire et d'une onde réfléchie par le nuage.

Un autre incident s'est produit sur un navire hydrographique effectuant des travaux scientifiques dans le détroit entre les îles Kouriles. Malgré l'éloignement des grands centres de population, l'air était plein: dans le NE, il y avait beaucoup de stations de radiodiffusion japonaises, en Extrême-Orient Khabarovsk, Petropavlovsk-Kamchatsky, Vladivostok et Magadan étaient bien entendus. Mais un beau matin (brumeux comme toujours) le récepteur dans le carré a refusé de recevoir quoi que ce soit sur l'Extrême-Orient et le Nord et ils m'ont appelé pour le réparer. Le receveur avait raison. L'écoute de l'air sur un grand récepteur de communication avec les opérateurs radio du navire a montré que les signaux des stations de radio mentionnées étaient presque complètement absorbés, seul le porteur de la station de radio de Petropavlovsk-Kamchatsky a été reçu, plutôt deviné, en mode télégraphique par deux points. L'éther n'a été relancé qu'à des fréquences supérieures à 3,5 MHz, où une transmission normale pour KB a été observée. Pendant trois jours dans l'Extrême-Orient et le Nord-Est, il était "sourd comme dans un char", et ce n'est que progressivement que le passage a été rétabli.

Plusieurs années plus tard, l'auteur a reçu un livre merveilleux [1] de Dmitry Nikolayevich Nasilov, un scientifique de l'Université d'État de Moscou, écrit principalement sur la base des résultats de la recherche dans les années 20 et 30. Pour la première fois dans la littérature, j'ai lu un article sur un incident similaire survenu dans une région complètement différente du globe - lors du voyage du navire d'expédition Perseus d'Arkhangelsk à Franz Josef Land (FJL). Il a été noté qu'en quittant le courant chaud du Gulf Stream dans les eaux froides de l'Arctique, toutes les stations de radio situées au sud devenaient à peine audibles ou disparaissaient complètement. Mais à l'approche du FJL, l'audibilité a été rétablie, dans le même temps, les hydrologues ont noté l'apparition d'un autre jet chaud du Gulf Stream. Les observateurs ont expliqué la "zone de silence" par la réfraction des ondes radio sur une couche de brouillard puissante et étendue au-dessus d'un courant chaud envahissant les eaux froides. A noter que la situation est similaire aux îles Kouriles : le courant chaud Kuro-Sio, venant des îles japonaises, entre en collision avec les eaux froides de la mer d'Okhotsk.

L'explication de l'effet Kuril-Kola n'était alors pas soutenue par des scientifiques réputés, et de nombreux faits de ce type ne sont toujours pas inclus dans les manuels sur la propagation des ondes radio. Mais les faits sont des choses têtues, et les expériences confirment que les phénomènes de réfraction, de réflexion et de propagation des guides d'ondes sont également observés sur le LW, SW et HF, ainsi que sur le VHF.

À cet égard, les observations de l'intensité du champ des stations de radiodiffusion sont d'un grand intérêt. Ainsi, par exemple, le chercheur américain R. Colwell, situé à 170 km de la ville de Pittsburgh et mesurant l'intensité du champ de la station de radio de cette ville à une onde de 305 mètres, a établi une corrélation de 98% avec les conditions météorologiques. Son propre groupe en 1939 a expérimentalement reçu des réflexions à HF (fréquences 1614 et 3492,5 kHz) de couches troposphériques, bien inférieures à la couche ionosphérique E, même à des altitudes de 1 ... 2.3 km ! Les valeurs mesurées du coefficient de réflexion sont d'environ 10-4 pour les nuages ​​fins sous forme de brume, toujours présents à des altitudes de 12...16 km, et d'environ 0,001...0,05 pour les nuages ​​à front chaud, ils peuvent augmenter jusqu'à 0,7 (!) pour de puissants cumulus et nuages ​​orageux, souvent accompagnés d'un front froid.

Les fluctuations de l'intensité du champ des stations de radio pendant les orages ont été notées par beaucoup - à titre d'exemple, sur la Fig. La figure 2 montre un enregistrement d'une station de radio à Kiev (1209,6 mètres), réalisé par la station de réception radio de Kiev par beau temps (Fig. 2, a) et pendant un orage (Fig. 2, b) [1]. Les fluctuations s'expliquent par l'apparition de zones d'ionisation accrue de l'air à basse altitude. Mais même en l'absence d'orages, l'approche, par exemple, d'un front chaud donne une augmentation générale de l'intensité du champ dans le LW et le NE, tandis qu'un front froid provoque de fortes fluctuations, un évanouissement et peut même entraîner une perte de signal.

Des effets non linéaires sont également observés dans l'atmosphère, qui se manifestent sous la forme de "superpositions" sur la porteuse de la station radio reçue. M. A. Benashvili en 1938 a proposé de déterminer l'emplacement des fronts atmosphériques par la nature des "superpositions" sur les signaux des stations de radio LW et MW reçues de différentes directions et distances. Ainsi, un front froid sur le chemin des ondes radio génère des craquements et des clics, un front chaud - des bruissements, un fond solide.

Dans un article, il est impossible de raconter plusieurs des phénomènes les plus intéressants qui se manifestent lors de l'écoute attentive de l'éther et de l'étude des processus de propagation des ondes radio. Le but de cette publication est d'attirer l'attention des radioamateurs sur ces phénomènes à moitié oubliés, en quelque sorte perdus à notre époque d'ordinateurs et de communications par satellite. Il n'est pas superflu de rappeler que même l'émission radio cosmique a été découverte par des ingénieurs radio ordinaires qui effectuaient des travaux quotidiens sur la mesure des interférences radio, et que la propagation à longue distance de HF a été découverte par des radioamateurs.

littérature

1. Nasilov D.N. Radiométéorologie. - M. : Nauka, 1966.
2. Baru N. V. et al. Radiogoniomètres - télémètres des orages proches. - L.: Gidrometeoizdat, 1976.
3. B. R. Bean et E. J. Dutton. Radiométéorologie. - L.: Gidrometeoizdat, 1971.

Auteur : V. Polyakov, Moscou

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