Что такое электромагнитное поле и как работает радиосвязь — Журнал «Код»

В ИТ многое завязано на радиоволны и связь по воздуху: Wi-Fi, Bluetooth и сети 4G — всё это работает на радиоволнах. Но Wi-Fi раздаёт интернет на 10–20 метров, а вышка 4G — на несколько километров. Посмотрим, как это работает и от чего зависит дальность и качество связи.

Эта статья для тех, кому интересно, как физически устроена беспроводная передача данных. Здесь ничего нет про код и алгоритмы, поэтому, если нужно что-то по программированию, — почитайте наши проекты про вычисление логарифма или про слайдер с jQuery на странице.

Электромагнитное поле

Основа любой связи — радиоволны. Радиоволну можно представить как обычную волну на поверхности пруда, когда кидаешь в него камень. Разница в том, что волна распространяется не в воде, а в невидимом глазу электромагнитном поле. 

Электромагнитное поле можно представить как океан, в который погружена Вселенная. Оно повсюду, мы его не замечаем, но как только мы начинаем трясти электронами, двигать магниты, светить лазерами и совершать любые другие манипуляции с энергией, эти манипуляции возбуждают электромагнитное поле. По нему начинают расходиться эти самые волны. 

Всё движение в электромагнитном поле происходит с фиксированной скоростью — почти 300 тысяч километров в секунду. Мы называем ее «скоростью света», но на самом деле это скорость передачи любых взаимодействий в полях, и свет ей тоже подчиняется. 

Любая волна — следствие того, что полю сообщили энергию. Условно говоря, если мы бросаем в озеро камень, мы «сообщаем» озеру кинетическую энергию этого камня. Эта энергия начинает распределяться во все стороны, толкая ближайшие молекулы воды. Эти молекулы толкают соседей, те — соседей. Так получается волна. 

Похожим образом учёные представляют электромагнитное поле. Сообщил ему дополнительную энергию, и она пошла возмущать поле во всех направлениях, передавая себя со скоростью света. По дороге наша энергия встречается с другими энергиями — например, энергией стен, антенн, решёток, гор и т. д. По мере столкновения с такими препятствиями энергия угасает.

Длина и частота волны

У каждой волны есть три важные характеристики: длина волны, частота и амплитуда. От них зависит качество связи и дальность приёма сигнала:

Сейчас нас больше всего интересует длина волны — это расстояние между двумя соседними гребнями. От длины волны зависит то, на какое расстояние она может передать сигнал и как волна реагирует на препятствия — огибает их, отражается или поглощается и дальше не идёт. 

Например, если волна очень длинная, она может проникать через большие земляные и водяные массы, огибать горы и в целом плевать на любые препятствия. Но зато у неё будет низкая частота, то есть данных можно передать мало. А если волна сверхкороткая, то её может задержать любое, даже незначительное препятствие. Зато короткими волнами можно передавать очень много данных очень быстро.

В зависимости от длины волны делятся на разные категории. Вот картинка, чтобы было проще понять, о чём мы будем говорить.

Сверхдлинные волны — дальняя и подводная связь

Длина одной сверхдлинной волны от 10 до 100 километров. Такая большая длина получается из-за очень низкой частоты: от 3 до 40 килогерц. Благодаря своей длине эти волны могут отражаться от ионосферы — это верхний слой атмосферы, который облучается космическими лучами. Так эти волны распространяются по всей Земле 

А ещё они хорошо проникают в воду, поэтому связь с подлодками обычно происходит именно на этих частотах.

Длинные волны — телевидение и навигация

Длинные волны живут на частоте 150—500 килогерц. Их длина — от 600 метров до 2 километров. Эти волны могут огибать простые препятствия (например, горы), но проникающая способность у них небольшая, поэтому в помещении поймать ничего не получится — нужна улица и длинная антенна. 

Длинные волны используют для телевещания, связи с объектами на большой площади и радионавигации. Кстати, старые большие телевизионные антенны на крышах ловили как раз длинные волны.

Средние и короткие волны — международная и местная связь

У средних и коротких волн с длиной волны от 500 до 10 метров похожая физика распространения — они хорошо отражаются от ионосферы, огибают Землю и не требуют для этого передатчиков большой мощности. Этим пользуются радиолюбители, чтобы пообщаться друг с другом с разных концов света без интернета. Частота таких волн — от 500 килогерц до 30 мегагерц.

А ещё коротковолновую связь можно иногда увидеть на машинах: если стоит длинная трёхметровая антенна, то это значит, что внутри будет коротковолновая рация для связи на частоте 27 мегагерц. Это разрешённая для использования частота, доступная без лицензии.

Антенна для связи на средней частоте. Фото — Драйв2

Метровые волны — местная связь, радио и телевидение

Сюда относятся волны с частотой от 30 до 300 мегагерц и с длиной волны от 1 до 10 метров. На этих волнах работают радиостанции (FM-диапазон тоже сюда входит), принимаются телесигналы и можно установить связь на расстояние до 2000 километров. Огибать большие препятствия эти волны не могут (но могут отражаться), а всё, что меньше 10 метров в ширину или длину, они пройдут без проблем.

Сейчас на «двухметровом» диапазоне работает связь у городских служб — МЧС, скорая и других служб быстрого реагирования. А всё потому, что на этих частотах можно установить надёжную голосовую связь даже в условиях плотной застройки.

Дециметровые волны — вайфай, блютус и мобильная связь

Самый популярный диапазон в IT — от 300 мегагерц до 3 гигагерц. Сюда попадает вайфай, блютус, протоколы умного дома, охранные брелки и прочие подобные вещи, включая микроволновки. Все современные стандарты мобильной связи тоже попадают в этот диапазон, поэтому иногда связь пропадает, на первый взгляд, просто так, а на самом деле ей может мешать работающая рядом микроволновка.

Чем выше частота, тем большую плотность передачи сигнала можно в ней закодировать, поэтому операторы сотовой связи взяли себе самые высокие из доступных частот. По этой же причине вайфай использует эти же частоты — чтобы передавать данные по воздуху как можно быстрее. О том, как устроено кодирование сигнала в зависимости от частоты, мы расскажем в следующей статье.

Сантиметровые волны — 5G и связь со спутниками

Если поднять частоту ещё выше, от 3 до 50 гигагерц, то получим уже сантиметровые волны. Они легко проникают через ионосферу, поэтому на этих частотах работает спутниковая связь и управление в космосе. При этом из-за размера они слабо проникают сквозь препятствия, но могут отражаться от них, чтобы достичь нужной точки.

А ещё на этих частотах планируется развернуть скоростную часть связи 5G, чтобы получить скорость интернета 10 гигабит в секунду и скачать любой фильм за пару секунд.

Важно: все компьютерные беспроводные дела — это одно и то же радио

Блютус, вайфай, все сотовые стандарты, NFC и другие беспроводные протоколы — это всё радио. Это всё возмущения в одном и том же электромагнитном поле — только с разной частотой, скоростью и способами кодирования. Прямо сейчас, когда вы это читаете, вы сидите в центре огромного электромагнитного шторма от всех электромагнитных излучателей вокруг вас. Если вы сейчас достанете антенну и послушаете это излучение, вы услышите всё, что происходит в «эфире» электромагнитного поля. Другое дело, что вы не сможете это дешифровать, но это детали. Представьте, что мы все сидим в одном озере и пускаем волны по его поверхности. Вот в этом хаосе волн и приходится работать всем нашим роутерам и мобильникам. 

И ещё пикантная деталь: все наши радиоволны, которые прошли сквозь ионосферу и улетели в космос, продолжают бесконечный полёт по электромагнитному полю со скоростью 300 тысяч км/с, лишь изредка сталкиваясь с пылью и шальными звёздами. Если где-то на другом конце галактики инопланетяне тоже изобретут радио, с большой вероятностью они поймают наши сигналы (когда эти сигналы долетят). 

Что дальше

Теперь у нас достаточно знаний, чтобы разобраться в двух вещах — как всё-таки кодируются данные, которые передаются по радиосвязи, и почему связь 5G даст такой огромный прирост скорости и возможностей.

Текст:

Михаил Полянин

Редактор:

Максим Ильяхов

Художник:

Даня Берковский

Корректор:

Ирина Михеева

Вёрстка:

Кирилл Климентьев

Соцсети:

Алина Грызлова

Прощайте, короткие волны

В некоторых точных науках есть термины, которые звучат как поэтические образы, например, «сумерки» – их исследуют специалисты по физической и атмосферной оптике. Или «сопротивление материалов» – раздел технической механики. Термин «короткие волны» – того же рода. Да, их прежде всего исследуют радиофизики, но для русского уха короткие волны – это целый мир, даже, скорее, космос, существовавший более шестидесяти лет, космос, живший по своим законам. В нем, этом космосе, русское слово было свободным. В нем сохранялись и жили традиции свободной русской культуры, истории, богословия. Как ни коротки были эти волны, но их хватало на то, чтобы вольное русское слово звучало во всей полноте. Когда из-под ног русского мира ушла почва, он обосновался в пятом океане, и там, отражаясь от ионосферы, сберег интеллектуальную и культурную преемственность, связь с историей.

Теперь век коротких волн завершается. Но Радио Свобода усиливает присутствие в интернете, в социальных сетях и остается на средних волнах. Мы также существенно увеличиваем видеопродукцию.

Декабрь, 1967 год, парижская студия Радио Свобода. Эссе поэта-акмеиста, литературного критика Георгия Адамовича (1892–1972). Это его голосом к советским слушателям обращался Серебряный век. Что до голосов, десятилетиями звучавших на коротких волнах, то они остаются с нами: в наших архивах, в наших передачах.

«Настоящей философии в России ведь не было, были мыслители, были замечательные, выдающиеся мыслители. Но в том смысле, в котором можно назвать философами Канта или Гегеля, то есть в основе мыслительной работы которых лежала прежде всего теория познания, в этом смысле в России философии не было.

Георгий Адамович

В русском языке даже создалось пренебрежительное такое выражение – профессорская философия. Это, конечно, неверно. В сущности, единственным, по-моему, крупнейшим русским философом был Владимир Соловьев, человек чрезвычайно умный, но которому мешала стать великим философом прежде всего крайняя его самоуверенность, а во-вторых, какая-то его психическая странность, в своем мистицизме, в своих странностях он заходил настолько далеко, что опрыскивал себя духами, чтобы его не трогали черти.

А самоуверенность Соловьева сказалась, например, в такой книге как «Три разговора», его последней книге, книге, о которой он сам сказал, что эта книга гениальная. Эта книга направлена

По-видимому, в России, в гене русского народа, в духе русского народа не было влечения к этой философии типа Канта, Гегеля, Декарта, Шеллинга, Лейбница

прежде всего в первой части против Льва Толстого. И один из тех людей, который наиболее верно и как-то с пониманием то, что представляет собой Толстой в России, Маклаков сказал, что эта книга салонная. Тут есть что-то верное. Соловьев в этой книге при всем своем уме договорился до чудовищной глупости. Нападая на непротивление злу и как будто забывая при всем своем ортодоксальном христианстве, что все-таки о непротивлении злу черным по белому написано в Евангелии, «а я говорю вам – не противься злом», он договорился до того, что легкомысленная баллада Алексея Константиновича Толстого о камергере Деларю, высмеивающая непротивление злу, будет жить в литературе тогда, когда будут окончательно забыты «Война и мир» и «Анна Каренина».

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({}); Если говорить о русской философии вообще, особенно послесоловьевской, я думаю, все-таки крупнейшим явлением был в ней Лев Шестов, не Бердяев, который скорее был мыслителем, причем иногда каким-то таким, говорившим то, что все знают в сущности, но он очень убедительно это излагал. Лев Шестов был действительно замечательным философом. Мог быть Константин Леонтьев, которого, к сожалению, в Советском Союзе совершенно не знают по причине его крайней реакционности, которую незачем замалчивать или отрицать. Это был один из самых умных людей. Он мог бы оказаться одним из русских философов, но, по-видимому, в России, в гене русского народа, в духе русского народа не было влечения к этой философии типа Канта, Гегеля, Декарта, Шеллинга, Лейбница. Ни одного имени, равного этим великим западным именам, у нас нет».

И еще один писательский голос: Гайто Газданов (1903–1971), участник французского Сопротивления, с 1953 года и до смерти в 1971 году сотрудник Радио Свобода. Одна из последних записей писателя:

Гайто Газданов

«Недавно в одной из французских газет в связи с очередным политическим скандалом была помещена фотография Сартра: маленький старый человек, косой, с расстегнутым воротом и обиженным лицом. Обида понятна – французские власти не принимают Сартра всерьез. В тюрьму попали некоторые так называемые левые молодые люди, организаторы демонстраций с битьем витрин и поджиганием автомашин, а Сартра, принимающего участие во всем этом, никто не арестовывает, не судит и не сажает в тюрьму. Как же тут не обижаться? Лет 20 назад Сартр был одним из самых читаемых авторов Франции, главой так называемых экзистенциалистов, но по мере того, как проходило время, слава Сартра тускнела, имя его для новых поколений уже не значило то, что раньше, и Сартра при жизни стали забывать. Поэтому он делает все, чтобы о себе напомнить. Все это настолько примитивно, что со стороны становится неловко. В конце концов, может быть, недалеко от истины те, кто сравнивает Сартра с Геростратом.

Следует сказать несколько слов о том, что Андре Жид в свое время определил непереводимым выражением literature engage. В самом приблизительном переводе это значит «литература определенной политической направленности»

Конечно, доводить эту аналогию до конца несколько рискованно и нельзя быть уверенным в том, что Сартр не поколебался бы поджечь Собор Парижской Богоматери. Но то, что его обуревает патологическое желание непременно о себе напоминать и что он боится кануть в лету, как говорили в прежнее время, это несомненно. Здесь следует, впрочем, сказать несколько слов о том, что Андре Жид в свое время определил непереводимым выражением literature engage. В самом приблизительном и далеко не точном переводе это значит «литература определенной политической направленности». Имеется в виду, конечно, направленность главным образом коммунистическая. Несчастье здесь заключается в том, что литературное произведение, отвечающее требованиям этой направленности, не может быть и не должно быть слишком сложным или углубляющимся в психологический анализ. Писателю известного литературного уровня эта задача упрощения, мягко говоря, часто не под силу. Парадоксальна также литературная биография Сартра. Если бы он продолжал писать так, как он это начинал до войны, он мог бы стать одним из выдающихся современных писателей и действительно по заслугам получить Нобелевскую премию, которая была ему присуждена с недостаточными основаниями и от которой он отказался.

Но литературная биография Сартра была искажена и исковеркана его болезненной любовью к рекламе. Над Сартром смеются, и есть все основания предполагать, что его литературная участь – это скорее забвение, несмотря на его несомненный ум и талант».

Священник, богослов Александр Шмеман (1921–1983) более тридцати лет читал воскресные проповеди на Радио Свобода:

Александр Шмеман

«Мы знаем, что Петр Великий секуляризировал или, во всяком случае, пытался всеми силами секуляризировать русскую культуру, да и саму Россию. С Запада, с детства пленившего его сознание, он принес в свою страну дух прагматического научного строительства, вдохновения землей и земным. И была своя, хотя и частичная, правда в этом великом замысле, в этом желании сдвинуть отставшую страну с ее сакрально-сонного застоя. На целое столетие Россия отдалась этой западной мечте. Результатом этого была великая империя, мощное государство, военная слава, развитие науки, мысли, торговли – дело Петра Великого в этом плане удалось.

Но не удалась ему секуляризация культуры, ее отрыв от последней глубины человеческих вопрошаний, от созерцания мира не только как действия, как строительства, как организации, но мира как отражения чего-то вечного и вечностью измеряемого.

Пушкин с этой точки зрения – плод Петра Великого, но и ответ ему. Он завершает дело Петра, вознося русскую культуру на небывалую высоту, и он же отвечает на замысел секулярной, земной культуры: отвечает светлой, небесной красотой, пронизавшей мир его поэзии. Пока есть на земле русские люди, они не перестанут любить Пушкина. И не только любить, но и видеть, или, вернее сказать, ощущать его как некое воплощение России, как ту мерку, по которой меряется и оценивается в конечном итоге все то, что называет себя русским.

О Пушкине написаны и будут еще написаны сотни и тысячи книг. Но мало кто имел мужество сказать, что последняя тайна Пушкина, последняя его глубина, то, что делает его никогда не стареющим, вечным мерилом России, укоренено в его религиозном мироощущении. Как так? Не написал ли Пушкин кощунственную «Гавриилиаду»? Не был ли он страстным жизнелюбцем? Не пронизано ли все его творчество именно земной любовью, к земле и к земному, и не является ли грубым насилием и натяжкой навязывание ему какого-то религиозного мироощущения?
Но вот один из тонких знатоков русской культуры, профессор Федотов, называет «Капитанскую дочку» самым христианским произведением русской литературы. Но вот русский философ Шестов говорит, что Пушкину открылась великая правда. И вот Достоевский в своей знаменитой «Пушкинской речи» читает, что вся задача России состоит в том, чтобы эту светлую пушкинскую тайну разгадать. Что же это за тайна и что дает нам право говорить о религиозном мироощущении Пушкина и о том, что на последней глубине завет его России и русской культуре – именно религиозного порядка?

Да, Пушкин написал два-три глубоко религиозных стихотворения: «Пророк», «Когда для смертного умолкнет шумный день…» и несколько других, но не в них одних, конечно, наше доказательство.
Дело в том, что, сами того не замечая, мы постепенно сделали своим, приняли как правильное то определение религии, которое дают ее враги и во имя которого они и считают необходимым бороться с нею. Это определение религии как обязательно чего-то мрачного, всецело направленного к смерти и загробному миру, а в этом мире наполненного вздохами или сладкими елейными словесами и всевозможными суевериями. Да, такой религии у Пушкина действительно нет, как нет и специальной обращенности всего его творчества к специфически религиозным или церковным темам. Но религиозным в самом глубоком и самом подлинном смысле этого слова называем мы весь его подход к миру и к человеку.

В мире, созданном Пушкиным, много зла, много страдания и много греха. Прав Лев Шестов, написавший о Пушкине: «И не думайте, что он достиг этой цели, отвернувшись от действительности, чтобы не видеть ее ужасов. Наоборот, все самые мрачные стороны жизни приковывали его внимание и он с долгим, неустанным терпением вглядывался в них, пока не находил для них нужного объяснения». Ибо одного действительно нет в пушкинском подходе к миру и к жизни – в них нет хулы и бессмысленности. Страдание, зло, падение, уродство только потому и ощущаются таковыми, что отнесены они к лучезарной основе бытия, к тому «добро зело», с которого начинается библейский рассказ о творении мира. «И увидел Бог, что это хорошо» (Быт. 1:8)…

Внутреннее послушание на последней глубине бытия и называем мы религиозным в Пушкине

Правда, добро и красота. Поэт, конечно, начинает с красоты. Но у Пушкина красота – это всегда хвала, благодарение, и потому она неотрываема от правды: во всем творчестве Пушкина нет лжи; и, наконец, неотрываема она от добра: все в этом творчестве залито участием, жалостью, сорадованием и сочувствием. И, наконец, над всем этим миром, в котором все измеряется добром, правдой и красотой, – светлый, благой и любящий Бог, велению Которого подчиняется поэт.

«Веленью Божию, о муза, будь послушна». Вот это внутреннее послушание на последней глубине бытия и называем мы религиозным в Пушкине, и этого-то, сами так часто не сознавая, ищем в его светлом и добром творчестве».

Моего сравнительно нового автора в «Поверх барьеров» зовут Лидия Стародубцева. Она профессор Харьковского национального университета им. В. Н. Каразина, заведующая кафедрой медиакоммуникаций. Л. Стародубцева только-только привыкла к тому, что ее голос звучит на коротких волнах. И вот теперь – прощание:

«Мой небольшой спич о прощании с короткими волнами начну с признания в том, что для меня это не просто диапазон радиоволн с частотой от 3 до 30 мегагерц. Короткие волны – это мое детство, это моя брешь в мире, это мое личное, очень личное переживание. Но обо всем по порядку.

Лидия Стародубцева

Помню себя, наверное, лет с полутора. Тогда мы жили в коммуналке. Детская кровать располагалась в нише и была отделена от комнаты занавесом. И сквозь вертикальный разрез этой завесы перед моим детским взглядом каждый вечер распахивалась одна и та же картина: огромный, от пола до потолка, стеллаж с книгами, а на одной из полок – зеленый глаз. Это был зеленый зрачок в ламповом радиоприемнике, из которого доносились шумы и помехи, обрывки фраз и музыкальных пассажей. Как я теперь понимаю, это были «вражеские голоса», которым с вожделением внимали мои родители. Они думали, что я сплю. Но я не спала, а часами вслушивалась в этот «нойз» и вглядывалась в этот зеленый радиоглаз, или он часами вглядывался в меня. Итак, мое первое воспоминание – это радио. А первый образ радио – это говорящий зеленый зрачок, таинственный, странный, волшебный, на который я могла смотреть бесконечно и который воплощал для меня неразрешимую загадку взрослого мира.

Радио для меня стало слуховым окном в мир иной: мир Серебряного века, запрещенных книг, джаза, диссидентов и проповедей Антония Сурожского

Моего отца, Владимира Яновского, не только моя мама Наталья Колосова, но и все его приятели в шутку называли «гений радио». Они произносили «гений радио» с иронией, но я-то все воспринимала всерьез. Отец занимался радиопередающими устройствами. Весь дом был набит книгами о радио и какими-то резисторами, паяльниками, лампами и проводами. И тот радиоприемник с зеленым глазом мой отец, конечно же, сделал сам. (Сейчас этот приемник, вместе со старыми печатными машинками, видеокамерами и фотоаппаратами украшает небольшой музей истории медиа на моей кафедре – кафедре медиакоммуникаций Каразинского университета (Харьков): не осмелилась выбросить свою детскую святыню, когда переезжала из родительской квартиры). Отец умер, когда мне было десять лет. И все, что я помню о нем, – склонившийся над письменным столом человек, который что-то бормочет под нос, исписывает тетрадь за тетрадью какими-то непонятными формулами и иногда восклицает: «Я нашел красивое решение!» А еще помню его горящие глаза, когда он рассказывал мне о том, что в будущем слово, произнесенное в одной точке света, будет слышно в другой, за тысячи километров, так, как будто оно сказано рядом. После смерти отца остались более десятка тысяч книг о радио, недописанная диссертация о радиопередающих устройствах и сделанный его руками радиоприемник. Итак, думаю, не ошибусь, если скажу: мое детство – это мир радио. Но не того, которое просто слушают. А того, которое делают своими руками. О котором взахлеб спорят, о котором читают книги, ради которого придумывают формулы, вокруг которого выстраивается вся жизнь. А когда жизнь обрывается, радио становится памятью. Так самые главные концепты – жизнь, смерть и память – связались для меня в одном слове: радио.

Когда я выросла и поступила на архитектурный факультет, радио для меня, как, наверное, и для многих моих сверстников, стало слуховым окном в мир иной: мир Серебряного века, запрещенных книг, джаза, диссидентов и проповедей Антония Сурожского. Причем потусторонний мир – «Голоса Америки» и «Радио Свобода» – казался настоящим, красивым и совершенным, а посюсторонний – лживым, уродливым и испорченным. Отсюда какое-то расслоение, расщеп в сознании – неизбывное чувство, что ты живешь в какой-то карикатурной квазиреальности, какое-то вечное «не так». И эта раздвоенность – основа жизни в совке – для меня связана именно с короткими волнами. Все десять лет Афганской войны прошли под знаком такой раздвоенности: когда советские СМИ лгали, ты жадно внимал каждому слову правды, доносившемуся издалека. Когда после 26 апреля 1986 года из телевизора доносились слова успокоительного обмана о Чернобыле, ты со страхом вслушивался в каждое слово, произносимое на коротких волнах, как в приговор. Существует какой-то необычный феномен, я бы назвала его словом «радиоприсутствие». Это такое явление, когда любимые голоса из радиожурнала «Поверх барьеров» кажутся более родными, чем голоса соседей по лестничной клетке. В этом радиоприсутствии прошла вся моя юность. И эти короткие волны учили меня не лгать и не верить идеологиям. И эти короткие волны были тогда чем-то вроде «зова истины», способом поставить перед собой высокую планку, по которой ты сверяешь свою жизнь.

Прошло много лет. Поразительно, но сегодня я работаю на Радио Свобода, и мои радиоэссе выходят в «Поверх барьеров». А еще пробую себя в качестве кинорежиссера, и мой первый фильм – «Время истекло» – посвящен магии радио. Случайно ли это? Нет, конечно. Просто круг замкнулся. Я вернулась в ту же радиостихию, с которой и начиналась моя жизнь. И поэтому прощание с короткими волнами для меня в каком-то смысле повод подвести итог. Радио было и остается для меня богоподобным явлением, в этом загадочном бестелесном эфире рождаются и умирают голоса, развертываются и свертываются целые вселенные иных миров, и память вечно тщится одержать победу над забвением. Прощайте, короткие волны! Впрочем, наверное, все не так безнадежно. Уходят в историю короткие волны, но остается радио. Так же, как отсыхают старые ветви, но остается дерево. Радио уходит в интернет, и это повод не только для ностальгии, но и для размышления. Размышления о том, что вся история медиа – это, как когда-то замечательно писал Умберто Эко, «история с убийствами». Размышления о том, что всякий новый медиум приходит на место старого под знаком вечного страха: «это убьет то». Но мы ведь знаем, что рукописная книга не убила устного слова, а печатный станок не убил рукописную книгу, так же, как фотоаппарат не убил живопись, кинокамера не убила театр, телевидение не убило кинематограф et cetera. Меняются медианосители, но голос остается. Становясь мультимедийным, радио с легкостью осваивает новые интернет-пространства. Прощайте, короткие волны! Наша память не будет короткой. Вещание на коротких волнах останется. Хотя бы и просто ностальгическим воспоминанием – воспоминанием «конца прекрасной эпохи».

шпоры АФУ — копия

ОНЧ – диапазон очень низких частот

ОНЧ – 3кГц-30кГц, используются сверх длинные волны(СДВ) – 100км – 10км. Мириаметровые и километровые волны (сверхдлинные и длинные радиоволны) характеризуются постоянством условий распространения. Это постоянство заключается в том, что сигнал при прохождении не подвержен резким изменениям амплитуды поля и радиосвязь в этом диапазоне волн внезапно не нарушается. Диапазон сверхдлинных волн (СДВ) имеет частоты от 3 кГц до 30 кГц с длиной волны от 100 км до 10 км соответственно. Несмотря на то что частотный диапазон находится в области звуковых частот, СДВ – электромагнитные волны. Радиоволны этого диапазона могут распространяться на большие расстояния, но для осуществления радиосвязи они не применяются по причине малой пропускной способности радиоканала. СДВ применяются в качестве радиомаяков, радионавигационных систем, в научных целях. В природных условиях основным источником СДВ являются разряды молний. Эти разряды являются помехой для осуществления радиосвязи и в других частотных диапазонах, поэтому исследование радиопомех важно для оценки надежности радиолиний.

Радиоволны СДВ диапазона, источником которых являются молнии, распространяются в так называемом волноводе Земля – ионосфера (рис. 17). Нижней границей такого волновода является

земная поверхность, а верхней – слой D (днем) и слой Е ионосферы (ночью).

Рис. 17. Распространение сигнала в волноводе Земля – ионосфера

В определенных условиях эти волны могут проникнуть и в ионосферу, где они распространяются вдоль силовых магнитных линий Земли (рис. 18). При распространении в продольном магнитном поле коэффициент преломления для необыкновенной составляющей определяется выражением:

групповая скорость для СДВ, прошедших через ионосферу, по формуле:

Поскольку среда, в которой распространяются эти радиоволны, является анизотропной, то для нее соотношение c2 = vгрvф не выполняется, и фазовая скорость определяется по более сложным формулам. Зависимость групповой скорости от частоты сигнала и частот ω0 и ωпр приводит к тому, что импульсный сигнал от грозового источника, воспринятый ухом вблизи разряда как щелчок, в точке приема (после его распространения вдоль силовой линии магнитного поля Земли ) будет услышан с приемника прямого усиления как свист. Такой сигнал получил название свистящего атмосферика, или вистлера.

Рис. 18. Возможные пути распространения сигнала в диапазоне очень низких частот

Напряженность поля в точке приема СДВ можно определить по формуле:

С учетом множителя ослабления F при отсутствии поглощения в волноводе Земля – ионосфера это выражение примет вид:

где h – высота волновода; а – радиус Земли; θ – центральный угол между двумя лучами, проведенными из центра Земли до точек передачи и приема (см. рис. 19). Из формулы (4.4) следует, что напряженность поля с ростом расстояния между приемной и передающей точками сначала падает, затем растет, достигая в антиподе Земли максимального значения. Этот эффект антипода объясняется тем, что лучи, огибающие Землю в различных направлениях,сходятся на противоположной стороне Земли (в антиподе).

Рис. 19. К расчету напряженности поля в диапазоне СДВ

В реальных условиях процесс распространения радиоволн происходит более сложным образом. Существует теория мод, согласно которой поле радиоволны в СДВ диапазоне можно представить в виде суммы отдельных волн, распространяющихся вдоль оси волновода Земля – ионосфера с разными фазовыми скоростями. Каждая мода имеет фазовую скорость:

где n = 0, 1, 2 … – мода волны; λ – длина волны в воздухе; h – высота волновода. Нулевая мода (n = 0) соответствует равномерному распределению поля по высоте, первая мода (n = 1) – потому, что по высоте укладывается одна полуволна, вторая (n = 2) – две полуволны и т. д. Для расчета поля в месте приема достаточно учесть сумму двух или трех мод. В диапазоне длинных и сверхдлинных волн вследствие неоднородности ионизирующего потока и наличия восходящих и нисходящих течений воздуха происходит непрерывное изменение электронной концентрации. Эти изменения приводят к изменению напряженности в точке приема. Поскольку колебания напряженности незначительны и происходят медленно, то они практически не влияют на качество передаваемых сообщений. Суточные колебания напряженности поля имеют место. Амплитуда этих колебаний зависит от времени суток, и днем амплитуда сигнала обычно меньше, чем ночью. Объясняется это тем, что затухание сигнала при отражении от слоя D больше, чем от слоя Е, поскольку область D существует только днем. Годовой ход напряженности поля выражен слабо, напряженность поля в летние месяцы (за счет большей ионизации областей D и Е) больше по сравнению с зимней на 20 – 50 %. Влияние одиннадцатилетнего цикла солнечной активности незначительно. В годы максимума солнечной активности в дневные часы наблюдается некоторое увеличение напряженности поля. Ионосферные возмущения также незначительно влияют на условия распространения сверхдлинных и длинных волн. На относительно небольших расстояниях (до 500 км) сверхдлинные и длинные волны распространяются как земные. На больших расстояниях эти волны можно рассматривать как пространственные, распространяющиеся в волноводе Земля – ионосфера. Сверхдлинные волны могут распространяться на очень большие расстояния и достичь антипода, а длинные волны при обычно применяемых мощностях – на расстояние до 4000 км. Рассмотрим условия распространения радиоволн вблизи земной поверхности (рис. 20). В диапазоне сверхдлинных и длинных волн передающая антенна излучает электромагнитное поле с вертикальной поляризацией (ось z), т. е. вектор Е перпендикулярен поверхности земли. При распространении вдоль земли (ось x) основной поток энергии распространяется вдоль ее поверхности, а небольшая его часть уходит в землю. Следовательно, на достаточно большом расстоянии от передатчика вектор Пойнтинга П, показывающий направление распространения энергии, будет наклонен в сторону земли. Поскольку вектор Н перпендикулярен вектору Е и вектору П, то в воздухе, около поверхности земли, кроме вертикальной составляющей E1Z появится горизонтальная составляющая E1X. Из точных граничных условий следует, что горизонтальные составляющие EX и HY непрерывны на границе раздела двух сред, поэтому около поверхности земли во второй среде горизонтальная составляющая E2X будет равна E1X.

Рис. 20. Распространение радиоволн вблизи земной поверхности

Вертикальную составляющую напряженности электрического поля можно определить из формулы (4.3) и представить ее в виде:

Исходя из граничных условий Леонтовича, горизонтальная составляющая определяется по формуле:

где εк – комплексная диэлектрическая проницаемость земли. Подставив вместо комплексной диэлектрической проницаемости ее значение, получим:

Представив знаменатель формулы (4.8) в виде модуля и фазового множителя, имеем:

В формулах (4.8) и (4.9) ε – относительная диэлектрическая проницаемость земли; λ – длина волны в воздухе; σ – удельная проводимость земли; фазовый угол определяется по формуле:

Поскольку проводимость земли и длина волны в диапазоне сверхдлинных и длинных волн имеют большие значения, то горизонтальная составляющая EX1 меньше вертикальной E1Z в сотни раз. При этом электрическое поле у поверхности земли оказывается эллиптически поляризованным в вертикальной плоскости, а фазовый угол стремится к 45є. Явление наклона фронта волны имеет практическое значение. Например, если длинный провод протянуть вдоль поверхности земли и подключить его на вход приемника, то за счет горизонтальной составляющей поля можно принимать сигналы радиостанций. Наведенная в проводе э.д.с. будет тем больше, чем длиннее провод.

В принципе в диапазоне очень низких частот можно осуществить радиосвязь с подводными или подземными объектами. Напряженность на глубине h горизонтальной составляющей поля находится по формуле:

а напряженность на глубине h вертикальной составляющей определяется так:

В формулах (4.11) и (4.12) δ – коэффициент поглощения, который определяется из формулы:

• из-за особенностей распространения СДВ, ДВ и СВ максимум излучения антенн этих диапазонов должен быть направлен вдоль поверхности земли

• обычно на СДВ и ДВ приемлемая высота опор составляет 150…250 м. некоторые СВ-антенны имеют высоту до 350 и даже до 500 м. в СВ-диапазоне высота антенны может быть соизмерима с длиной волны и равна обычно (0.15…0.63)l . антенны выполняют в виде антенн-мачт или антенн-башен. высота антенных опор определяется технико-экономическими соображениями

• антенны сверхдлинных и длинных волн находят свое применение в радиотелеграфной связи, в дальней навигации, при передаче сигналов точного времени, а антенны средних волн для радиовещания, морской связи.

СЧ- диапазон средних частот.

СЧ – 300кГц-3МГц, используются средние волны(СВ) – 1км – 100м.

Средними (декаметровыми) волнами называются радиоволны в диапазоне от 1000 до 100 м. Соответствующие этим длинам волн частоты расположены в интервале от 300 кГц до 3 МГц. Условия распространения средних волн отличаются от условий распространения сверхдлинных и длинных волн тем, что в дневное время суток они распространяются как земные, а в ночные часы существует как земная, так и пространственная волна. Дальность распространения средних волн днем обычно не превышает 1000 км, а ночью – 2000-4000 км. Средние волны отражаются от ионосферы на более высоких, по сравнению с длинными, высотах. Так как электронная концентрация области D недостаточна для отражения средних волн, они отражаются от области E. В освещенное время суток электромагнитная волна, пройдя область D, значительно ослабевает, а отраженная от области E волна, пройдя еще раз область D в обратном направлении, затухает настолько сильно, что практически не доходит до земной поверхности. Ночью же область D исчезает, затухание резко уменьшается, и отраженная от области E волна доходит до поверхности земли (рис. 21).

Рис. 21. Распространение средних волн в различное время суток

Таким образом, днем имеется только земная волна, а ночью напряженность поля в точке приема складывается из земной и пространственной волн. Если бы длина пути земной и пространственной волн не изменялась со временем, то в пункте приема в результате сложения этих волн результирующая амплитуда также не изменялась бы. Но поскольку ионосфера представляет собой неоднородное по электронной концентрации образование, непрерывно изменяющееся во времени за счет воздушных течений, то высота отражающего слоя и длина пути пространственной волны непрерывно меняются. Поэтому в какой-то момент времени земная и пространственная волны могут сложиться в фазе, а в какой-то – в противофазе. В первом случае результирующий сигнал будет значительным, а во втором – практически равным нулю. Непрерывное изменение разности фаз между земной и пространственной волнами приводит к непрерывным изменениям амплитуды поля в пункте приема. Эти изменения напряженности поля волны носят беспорядочный характер и называются замираниями (рис. 22). Под действием замираний напряженность поля в диапазоне средних волн может меняться в десятки раз. Средняя продолжительность замираний изменяется в пределах от секунды до нескольких десятков секунд.

Рис. 22. Запись напряженности поля на волне 350 м,на которой видны глубокие замирания сигнала

При отсутствии земной волны на больших расстояниях от передатчика может иметь место только пространственная волна. Эффект замирания в этом случае возможен из-за наличия двух или более волн, имеющих разное число отражений от ионосферы (рис. 23). Например, от передатчика в пункт приема приходят две волны. Одна из них отразилась один раз от ионосферы, а другая сначала отразилась от ионосферы, затем от поверхности земли и снова от ионосферы. Поскольку длина пути каждой волны непрерывно меняется, то и в этом случае будет наблюдаться эффект замирания. Замирания нарушают нормальную передачу радиовещательных программ, телефонных и телеграфных сообщений. При сильных замираниях радиосвязь на какое-то время может полностью прекратиться. Поэтому принимают меры по борьбе с замираниями. Одной из таких мер является применение автоматической регулировки усиления, которая позволяет поддерживать постоянный уровень сигнала на выходе приемника при значительном его изменении на входе.

Рис. 23. Возникновение замираний за счет интерференции: а – земной и пространственной волн; б – пространственных волн

Замирания можно значительно уменьшить, если передающую антенну выполнить таким образом, чтобы она излучала в основном только вдоль поверхности земли. Обычно в качестве передающей антенны, диаграмма которой в вертикальной плоскости представляет полуокружность, применяют несимметричный вертикальный вибратор. Максимум излучения такой антенны имеется вдоль поверхности земли, а под углом 45є, например, напряженность поля составляет ~ 0,7 от максимальной. Если применить антенну с более узкой диаграммой направленности в вертикальной плоскости, то напряженность поля при излучении под этим углом будет значительно меньше, а вдоль поверхности земли – больше (рис. 24). Следовательно, в пункте приема будет существовать в основном только земная волна, а пространственная будет сильно ослаблена. Это приведет к тому, что влияние пространственной волны на суммарное поле будет незначительным, и интерференция земной и пространственной волн будет слабой. Такие антенны, позволяющие усиливать поле вдоль поверхности земли и ослаблять его под другими углами к горизонту, называются антифединговыми. Использование антифединговых антенн позволяет увеличить зону уверенного приема сигнала в два-три раза. Суточные колебания напряженности поля в диапазоне средних волн явно выражены, поскольку днем существует только земная волна, а ночью – земная и пространственная. Амплитуда этих колебаний зависит от расстояния между передатчиком и приемником.

Рис. 24. Характеристика направленности в вертикальной плоскости обычной и антифединговой антенн

На небольших расстояниях имеется в основном только земная волна, поскольку напряженность поля волны, отраженной от ионосферы, незначительна. Интерференция в этом случае выражена слабо, и суточные колебания напряженности поля незначительны. На больших расстояниях от передатчика днем имеется только земная волна, а ночью – земная и пространственная. Интенсивность пространственной волны обычно значительно превосходит интенсивность земной. Поэтому днем принимаемый сигнал слабый, а ночью амплитуда повышается и прием сопровождается сильными замираниями. В случаях, когда из-за большого расстояния земная волна отсутствует и существует только пространственная волна, днем прием сигнала прекращается, а ночью интенсивность сигнала значительна. В этом случае замирания наблюдаются за счет интерференции волн, имеющей различное число отражений от ионосферы. В северных широтах на больших расстояниях в зимнее время, днем, ионосферные волны могут присутствовать. Следовательно, днем будет наблюдаться слабый сигнал, а ночью – значительный. Сезонные колебания напряженности поля в диапазоне средних волн зависят от сезонных изменений электронной концентрации в области E ионосферы. В летний период времени в дневные часы электронная концентрация возрастает по сравнению с зимним периодом. В ночные часы в зимний период времени электронная концентрация практически не зависит от времени года. Поэтому в северных широтах, на больших расстояниях в летнее время днем, напряженность поля больше, чем зимой, а ночью напряженность слабо зависит от времени года. Заметим, что ночью напряженность поля больше дневной в любое время года. Несмотря на то что летом напряженность поля пространственной волны увеличивается, возрастает также и интенсивность помех, обусловленных увеличением грозовых разрядов в летний период. Это приводит к тому, что летом отношение уровня сигнала к уровню шума уменьшается, а зимой увеличивается. В диапазоне средних волн влияние одиннадцатилетнего периода солнечной активности незначительно. Слабо влияют на условия распространения сигнала и ионосферные возмущения. При распространении средних волн в ионосфере возможно возникновение нелинейных эффектов. К ним относится Люксембургско-Горьковский эффект. Он проявляется в том, что при приеме маломощной радиостанции может прослушиваться сигнал мощной радиостанции, работающей на другой частоте. Это возможно тогда, когда в ионосфере пересекаются лучи обеих радиостанций. За счет того, что мощная станция будет изменять проводимость ионосферы в зависимости от амплитуды модулирующего сигнала, появится нелинейный эффект, который приведет к модуляции сигнала маломощной радиостанции более мощной. Напряженность поля земной волны можно определить из графиков Международного консультативного комитета по радиосвязи (МККР), в которых приводится зависимость напряженности поля от расстояния при распространении сигнала над сушей и над морем (рис. 7, 8). Расчет напряженности поля ионосферной волны определяется по эмпирической формуле:

где P – мощность передатчика; D – коэффициент направленности передающей антенны; r – расстояние до пункта приема.

ВЧ- диапазон высоких частот.

ВЧ – 3МГц-30МГц, используются средние волны(СВ) – 100м – 10м.

К диапазону коротких волн относятся волны от 100 до 10 м. Соответствующие этим волнам частоты находятся в диапазоне от 3 до 30 МГц. На небольшие расстояния в пределах нескольких десятков километров короткие волны распространяются как земные, на большие – как пространственные. Пространственная волна (называемая также ионосферной) за счет многократного отражения от ионосферы может распространяться на большие расстояния и даже обогнуть земной шар. В процессе распространения коротких волн участвуют все слои ионосферы. Области D и E являются поглощающими, а область F2 – отражающей. Электронная концентрация области E недостаточна для отражения коротких волн, поэтому эти волны отражаются от области F2, где электронная концентрация значительна. Электромагнитная волна, пройдя области D и E, затухает в них, но поглощение в этих областях ионосферы на коротких волнах значительно меньше, чем на средних. Затухание волны в области F2 меньше, чем в областях D и E. Поэтому коротковолновый сигнал принимается как в дневное, так и в ночное время суток. напряженность поля волны при прохождении ею ионосферы можно определить так:

где Е0 – напряженность поля на входе в ионосферу, δ – коэффициент поглощения, l – путь, пройденный волной через ионосферу в прямом и обратном направлениях.

Коэффициент поглощения в ионосфере можно оценить по формуле:

Из выражения (4.17) следует, что поглощение волны в ионосфере прямо пропорционально электронной концентрации N и числу столкновений электронов с нейтральными частицами ν. В области D значение N малое, а значение ν большое; в области Е N больше, чем в области D, а ν – меньше. Произведение Nν в этих областях примерно в 100 раз больше, чем в области F2. Поэтому затухание сигнала происходит в основном в областях D и E. Поскольку коэффициент поглощения обратно пропорционален квадрату частоты, то применение более высоких частот предпочтительнее. Однако если применить слишком высокую частоту, то значение электронной концентрации может оказаться недостаточным для отражения сигнала даже в максимуме электронной концентрации слоя F2, и волна по криволинейной траектории уйдет вверх, за пределы ионосферы. Если же применить слишком низкую частоту, то сигнал из-за большого затухания в областях D и E не пройдет в пункт приема (рис. 25).

Рис. 25. Отражение радиоволн от ионосферы в КВ диапазоне: F1 –низкая частота (волна сильно ослабляется), F2< F3< F4 – волны отражаются, F5 – высокая частота (волна уходит за пределы ионосферы)

Из этого следует, что для осуществления радиосвязи на коротких волнах должны одновременно выполняться следующие условия:

1. Применяемая частота не должна быть слишком высокой. Эта частота должна определяться, исходя из длины трассы и параметров электронной концентрации отражающего слоя.

2. Применяемая частота не должна быть меньше определенного значения, чтобы для осуществления уверенного приема поглощение сигнала в областях D и E не было бы слишком большим. В обычных условиях электронная концентрация областей D, E и F2 днем, за счет ионизирующего действия солнечной энергии, больше, чем ночью. Поэтому в дневное время суток сигнал отражается на более высоких, по сравнению с ночными часами, частотах. На больших расстояниях короткие волны удобно разбить на три поддиапазона:

1) дневные волны (длина волны от 10 до 25 м), используются для радиосвязи в дневные часы;

2) ночные волны (длина волны от 35 до 100 м), используются для радиосвязи в ночные часы;

3) промежуточные волны (длина волны от 25 до 35 м), используются для радиосвязи в утренние и вечерние часы.

Следует заметить, что приведенное разделение на поддиапазоны волн довольно условное, поскольку в каждый конкретный период времени условия прохождения сигнала зависят от многих причин, таких как расстояние между приемником и передатчиком, состояние электронной концентрации, высота отражающего слоя и других. Тем не менее, в большинстве случаев на больших расстояниях это разделение оправданно.

На трассах протяженностью 2000 – 3000 км в дневные часы основным отражающим слоем может быть область E ионосферы, поскольку при малых углах возвышения волна отражается при относительно малой электронной концентрации. В этом случае неотклоняющее поглощение волны происходит в области D, а отклоняющее – в области E. Иногда в любое время суток возникает спорадический слой ES, расположенный на высотах области E, но имеющий электронную концентрацию, значительно превосходящую концентрацию в этой области. В результате сигнал не доходит до области F2, а отражается от слоя ES. Это явление нарушает нормальные условия распространения коротких волн. На условия распространения коротких волн наиболее сильное влияние оказывает состояние области F2. Эта область не обладает постоянством своей структуры, и электронная концентрация в ней постоянно меняется. Поэтому короткие волны не обладают постоянством условий распространения, какие имеются у средних, длинных и сверхдлинных волн. Вследствие непостоянства структуры области F2 и появления слоя ES влияние ионосферных возмущений на прохождение сигнала на коротких волнах подвержено сильным изменениям. Непостоянство структуры области F2 приводит к глубоким замираниям сигнала (рис. 22) в пункте приема. Амплитуда сигнала при замираниях в диапазоне коротких волн меняется в десятки и сотни раз. Период замираний составляет от десятых долей секунды до нескольких десятков секунд. В отличие от диапазона средних волн, где замирания обусловлены в основном интерференцией земной и ионосферной волн, на коротких волнах замирания происходят за счет интерференции нескольких отраженных от ионосферы лучей.

Замирания могут иметь место в следующих случаях:

1. При интерференции нескольких лучей, имеющих разное число отражений от ионосферы. Например, один луч отразился от ионосферы один раз, другой отразился сначала от ионосферы, затем от земли и опять от ионосферы. Поскольку длина пути прохождения этих лучей постоянно меняется, их волны будут складываться то в фазе, то в противофазе, что приведет к замиранию сигнала (рис. 23б). В общем случае может иметь место сложение волн нескольких лучей.

2. При интерференции обыкновенной и необыкновенной волн. За счет влияния магнитного поля Земли при входе волны в ионосферу она расщепляется на две составляющие, одна из которых называется обыкновенной волной, а другая – необыкновенной. Обе волны имеют эллиптическую поляризацию и отражаются от разных слоев области F2. На выходе из ионосферы эти волны интерферируют между собой, и поскольку их области отражения непостоянны, сложение обыкновенной и необыкновенной волн приводит к замираниям сигнала (рис. 16).

Прогноз погоды … On-Line

Прогноз погоды … On-Line Прогноз погоды … Он-лайн

---

---

Введение

Оперативные метеорологи отслеживают среднеширотные возмущения в среднем и верхнем тропосферном потоке в рамках своего анализа атмосферы. Цель этой веб-страницы состоит в том, чтобы описать эти модели в качественном смысле без учета динамических приближений, которые были разработаны для объяснения этих волновых движений, и идентифицировать эти особенности в реальных схемах атмосферных потоков. По окончании этого модуля вы сможете:

Различать длинные и короткие волны на картах средней и верхней тропосферы.

Различают закрытые нижние центры и отсеченные нижние центры.

Объясните влияние блокирования на западные ветры средних широт.

Определение зональных и меридиональных моделей течения на картах размером 500 мб.

Определить, что подразумевается под струйным течением.

Западные ветры

Атмосферный поток в средних широтах преимущественно западный. То есть ветры имеют преобладающую западную составляющую с многочисленными северными и южными меандрами, которые накладывают волнообразные колебания на основной поток с запада на восток. Этот поток простирается от субтропической зоны высокого давления к полюсу примерно до 65 градусов широты. Взгляд на любую диаграмму верхнего уровня от 700 мб вверх до 200 мб показывает, что западный ветер доминирует над средней и верхней тропосферой. Термин westerslies , используемый на этой веб-странице, относится к этому слою, если не указано иное. Более полное описание средней структуры и режимов течения западных ветров средних широт см., среди прочего, у Пальмена и Ньютона (1969, глава 3).

Волновые характеристики

Волновая терминология может использоваться для описания моделей течения на западном ветру. Схема слева имитирует волну, распространяющуюся с востока на запад (слева направо, как показано) вдоль круга широты. амплитуда волны — это расстояние с севера на юг от дна ложбины до вершины хребта. Длина волны — это расстояние с востока на запад от впадины до соседней впадины или от гребня до соседнего гребня. На схеме показана «половина длины волны». Если вы выражаете волну в строгом математическом смысле, например, как синусоиду, амплитуда в математическом выражении составляет половину амплитуды, показанной справа.

На этом изображении ниже показана карта 500 мб для Северного полушария. Изолинии представляют топографию поверхности давления 500 мбар, определяя области впадин/впадин и хребтов. При интерпретации с точки зрения геострофического/градиентного потока изолинии показывают западное течение, извивающееся между 35 и 65 градусами северной широты.

Если бы вы начертили схему высот вдоль круга широты, вы бы увидели ряд волн различной амплитуды и длины. Эти особенности можно описать следующим образом:

Желоба представляют собой области относительно небольшой высоты. Если вы двигаетесь перпендикулярно линии желоба, значения высоты увеличиваются.

Хребты представляют собой участки относительно большой высоты. Если вы двигаетесь перпендикулярно линии хребта, значения высоты уменьшаются.

Используя эти определения, можно увидеть желоб (красная линия), идущий от низкого центра над Гудзоновым заливом на юг к Дакотам. Гребень (синяя линия) простирается от высокого центра к западу от штата Вашингтон на север в Юкон.

Hemispheric 500 мб Карта

Метеорологи обычно определяют и отслеживают движение волн на западных ветрах. Волны связаны с областями конвергенции и дивергенции в верхней тропосфере, влияют на интенсивность приземных погодных систем и, как следствие, вызывают облака, осадки или ясное небо. В целом впадины являются источниками восходящего вертикального движения, облаков и осадков, в то время как гребни более сухие с меньшим облачным покровом.

Длинные волны и короткие волны

Опыт показал, что волны в среднем и верхнем тропосферном потоке можно разделить на две основные категории: длинных волн и коротких волн в зависимости от длины волны.

Длина волны измеряется в направлении восток-запад вдоль круга широты и выражается волновым числом. Волновое число описывает количество полных волн, которые находятся вокруг круга широты. Например, волна 1 имеет одну впадину и один гребень вокруг круга широты или длины волны 360 градусов долготы; волна 2 имеет две впадины и два гребня вокруг круга широты или длины волны 180 градусов долготы; волна 3 имеет три впадины и три гребня вокруг круга широты или длины волны 120 градусов долготы; и т. д.

Длинные волны

Длинные волны имеют волновое число от 1 до 6. Это указывает на то, что самая короткая длина волны для длинной волны составляет 60 градусов долготы или расстояние от Гонолулу до Канзас-Сити. Другими словами, волна с волновым числом 6 будет иметь гребень вокруг Гавайев и следующий гребень вокруг Миссури. Длинные волны также известны как крупные волны или планетарные волны.

Для длинных волн характерны холодные впадины и теплые гребни. В большинстве случаев вокруг полушария имеется от 3 до 6 длинных волн. Длинные волны малоподвижны и часто стационарны (движения ложбин и гребней от 0 до 15 узлов), а иногда даже регрессивны, т. е. движутся против западного течения на запад. В местах желобов предпочтение отдается восточному побережью континентов, в то время как хребты предпочитают западное побережье (зимой в Северном полушарии).

Определить количество и расположение длинных волн не всегда просто. В большинстве случаев для определения длинных волн используется полусферическая карта 300 или 500 мб, как в примере выше. Некоторые исследования указывают на то, что для обнаружения длинных волн следует использовать среднее за 3-5 дней среднетропосферное течение. Национальная метеорологическая служба использовала комбинацию первых пяти волновых чисел для определенного времени, чтобы указать длинноволновое число и местоположение. Личный опыт показал, что петля продолжительностью не менее 72 часов для довольно широкой области (например, от средней части Тихого океана до средней части Атлантического океана) может быть использована для наблюдения за усилением коротких волн, проходящих через ложбину длинных волн. .

Положение впадины длинной волны и гребня длинной волны может помочь предсказать уровень активной погоды для района. Впадины длинных волн обычно имеют ряд активных систем коротких волн, движущихся по схеме длинных волн, которые создают различную степень облаков и осадков. Гребни длинных волн обычно относительно тихие по сравнению с впадинами длинных волн. Устойчивый длинный гребень волны часто сопровождается периодом с небольшим количеством осадков или их отсутствием.

Есть одна ситуация, которая возникает в паттерне длинных волн, о которой необходимо упомянуть: прерывистая регрессия . Когда длина волны от одной длинноволновой впадины до следующей ниже по течению становится чрезмерно большой, нижняя впадина часто заменяется новой впадиной, которая формируется дальше на запад, чем положение исходной нижней впадины. В цикле этой ситуации оказывается, что впадина нижнего течения внезапно смещается на запад или вверх по течению прерывистым образом. На самом деле образуется новая корыто.

Волны Россби

В конце 1930-х годов Карл Россби опубликовал статью о характере течения в верхней тропосфере. В частности, его работа рассчитывает поведение планетарных волн в однородном потоке в двумерной нерасходящейся жидкости. Теоретические волны, описанные в этой статье, теперь известны как волн Россби и хорошо коррелируют с длинными волнами, наблюдаемыми в средней и верхней тропосфере. В результате вы часто будете слышать длинные волны в реальной атмосфере, называемые волнами Россби.

Короткие волны

Короткие волны имеют волновое число от семи до двадцати. Это указывает на то, что самая длинная длина волны для длинной волны составляет около 50 градусов долготы или расстояние от Нью-Йорка до Сан-Франциско. Короткие волны также называют малыми волнами.

Короткие волны движутся быстрее длинных (от 20 до 40 узлов) и в том же направлении, что и преобладающее основное течение. Этот последний процесс иногда называют «управляемым» основным током. Эти волны характеризуются малыми амплитудами и изотермами, не совпадающими по фазе с линиями тока. Когда изотермы не совпадают по фазе с линиями тока, может возникнуть тепловая адвекция, которая изменяет амплитуду волны. Короткие волны наиболее сильны на уровне 700 и 500 мб и лучше всего идентифицируются на этих уровнях. Они часто отражают системы высокого и низкого давления, обнаруженные в моделях давления на уровне моря и высоты 850 мб.

Длинные волны и короткие волны взаимодействуют друг с другом и вызывают изменения в верхних структурах течения. Например, когда коротковолновая впадина переходит в длинноволновую впадину, она часто усиливается и способствует развитию поверхностных центров низкого давления. По мере того, как впадина короткой волны выходит из впадины длинной волны, она обычно ослабевает, то есть теряет амплитуду.

Циклонные волны

Помимо длинных волн и коротких волн, в Глоссарии метеорологии (2000 г.) определяется циклонная волна . Эта волна представляет собой возмущение с длиной волны от 1000 до 4000 км или масштабом циклона. Это соответствует мигрирующим системам низкого и высокого давления, которые преобладают в погоде средних широт. Этот диапазон длин волн такой же, как у коротких волн.

Таблица выше

Фактический поток от средней до верхней тропосферы представляет собой комбинацию волн различной длины. Это можно увидеть на графике 500 МБ выше. На этом графике вокруг полушария видны четыре длинные волны (волна номер 4). Длинные впадины волн проходят над востоком США, Европой, Центральной Россией и центральной частью Тихого океана. Впадина длинной волны над Центральной Россией довольно широкая, а ложбина над Европой искажена хребтом над западной Россией. Этот пример указывает на сложность визуального определения длинных волн на карте полушария, как обсуждалось выше.

На длинноволновую картину накладывается множество коротких волн. Сосредоточившись на впадине длинных волн над восточными Соединенными Штатами, мы видим впадину коротких волн, обозначенную красной линией от низкого центра над Гудзон-баром до Дакоты. Еще одна короткая впадина находится от Индианы до Джорджии, а третья впадина находится над Ньюфаундлендом. Каждый из этих импульсов направляется впадиной длинной волны. Можете ли вы найти другие впадины коротких волн вокруг полушария?

Характеристики потока

Закрытые тиражи часто встречаются на уровне 500 мб и отображаются на графиках 500 мб как замкнутая контурная система. Для описания этих типов циркуляции используются два термина: замкнутые контурные системы ; и системы отключения .

Минимальные значения отсечки

График слева является прекрасным примером минимума отсечки . Низкий А у побережья Калифорнии находится к экватору от основного западного потока, который простирается из залива Аляска в западную Канаду, а затем на юго-восток в восточные Соединенные Штаты. Отсечка характеризуется холодным ядром и медленным движением. Крайние минимумы могут сохраняться в течение нескольких дней, прежде чем снова поглотятся основным западным течением. Районы у побережья Калифорнии и в Атлантическом океане к востоку от Азорских островов являются благоприятными районами для формирования центров отсечки.

Низкие значения замкнутого контура

Системы с замкнутым контуром, встроенные в западное течение, называются понижениями с замкнутым контуром . Эти минимумы движутся с западным течением, и замкнутый контур может открываться или оставаться закрытым по мере изменения интенсивности системы. На графике справа Low A и Low B являются примерами минимумов с закрытым контуром. Низкий уровень C также является минимумом с замкнутым контуром, но расположен к полюсу от основного западного течения. Это связано с длинноволновой впадиной в этом районе. Этот тип минимума часто бывает стационарным, но может медленно мигрировать в восточном или западном направлении. Низкая D – еще одна замкнутая контурная низина, находящаяся вне основного западного потока. Однако из-за своего расположения на второстепенном пути в западном течении он не классифицируется как порог отсечки.

Блокировка

Особой категорией в более широком классе замкнутых циркуляций является блокирующий максимум или блокирующий антициклон . Этот высокий центр является теплым ядром, имеет довольно большие размеры и остается почти неподвижным в течение недели или более. Он препятствует нормальному распространению средних и верхних тропосферных волн с запада на восток. Обтекание этого максимума имеет значительную меридиональную составляющую и часто принимает форму греческой буквы омега. В результате блокирующие максимумы часто называют омега-хай.

Продолжительное блокирование, как правило, происходит весной над восточными частями северной части Атлантического океана или над восточной частью северной части Тихого океана. Высокое обычно сосредоточено на северной окраине средних широт. Минимумы с закрытым контуром часто встречаются экваториальнее омега-блока. На диаграмме 500 мб справа показан блокирующий центр высокого давления над Гренландией. Хорошо видна форма омеги. К югу от блока видна серия понижений замкнутого контура. Эти низкие центры перемещаются на восток через северную часть Атлантического океана от Лабрадора до Британских островов. В этом случае блок препятствовал общему продвижению длинных волн на восток, но, поскольку прилив сохранялся, через центральную часть Северной Атлантики установился вторичный след.

Сплит Западные течения

Большую часть времени в средней и верхней тропосфере присутствует одно широкое западное течение. Этот тип паттерна виден на приведенной выше диаграмме 500 мб над Тихим океаном в восточном направлении в Соединенные Штаты. Однако бывают случаи, когда западное течение разделяется на два потока. Этот тип модели можно увидеть над Европой на диаграмме 500 мб выше, где основная западная полоса течет через Британские острова в Скандинавию, а второстепенные течения проходят через Средиземное море. Сильный (высокоамплитудный) гребень обычно находится на полярной стороне вторичного потока.

Зональное и меридиональное течение

Термины зональный поток и меридиональный поток часто используются для общего описания западных ветров средних широт. Зональный поток представляет собой поток от средней до верхней тропосферы, преимущественно западный, с небольшим меридиональным компонентом. Сравните это с меридиональным течением, в котором необычно выражена составляющая север-юг. Эти термины следует применять к широким регионам в масштабе 48 континентальных Соединенных Штатов или больше, а не к более мелким регионам.

Реактивный поток

Из-за разницы температур от полюса к экватору полоса высокоскоростных ветров обнаруживается в верхней тропосфере в пределах широких западных ветров средних широт. Эта полоса высокоскоростных ветров называется реактивным течением . Давайте процитируем глоссарий Всемирной метеорологической организации (ВМО), чтобы определить ряд терминов, связанных со струйным течением.

Струйный поток

«Плоское трубчатое, квазигоризонтальное течение воздуха, как правило, вблизи тропопаузы, ось которого проходит по линии максимальной скорости ветра и которое характеризуется большими скоростями и сильным вертикальным и горизонтальным сдвигом ветра».

Ось Jet-Stream

«Ось, вдоль которой скорость ветра является наибольшей на заданном уровне (например, 250 гПа)».

Ядро Jet-Stream

«Линия, вдоль которой скорость ветра максимальна как по вертикали, так и по горизонтали. Таким образом, при очерчивании оси струйного течения на уровне 250 гПа эта ось в действительности является лишь отражением ядра, которое может быть ниже или выше уровня 250 гПа».

Реактивная полоса

Эти термины относятся к максимальной реактивной струе. (Это не определение ВМО.)

Как видно из этих определений, струйное течение относится к широкой полосе высокоскоростных западных ветров, обычно встречающихся в средних широтах. Скорость ветра должна быть не менее 50 узлов, чтобы полоса ветров считалась струйным течением. Ветры струйных течений сильнее зимой, достигая скорости свыше 150 узлов, летом слабее. Ядро не ограничивается одним уровнем давления, а извивается вверх и вниз в верхней тропосфере, в зависимости от общей картины течения.

В широком диапазоне высоких скоростей находится струйных максимумов , часто называемых струйными полосами . Эти полосы важны, потому что области конвергенции и дивергенции и связанные с ними вертикальные движения находятся вблизи этих центров скорости. Интенсификация очагов пониженного давления и возникновение гроз часто связаны с струйными полосами. Подробная информация об этих отношениях выходит за рамки этой веб-страницы.

На приведенной выше диаграмме 300 мб две оси струи показаны заштрихованными/заштрихованными областями. Один простирается от Нью-Мексико на северо-восток до Чикаго, а затем на восток до штата Мэн. Реактивная полоса расположена к северу от Вермонта. Вторая ось струи и полоса струи расположены над западной Канадой. Обратите внимание, что эти оси джетов расположены в крутом градиенте изолинии 300 мб.

Заключительные замечания

Лучший способ познакомиться с моделями длинных и коротких волн на западном ветре — это ежедневно изучать карты верхних слоев тропосферы. Используйте ежедневные сравнения и циклы, чтобы наблюдать за движением коротких волн и изменениями в структуре длинных волн. Сравните то, что вы видите, с функциями и закономерностями, описанными выше. Сопоставьте облачность и погодные условия с волнами верхнего уровня. Обратите внимание, что неблагоприятные погодные условия обычно возникают между желобом и его гребнем ниже по течению. Опыт часто является лучшим учителем для изучения того, как работает атмосфера.

---

Каталожные номера

Следующие ссылки предоставили определения для этой веб-страницы :

Гликман, Тодд С., 2000: Глоссарий по метеорологии . Американское метеорологическое общество, Бостон, 855 страниц.

Всемирная метеорологическая организация, 1992 г.: Международный метеорологический словарь . ВМО, Женева, 784 страницы.

Следующие ссылки содержат краткое обсуждение моделей длинных волн :

Пальмен Э. и К. В. Ньютон, 1969: Системы атмосферной циркуляции, их структура и физическая интерпретация . Academic Press, Нью-Йорк, 603 страницы. [Раздел 6.4]

Петтерссен, Сверре, 1956: Анализ погоды и прогнозирование. Том I: Движение и системы движения. McGraw-Hill, Нью-Йорк, 428 стр. [Раздел 10.1]

Рейтер, Эльмар, 1961: Jet-Stream Meetorology . University of Chicago Press, Чикаго, 815 стр. [Раздел 8.32]

Сосье, Уолтер Дж., 1955: Принципы метеорологического анализа . University of Chicago Press, Чикаго, 438 стр. [Глава 11]

---

Вернуться на страницу разделов по оперативной погоде

---

Последнее обновление 20.03.10

ATMO336 — осень 2014 г.

ATMO336 — осень 2014 г.

На этой странице рассматривается и расширяется то, что мы уже рассмотрели. Некоторые из них соответствует некоторой общей терминологии погоды, используемой синоптиками. Схема высот на карте верхних слоев атмосферы размером 500 мб часто может использоваться для оценки крупномасштабные погодные условия на поверхности. Представленный здесь простой анализ не объясняет всего, что может твориться с погодой, особенно при малых пространственного масштаба, но очень хорош для получения моментального снимка или картины общего погодные условия на больших территориях. Это будет работать лучше всего в зимнее время в средних и высоких широтах Земли. Таким образом, анализ карты высотой 500 мб дает хороший способ «увидеть» крупномасштабную картину погоды над Соединенные Штаты или даже все Северное полушарие зимой. Два рисунка показаны ниже. Левый рисунок представляет собой простую учебную фигуру типичного шаблона высотой 500 м над уровнем моря. Северное полушарие. Слева — картина северного полушария высотой 500 мб в точке 18° по Гринвичу 6 января 2013 г., что соответствует чрезвычайно холодной погоде над востоком Соединенных Штатов.

Длинные волны и температурный режим

Во-первых, напомним, что высота поверхности 500 мб связана с (усредненной плотностью) температура атмосферы ниже 500 мб — чем выше температура, тем выше высоты уровня 500 мб. Подумайте, что будет с паттерном 500 мб выглядеть так, как если бы температура неуклонно снижалась от экватора к северу столб. В этом случае контуры высоты будут представлять собой концентрические окружности вокруг северный полюс с наибольшими высотами к югу (к экватору). Пока в целом это верно, фактический узор в любой момент времени волнистый. См. рис. 13.6 выше. Где высотные линии изгибаются на север (гребень), теплый воздух двинулся на север; а где высота линии изгибаются на юг (желоб), холодный воздух двинулся на юг. Поэтому в целом под гребнями можно ожидать более высоких, чем в среднем, температур, и ниже, чем в среднем температуры можно ожидать под желобами. Чем более выражен гребень (или впадина), чем выше (или ниже) средней будут температуры, т. е. амплитуда волновой картины 500 мб, тем больше температурный контраст между желоб и гребень.

Вы будете обратите внимание, что заголовок для рисунок 13.6 выше относится к волнам в 500-мегабитном образце как длинные волны. Это волны, которые определяют масштабную картину погоды. (см. рис. 5. Примечание. На рис. 5 имеется ошибка. Типичное размер длинной волны составляет несколько тысяч километров, а не несколько тысяч метров ). Есть обычно от 2 до 7 длинных волн, которые окружают Северное полушарие в любой момент времени. Пример карты выше имеет 5 длинных волн, помеченных как 1 — 5. Средний размер длины длинной волны составляет несколько тысяч километров или примерно ширину Соединенных Штатов. Этот размер объясняет, почему мы часто наблюдаем картину, когда на востоке США тепло, а на востоке холодно. западе США или наоборот тепло на западе и холодно на востоке, потому что половина страна находится под хребтом длинной волны, а другая половина во впадине. Карта на справа — паттерн высотой 500 мб от января 2014 года. На данный момент их как минимум 4, а может и 5 длинноволновые впадины с наиболее значительной впадиной над континентальной частью США. Иногда бывает трудно разобрать всю длинноволновую картину. на таких картах, и вас не попросят сделать это с домашним заданием или экзаменационными вопросами. Вам просто нужно знать, что крупномасштабная картина погоды вокруг северного полушария обычно состоит из где-то между 2 и 7 таких длинных волн.

500 мб высота рисунка и осадки

Диаграмма 500 мб также может использоваться для определения мест, где наблюдаются поверхностные штормы и осадки. скорее всего имеет место быть. Поверхностные бури и осадки чаще всего наблюдаются над области ниже по течению желобов (после горизонтального ветра направление от ложбины к гребню). Причина этого в том, что восходящее движение воздуха принудительно в этой части схемы течения. Восходящее движение означает, что приземный воздух вынужден двигаться вверх к тропопаузе. В атмосфере облака и осадки развиваются там, где поднимается воздух. Таким образом, мы пытаемся использовать карты погоды, чтобы выбрать районы, где воздух вынуждены подниматься вверх, так как в этих местах могут выпадать осадки. И наоборот, опускающееся движение воздуха форсируется над областями ниже по течению. хребтов. Облака не развиваются там, где воздух опускается. Под этими областями ярмарка погода скорее всего. Глядя на карту размером 500 мб, вы сможете отличить где наиболее вероятны осадки и ясная погода.

Причина того, что восходящее движение происходит сразу за 500-мегабитными впадинами, заключается в том, что в этом область расхождения воздуха происходит в верхней тропосфере, а сразу за хребтами опускающееся движение происходит в результате схождения воздушных масс. в верхней тропосфере. Дивергенция происходит, когда горизонтальные ветры вызывают чистый отток воздуха из региона (из вертикального столба воздуха выходит больше воздуха, чем входит), в то время как конвергенция происходит, когда горизонтальные ветры вызывают чистый приток воздуха в область (в вертикальный столб входит больше воздуха, чем выходит из него). Взгляните на этот документ о динамическом подъеме воздуха в помочь вам понять, что подразумевается под дивергенцией и конвергенцией, и почему расхождение в верхней тропосфере заставляет воздух в вертикальном столбе подниматься, в то время как конвергенция в верхней тропосфере заставляет воздух в вертикальном столбе опускаться. Вас не ждут понять, почему дивергенция и конвергенция верхнего уровня происходят ниже по течению желоба и хребты верхнего уровня соответственно, именно это он и делает. Вы должны связать верхний уровень дивергенция, которая происходит вниз по течению от желобов 500 мб, с восходящим воздухом, облаками и осадками. И наоборот, вы должны ассоциировать конвергенцию верхнего уровня, которая происходит ниже по течению от 500-мегабитных хребтов, при опускании воздуха и ясной погоде (отсутствие облачности и осадков).

Общая терминология погоды; Показатели сквозной прочности

Поскольку диаграмма 500 мб часто является хорошим индикатором того, что происходит на поверхности, Для его описания возникло много общей терминологии погоды. Часть этой терминологии изображен на рисунке ниже. Таким образом, если синоптик говорит, что впадина верхнего уровня будет «копаться» в местности, можно ожидать, что со временем станет холоднее и могут выпасть осадки. происходят сразу за желобом. Если синоптик говорит, что гребень верхнего уровня встраивается в местности, можно ожидать, что со временем станет теплее и осадки маловероятны. Если синоптик говорит, что США находится под зональным распределением, это обычно означает, что в среднем температуры наблюдаются повсюду, и маловероятны сильные области осадков. Если бы синоптик говорит, что картина над США усилена (или меридиональна), то ожидается более экстремальная погода, т. е. под глубокими ложбинами холодно, под большими грядами тепло, возможны сильные участки с осадками сразу за позициями желобов.

Здесь будет дано несколько дополнительных комментариев относительно формы и прочности желобов. Количество осадков, выпадающих при зимнем шторме, зависит от двух основных факторов: факторы: динамика атмосферы (насколько сильно воздух вынужден подниматься) и наличие водяного пара. Иметь ввиду что если воздух не содержит достаточного количества водяного пара, то как бы сильно поднимется, облаков и осадков не образуется. С другой стороны, если воздух содержит много водяного пара, то перед облаками и осадками много подъема не требуется сформируется. Чем сильнее расхождение воздуха в верхней тропосфере, тем сильнее воздух вынужден подниматься вверх. Форма желоба диаметром 500 мб часто указывает на его динамическую прочность, т.е. его потенциал вызвать сильное восходящее движение в атмосфере и, следовательно, сильные области осадков. Ниже приведен список нескольких вещей, которые следует искать в модели 500 мб, которые увеличивают дивергенцию. и, следовательно, восходящее движение. Ссылка на рисованные картинки для предметов в списке.

1. Более сильные ветры увеличивают дивергенцию. Следовательно, чем теснее расположены линии высоты, тем сильнее расхождение желобов по ветру.
2. Чем больше усиление рисунка (амплитуда гребня/впадины), тем сильнее расхождение желобов по ветру.
3. Чем круче кривизна желоба, тем сильнее расхождение по ветру впадина. Это очень важно при рассмотрении коротких волн (определенных ниже).
4. Ориентация оси желоба относительно линии север-юг. Корыта, которые ориентированы по линии с северо-запада на юго-восток, имеют «отрицательный наклон», в то время как впадины, ориентированные вдоль оси с северо-востока на юго-запад, как говорят, имеют «положительный тильт». В целом желоб с отрицательным наклоном указывает на более сильную погоду. система.

Короткие волны

Для большей полноты информации о зимней погоде в средних широтах, этот раздел о коротких волнах включен. Если вы смотрите или почитайте обсуждение погоды, синоптики иногда ссылаются на короткие волны, поэтому я хотел предоставить некоторую информацию о них; однако мы не сможем проводить много времени на коротких волнах.

Вы должны знать, что такое короткие волны, но от вас не ожидают, выделять небольшие (иногда плохо различимые) короткие волны на картах высотой 500 мб.

В дополнение к упомянутой выше длинноволновой диаграмме высотой 500 мб, часто наблюдаются более мелкие колебания или волны, которые накладываются на длинноволновую структуру. Они называются коротковолновыми. Имеются коротковолновые впадины и коротковолновые гребни. Эти указывают на меньшие области теплого / холодного температурного контраста и принудительного подъема или опускания вертикальные движения воздуха. Поскольку они намного меньше длинных волн, коротковолновые впадины часто имеют гораздо более резкую кривизну, чем длинные волны, и, следовательно, более сильное расхождение и принудительное восходящее движение. Таким образом, короткие волны могут указывать на положение сильной погоды. системы, особенно если она резко изогнута. Короткие волны обычно проходят через длинноволновую структуру, следуя направление длинноволнового ветра, но с меньшей скоростью. (Как правило, короткие волны двигаться со скоростью примерно в два раза меньше скорости ветра в 500 мб). Короткие волны имеют тенденцию усиливаться по мере того, как они перемещаются в область сразу за длинноволновой впадиной и ослабевают по мере продвижения в области чуть ниже по течению длинноволнового хребта. Рисунок 4 (верхняя половина) представляет собой простой рисунок, показывающий, что такое коротковолновая корыта выглядят как в схеме 500 мб.

Если сравнить карты 500 мб с местами, где выпадают осадки, то вы увидите что с подветренной стороны от желобов обычно не идет дождь (или снег). Часто осадки концентрируются вблизи коротковолновой впадины, затем перемещаются вместе с коротковолновый. Вы также можете заметить небольшие области осадков с подветренной стороны от длинных волн. хребты (там, где вы не ожидали его увидеть). Это опять же может быть связано с коротковолновым впадина. Синоптики иногда называют коротковолновые впадины «кусками энергии» или «небольшие нарушения потока». Эта терминология возникает из-за того, что коротковолновые впадины вызывают небольшие участки горизонтального расхождения и вынужденного восходящее движение и часто приносят периоды осадков. Это обычное явление для региона с подветренной стороны впадина длинных волн, где время от времени выпадают осадки, так как короткие волны колеблются в длинных волнах. узор, а не непрерывное осаждение.

Короткие волны бывают самых разных размеров и форм. Если короткая волна достаточно велика, вы можете легко найти его на карте высотой 500 мб, ища маленькие шевеления в модель высоты, но иногда они маленькие и плохо видны на картах высотой 500 мб.

Минимумы закрытия и минимумы отсечки

Мы снова не сможем уделять этому разделу много времени. Вы будете только нужно знать, как определить закрытый лоу на карте 500 мб и что это значит с точки зрения ожидаемая погода, а не то, как формируются закрытые и отсечки.

Хотя мы часто думаем, что 500-мегабитная структура состоит из впадин и выступов, довольно часто можно увидеть закрытым минимумы (и закрытые максимумы) в паттерне высотой 500 мб. А закрыл лоу на 500 мб карта представляет собой область, окруженную одним или несколькими круговыми контурами высоты (с наименьшим высоты найдены в середине). Воздух поступает в вращение против часовой стрелки вокруг закрытого минимума. Закрытый минимум указывает на пул более холодный воздух окружен более теплым воздухом. Три закрытых минимума показаны на рисунке 13.6. выше.

Когда закрытый минимум полностью отделяется от основного западного ветра токи на 500 мб, называется отсечка низкая потому что отсечка от основной рулевые ветры. Хороший пример минимума отсечки с центром к югу от Сан-Диего показан на эта карта от осени 2005 года (пример карты размером 500 МБ, содержащей минимум отсечки). Минимумы отсечки могут оставаться оторванными от западных направлений в течение нескольких дней, в то время как демонстрируя очень небольшое продвижение вперед (на восток). В некоторых случаях порог отсечки может двигаться на запад или ретроградно, против господствующего течения. это погодным моделям часто трудно предсказать движение и эволюцию пороговых минимумов. Часто они очень мало двигаются и в течение нескольких дней в конечном итоге ослабевают и исчезают. По непонятным мне причинам крайний юго-запад Соединенных Штатов, включая прибрежные воды Тихого океана у южной Калифорнии — это регион, где закрытые и отсеченные минимумы относительно обычны. Эти особенности могут вызвать сильный дождь и снег на большой высоте в Аризоне, если они расположены правильно.

Минимумы отсечки часто формируются, когда впадина на 500 мб «отщипывается» (см. Рисунок 4 (нижняя половина)). По мере того, как отсечка снижается, облака и осадки найден ниже по течению от желоба 500 мб, может быть обернут против часовой стрелки ветры. Таким образом, когда минимумы отсечки находятся над данным регионом, они часто приводят к длительному период прохладной пасмурной погоды с промежутками дождя или снега в виде коротковолновых «возмущений» вращаться вокруг закрытого минимума.

Пример взаимосвязи между диаграммой направленности 500 мб и погодой на поверхности

500 мб карта для 00Z, четверг, 28 октября 2004 г.
Высокие температуры относительно средних значений за среду, 27 октября 2004 г.
Погодные условия в 00:28Z, четверг, 28 октября 2004 г.

Коротковолновый Против. Длинноволновое радио: разница между ними

Независимо от длины волны, радиоволны составляют большую часть электромагнитного спектра, что делает их универсальными инструментами, играющими решающую роль в современной жизни. Люди используют радио в коммерческих целях с 19 года.00, помогая связывать людей по всему миру с помощью новостей, развлечений и личного общения.

Короткие волны против. Длинноволновое радио

Коротковолновое радио охватывает высокочастотный диапазон радиоспектра. Коротковолновый использует метод «пропуска», когда сигнал отражается от атмосферы. Длинноволновое радио передает волны по прямой линии, способные перемещаться по объектам и местности, чтобы достичь приемника с использованием малой мощности.

Частоты — это способ классификации пиков передаваемых радиоволн на коротковолновые и длинноволновые и всегда измеряются в герцах (Гц). Это может звучать как урок естествознания, но различия в радиоволнах имеют много общих основополагающих принципов. Читайте дальше, чтобы узнать, что отличает коротковолновое и длинноволновое радио.

• Также узнайте, что такое любительское радио DMR и двустороннее радио?

Коротковолновое радио

Коротковолновое радио охватывает диапазон радиочастот от 3 до 30 мегагерц, помещая его в диапазон высоких частот (ВЧ) с длиной волны от 10 до 100 метров. Коротковолновое радио работает, отражая сигнал от ионосферы Земли, прежде чем вернуться к приемнику, что делает его лучшим выбором для различных общественных служб, в том числе:

• Морская связь
• Сотовая связь
• Любительское радио
• Международные новости

Как видите, многие интернет-услуги, на которые вы полагаетесь в повседневной жизни, являются результатом технологии коротковолновой радиосвязи. Это делает коротковолновое радио незаменимым инструментом для распространения информации.

• Вот список всех частот коротковолновых радиостанций
• Что такое коротковолновое радио?

Быстрый рост сотовых сетей 4G и 5G вывел использование радио на новый уровень. Поскольку инновации продолжают использовать сеть 5G в будущем 6G, радио будет становиться все более стандартизированным и оспариваться властями, такими как национальные правительства, распределяющие лицензии на радиолюбительскую деятельность среди отдельных лиц и групп.

Чем полезно коротковолновое радио?

Коротковолновое радио популярно среди любителей и профессионалов, которые ценят его способность путешествовать по всему миру в неблагоприятных погодных условиях. В общем, чем выше частота радиоволны, тем короче диапазон, но выше пропускная способность. Это позволяет сотовым телефонам подключаться к сети «сот», что оправдывает их сокращенный радиус действия.

Морская связь

Корабли, пересекающие морские просторы, ценят коротковолновую радиосвязь за ее способность усиливать более слабые передачи, отражая их от ионосферы и обратно. Поскольку эти суда всегда ведут передачу с уровня моря, их радиооборудование может достигать гораздо большей дальности, чем если бы они пытались передавать сигнал с суши.

Сегодня многие суда используют спутниковую связь для получения информации, но только те, которые специально для этого оборудованы, могут наслаждаться роскошью современных спутниковых технологий. Другие суда придерживаются коротковолнового радио, чтобы обеспечить бесперебойную связь, знакомую как передатчику, так и приемнику.

Связь по сотовым телефонам

Сотовые телефоны излучают низкий уровень излучения, который можно использовать таким же образом, как стандартные радиостанции передают и принимают сигналы. Хотя это и не считается опасным, тот факт, что каждый мобильный телефон является источником радиации, делает мобильную связь очевидным благом для повседневной жизни пользователей мобильных телефонов.

Когда сотовый телефон включается и получает команду передать сигнал, он делает это с помощью радиочастотных (РЧ) волн, которые достаточно слабы, чтобы не нанести вреда пользователю. Категории радиочастотного спектра включают:

• Чрезвычайно низкая частота
• Ультранизкая частота
• Очень низкая частота
• Низкая частота
• Средняя частота

После средней частоты радиочастотный спектр отражается до крайне высоких частот, после чего начинают появляться экспериментальные терагерцовые. Терагерцы чаще всего используются в медицинской визуализации для замены рентгеновских лучей, хотя применение таких высоких частот все еще находится на экспериментальной стадии.

Радиолюбитель

Радиолюбители десятилетиями ценили коротковолновое радио. После того, как государственная лицензия на вещание будет предоставлена, любой, кто заинтересован в управлении собственной радиостанцией, может делать это в коротковолновом диапазоне. Коротковолновое радио пережило бум популярности в 1989 году, и с тех пор его популярность снижается.

Исторически сложилось так, что любительское радио также стало свидетелем появления и исчезновения множества неавторизованных станций на коротковолновых диапазонах. Независимо от того, используются ли они для пропаганды или развлечения, нелегальные радиолюбители существуют с тех пор, как первые коммерческие виды использования были впервые отточены в 1900. Другие виды использования любительского радио включают:

• Музыка
• Личное обучение
• Спортивное вещание
• Нишевые радиостанции

Многие любительские радиостанции невозможно отследить, что вызывает споры о том, откуда поступают эти сигналы. Эти дебаты, как правило, растягиваются на десятилетия, оставляя время для появления и анализа повторяющихся сигналов. Правительства остаются одними из главных объяснений существования этих постоянных скрытых коротковолновых радиостанций.

Международные новости

Официальная государственная пропаганда и международные новостные программы, транслируемые по коротковолновому радио для охвата более широкой аудитории. Часто эта аудитория является иностранной, что требует либо перевода на стороне получателя, либо нескольких трансляций на всех языках, которые приемники будут использовать для понимания сигнала.

Всемирная служба Би-би-си, вещающая из Лондона, является крупнейшей в мире международной вещательной компанией. Всемирная служба Би-би-си когда-то была известна как главный пользователь коротковолнового радио, но с тех пор расширилась до подкастов, потокового интернет-вещания и спутниковой связи.

BBC по-прежнему вещает из Лондона, Соединенное Королевство, уделяя особое внимание текущим событиям в мире и разговорным программам еще в 1967 году. В 2021 году BBC увеличила продолжительность нескольких своих программ с 45 минут до одного часа, что стало поворотным моментом в истории. новостной станции и многообещающие признаки роста на будущее.

Длинноволновое радио

Длинноволновое радио работает в диапазоне от 153 до 279 кГц с физической длиной волны более 1000 метров. Поскольку длинноволновое радио передает более длинные волны по прямой линии, за одну передачу может быть охвачена более широкая область. Длинноволновое радио не имеет определения, поскольку его первые пользователи просто классифицировали его диапазон как диапазон выше средней частоты.

Когда отправляется длинноволновая передача, сигнал будет преодолевать препятствия на своем пути, выходить за горизонт и даже следовать по контуру Земли на пути к предполагаемому приемнику. Это избавляет от необходимости распространять сигнал, отражая его от ионосферы, как в случае с коротковолновым радио. Известные длинноволновые станции включают:

• BBC Radio 4 (международная новостная станция)
• Europe 1 (частная новостная станция)
• France Inter (ведущая французская общественная радиостанция)
• Горизонт (Болгарское государственное информационное агентство и радиостанция)

Передача сигналов на большие расстояния с использованием малой мощности — это то, в чем превосходно работает длинноволновое радио. Таким образом, длинноволновая радиосвязь необходима для связи судов с внутренними коммунальными станциями. Из-за изменчивости длинноволнового радио соседние категории радиоспектра, такие как диапазон средних волн, считаются порогом для определения длинноволнового радио.

Европа остается ведущим источником информации для общественных радиостанций, общественных центров и новостных станций. Многие европейские станции, вещающие сегодня, являются продуктом послевоенной культуры, появившейся после Первой и Второй мировых войн. Следуйте этому достаточно далеко, и в конце концов появится история национальных джемов и усилий.

Заключение

Коротковолновое и длинноволновое радио существуют по одной и той же причине: соединять мир. У каждого из них есть свои сильные и слабые стороны, а также способы использования, из-за которых каждый то выходил из моды, то выходил из моды на протяжении десятилетий использования. Поскольку радиочастотный спектр охватывает такой широкий диапазон — от 30 Гц до 300 ГГц, — маловероятно, что радио когда-либо действительно выйдет из употребления.

Новые технологии, такие как спутники, недавно были заново изобретены с применением созвездий, где сотни спутников одновременно вращаются вокруг земного шара организованным образом.