FM DX-ing

Väder och FM-konditioner

Den här artikeln skulle ha skrivits för länge sedan. Kunskap om hur vårt väder påverkar utbredningen av radiosignaler på FM-bandet är oftast grundat på erfarenhet. Att högtryck ger bra förhållande vet väl de flesta. På sommaren är det förekomst av E-skip (Es) som möjliggör mottagning av FM-stationer kring Medelhavet. Men vad beror det på? Underlaget till denna artikel är vad som Jim Bacon (G3YLA) skrev för Practical Wireless i okt -90.

De flesta är intresserade av väder i ett eller annat sammanhang. Som DX-are konstaterar vi att konditionerna är ”störda” när inget hörs. Orsaken finner vi oftast att solen har haft ett utbrott, när oerhörda energier kastas ut och senare påverkar det geomagnetiska fältet. Hur ”störda” konditionerna är får vi reda genom A-index (eller K-index), som ger oss uppfattning om sannolikheten för goda/dåliga konds. Detta gäller främst för det normala DX-andet på KV och MV.

För de som däremot DX-ar på FM, gäller även ovanstående, men inte i alls samma grad. Är det en riktig saftig störning, uppstår ju norrsken, och då drar oftast MV-DX-aren filten över huvudet och sover gott. På FM kan det vara motsatta förhållanden (Aurora) – långväga stationer kan höras (kanske 50-150 mil bort) om än lite brusigt.

Meteorologi

Att vara FM-DX-are innebär att man mer är beroende av det ”vanliga vädret” – regn och lågtryck fast mer åt det andra hållet.
I både radio och TV presenteras väder, oftast nämns kampen mellan olika luftmassor – kall och varm. Rörelsen beskrivs i form av lågtryck eller högtryck. Så fort ordet högtryck är omnämnt, reagerar vi åt det positiva hållet. ”Vackert och varmt”, det är just det vädret semesterfirare och FM-DX-are vill ha.

För att någorlunda förstå mekanismerna bakom goda FM-förbindelser krävs en liten lektion i meteorologi. Genom att känna till grunderna, kan det innebära att man lättare hittar dagar med goda förutsättningar för bra FM-DX.

Högtryck och inversioner

Ordet i sig själv är självförklarande – högt tryck, dvs den luftmassa eller luftpelare som finns ovanför våra huvuden utövar ett större tryck än om ett oväder (lågtryck) passerar. Genom att studera en barometer kan vi enkelt följa tryckförändringar.
Snabbast sker detta under hösten, när vintern står för dörren och mycket energi samlas över det varma Atlanten. Trycket mäts i hPa (hette tidigare millibar) och ”normalt” lufttryck är 1013 hPa.

De kraftigaste högtrycken förekommer främst under den mörka årstiden (september-mars). Under en högtrycksbildning är det ett stort område inom vilket luft faller (sjunker neråt) med en hastighet av ca 1 cm/s. Horisontella hastigheten är däremot 100 gånger större (5-10 m/s). I ett lågtryck är både den vertikala och horisontella hastigheten avsevärt högre. Vårt väder är mer beroende av vertikal rörelse än horisontal. Trycket är störst vid jordytan och minskar med höjden, därför rör sig luft som sjunker (subsiderar) till ett område med högre tryck.

Ökande tryck

Alla har vi säkert märkt att en pump blir varm när vi fyller ett cykeldäck. Det beror inte på friktionen utan mer av ökande tryck inne i pumpen. Samma princip råder inom högtryck. I Alperna finner vi just denna fallvind som ”föhn” – en varm och torr vind. En bit ovanför jordytan har luften uppvärmts av denna subsidens och vi har därför något som kallats inversion. Normalt blir det kallare ju högre upp vi kommet i lufthavet (se figur).

Jordytan värms främst genom solstrålning och det lägsta luftskiktet får därför inte sin värme av subsidens under dagtid.
Under kväll och natt sker det omvända, utstrålningen av jordvärme är större än inflödet. Ett gränsskikt bildas ett par hundra meter upp från marken, där vi finner att temperaturen ökar istället jämfört med den normala (se fig). Det ovanför liggande luftskiktet är subsiderat och är därför torrare – den relativa fuktigheten är lägre.

Subsident inversion

Kontrasten mellan luftmassorna kallas därför följ-aktligen ”subsident inversion”.
Temperaturavtagande blir här inverterat, dvs det blir varmare än förväntat. De första tecknen på sådan subsidens sker inte förrän under 1500 meters höjd.
I ett högtrycks centrala kan det nå lägre ner, ja rent av till jordytan. Denna fysikaliska process pågår inom stora områden kring jorden i fråga om horisontell utbredning. Och i sin tur bestämmer den också den geografiska utbredningen av radioförbindelser orsakade av högtryck.

Jordytan är en mörk yta, och under en klar natten sker snabbt en avkylning (som ett bra exempel är markfrost som ger halka, trots att lufttemperaturen kan vara flera plusgrader). Denna s k ”markinversion” är grund, oftast sträcker den sig kanske 100-300 meter upp och förekommer oftast vintertid. Om den sträcker sig över flera dagar, får vi ett ”lock” som omöjliggör luftutbyte och vi drabbas av ”smog” (Göteborg är ibland utsatt för detta). Normalt upplöses denna inversion av solen på dagtid. Synligt för denna inversion är att skorstensröken planar ut och att det bildas ett dis- eller rökskikt.

Högtryck består i allmänhet 1-2 veckor men bryts sedan ner eller rör sig bort. I vissa fall får man dock ett permanent högtrycksområde.
Mest känt är väl det Azoriska högtrycket, ett annat är högtrycket vintertid över Sibirien.
Kännetecknen för högtryck är luft lagras horisontalt och detta ofta över stora avstånd. Närmast marken är luften ofta fuktig och kall medan den högre upp är varmare och torrare. Det är just denna företeelse som vi kan få glädje av när det gäller radioförbindelser.

Lågtryck

Mellan varma och kalla luftmassor utspelas dagligen väderdramatik. Gränsområden åtskiljs av fronter – varma och kalla. Kopplade till dessa finns lågtryck. Vädersystem rör sig snabbt i jämförelse med högtrycken. Hastigheten är beroende av lågtryckens utvecklingsfas. På hösten är aktiviteten livlig över Atlanten. Gränsen mellan tropisk varm luft och kall polar luft skärps. Då bildas vad vi kallar för Polarfronten. Längs denna rör sig lågtrycken under fördjupning från östra Kanada via Island till Skandinavien (se fig ). Normalt tar en lågtrycksutveckling 1­3 dagar. Mittfasen är den mest aktiva, då kan vindarna uppgå till stormstyrka (25 m/s) för att sedan sakta fart och intensitet. Till en början är ett lågtryck litet och ettrigt, för att sedan bli mer omfattande och tappa fart. Utvecklingen sker både horisontalt och vertikalt.
Ett nybildat lågtryck existerar först i grunda nivåer.
Virvelstrukturen medför efterhand att mer och mer luft dras in från högre nivåer. På så sätt förankras lågtrycket i den högre atmosfären och farten minskas. Efter 4­5 dagar kan det ligga nästan stilla – lågtrycket har ”grävt ner sig”.

Jetström

I övre delen av atmosfären på ca 10 km höjd återfinns ett kraftigt vindband.
Detta är kopplat till vädersystemen vid jordytan och blåser parallellt med dessa, just framför en varmfront och bakom en kallfront. Hastigheten hos jetströmmen kan uppgå till så mycket som 100 m/s. Många flygbolag försöker utnyttja eller undvika dessa höga vindstyrka beroende på flygriktning. Mycket bränsle kan ju sparas om man får 300 km/t gratis som påskjut. Nere på marken kan vi se jetströmmen som långa kantiga cirrusmoln bakom en kallfront. Framför varmfronten är cirrusmolnen formade som liggande kommatecken och med snabb rörelse. Vindarna på denna höjd är betydligt mer regelbundna och jämna jämfört med dem vid markytan.

Andra väderstrukturer

Mellan hög- och lågtryck finns det högtrycksryggar och tråg (lågtrycksrännor).
Mönstret på dessa ser ut som sinusvågor, där topparna är ryggar och dalarna är tråg. Liksom hos sinusvågen är amplituden avgörande för hastigheten. Ju lägre amplitud, desto lägre hastighet och vice versa med jetströmmen som styrmedel. Axelns läge på rygg/tråg kan vara av intresse i samband med bildande av Es. Sådana högt (ca 6­10 km) liggande axlar som ökar i amplitud (hastighet) kan visa sig som cirrustofsar och därmed indikera förekomst av Es.

Tropo

Så här långt har det blivit mycket meteorologi, men det blir lättare att förstå resultatet. Bildandet av inversion är ett måste för en ”tropo”-förbindelse, eftersom den skapar nödvändiga kontraster mellan temperatur och fuktighet på en relativt smalt höjdintervall. En luftmassas radiorefraktionsindex är en funktion av temperatur – tryck – fuktighet, där den sista är viktigast. Som en första approximation ska vi bara ta hänsyn till ändrad fuktighet under en inversion. Detta för att få en förståelse av troliga förändringar i tropo-konditioner.

Följande formel gäller för att bestämma refraktionsindex:

där P= trycket (hPa), e= ångtrycket (hPa), T=grader Kelvin och N är ett modifierat refraktionsindex.
Sambandet mellan N och n (det verkliga indexet) är N= (n-1) x 106 och detta får som följd att att enheterna blir lättar att handskas med. Ett verkligt index på 1000350 blir 350.

Detta modifierade ger ett värde på 350 vid markytan och minskar med höjden. Normalt är det en förändring på 40 enheter per km i höjd, medan en minskning av mer än 157 enheter ger upphov till förbättrade VHF-egenskaper. Anledningen är en ökad förmåga att böja av signaler tillbaka till jorden på större distanser, än vad som sker normalt.

Dukt

Som vi tidigare behandlat, bildas inversioner på allt för låg höjd (1500 meter eller lägre) för att medverka till en ”enkel studs” (skip) av HF-karaktär när det gäller mycket långa avstånd, 150-300 mil. Här finns en trolig förklaring att signalen går i en dukt – fångad av en vågrörelse skapad av inversionen. Signalen tappar då lite energi och kan därför färdas långa sträckor.

Lyssnartips

Följande kan vara en vägledning för goda tropokonditioner:

  1. Långväga signaler vid kanterna av ett omfattande högtryck med låg rörelse.
  2. Kortvarig förbindelse bakom och parallellt med en kallfront.
  3. Signalväg genom ett högtryckscentrum, kan förkortas av markgående inversion.
  4. Att klättra upp i ett berg för att komma över en inversion är alltså inte tillrådligt, såvida du inte vill njuta av sol och fin sikt. Det är ju under inversionen som är bäst för FM-lyssnande.
  5. När ett högtryck passerat landet sjunker ju trycket och ökande vind kan föra med sig fuktigare luft och kan också ge goda DX.
  6. Konditionerna förbättras under kvällar och natten när markinversion utvecklas. Här kan det även bli en lagom vinkel för att nå subsidens-inversionen, där dukter kan förekomma.
  7. Sjöbris längs kusterna för också med sig fuktigare luft under sommarmånaderna.
  8. Just vid hav kan det också förekomma goda förhållanden. Exempelvis över Nordsjön och Östersjön.

Sporadiskt E

Detta är en typisk sommar-företeelse, från mitten av maj till slutet av augusti. Kan även förekomma under andra tider av året. Bilden av Es skiftar beroende av frekvens. Oftast märker vi förhöjd aktivitet på 27 MHz (PR-bandet) när italienare dundrar in. Högre upp i frekvens sker det en nergång i antalet tillfällen. Ofta är det Es mellan 87 och 93 men inget högre upp. Vid ytterst få tillfällen har det varit som bara 100-108 gått men inte den låga delen.

Uppkomsten av Es och kopp-lingen till aktuellt väder är fortfarande under livlig diskussion.
Den nuvarande tolkningen är att Es orsakas av s k ”wind shear” i nedre jonosfären. Termen ”wind shear” beskrivs som förändring av hastigheten och rörelse-riktningen avseende höjd och avstånd. På utsidan av jetströmmen t ex finns det mycket ”wind shear”. För att få en någorlunda god uppfattning om var någonstans detta händer (missuppfattningar finns i överflöd), tittar vi på figuren över var de, för oss, intressanta skikten befinner sig.

Es återfinns på mellan 100 och 120 kms höjd i E-skiktet, och det är här vi återfinner ”wind shear”. Det som orsakar ”wind shear” återfinns dock på en betydligt lägre nivå inom vårt ”vanliga väder”. Vad som startar upp det hela ”där uppe” kan mycket väl orsakas av vädersystem, och kan därför studeras på väderkartor. Mekanismen bakom det hela är ganska intressant. Man tror att det är gravitationsvågor, en vågformig rörelse av luftmassan som förorsakas av ett hinder. En sådan vågrörelse kan vi faktiskt studera i form av en speciell molnförekomst – linsformade moln kan uppstå sydost om den skandinaviska bergskedjan, när det råder en gynnsam nordvästlig luftström.

Gravitationsdelen är helt enkelt den återstående kraften för vågrörelsen.
Det är inget speciellt ovanligt, då havs-vågor uppför sig likadant.

För närvarande gäller att det är jetströmmar, åskväder och (högtrycks-)ryggmönster som i övre atmosfären startar upp Es. När väl en vågrörelse etablerats, fortplantar den sig uppåt till E-skiktet. Den kan även öka sin amplitud, så att det är 10 till 20 km mellan topparna vid 110 km höjd.
På så sätt orsakas den tidigare beskrivna ”wind shear” och idealt sker då en omkastning av vindriktning med höjden.

Nästa ingrediens är spridningen av laddade partiklar som passerar genom jordens magnetfält.
Om man förflyttar partiklar åt ett håll vid en viss höjd, och åt motsatt håll på en närliggande höjd, är det möjligt att samla laddningen i ett smalare skikt. De motverkande vindriktningar kan på så sätt sprida ut laddningen i smalt skikt. Det tunna skiktets täthet ökar av laddning – hög laddningstäthet medför ökad reflektion av HF från detta Es-skikt.
Detta är den fysikaliska bakgrund av ett väderskeende, i troposfären, som medför att Es kan uppträda.

Andra faktorer

Det finns två andra faktorer som härrör från denna ”wind shear”-effekten.
Den första är att en föränd-ring av jordens magnetfält kan påverka att Es bildas eller ej. Man har funnit att K-index skall vara 3 eller lägre. Den andra är tillgång av laddade partiklar för spridning.
Tillgången sker troligen genom att meteorer brinner upp i övre atmosfären.

En annan påverkan på Es är den ”tidvattenseffekt” som solens uppvärmning av atmosfären ger. Normalt är ju detta en gång per dag men det tycks vara den harmoniska, dvs 2 gånger per dag, som är av störst betydelse. Av detta följer att de finns vissa tider på dagen, som Es kan återfinnas, nämligen vid middagstid och sen eftermiddag.

Liksom vid tropo, kommer här en liten vägledning för bevakning av Es:

  1. Är K-index 3 eller lägre?
  2. Finns det några väderpåverkande faktorer i närheten (jetströmmar, åskväder eller ryggmönster)? Detta kan vara svårt att få reda på, men de stora flygplatsernas väderavdelningar vet var jetströmmen befinner sig.
  3. Är det hög aktivitet på meteoriter?
  4. Finns det några skip på 27 MHz? Kolla i så fall en högre frekvens.
  5. Beroende av ”tidvattenseffekten”, kolla 5­6 timmar efter morgonöppning.
  6. Kvällsöppningar (22-23) kan ske, särskilt vid höga K-index.

Förhoppningsvis kan du nu utnyttja tidningarnas väderinformation, för en mer effektiv bevakning av FM-bandet. Lycka till med ditt FM-DXande!

John Ekwall