Relazione tra indici attività solare e misure ionosonde

[IK7JWY]

Le ionosonde, come è noto, sono strumenti con i quali si misurano regolarmente da molti anni ormai determinati parametri ionosferici. Esse sono sparse un pò ovunque sulla Terra e costituiscono una sorta di rete strumentale con cui si monitorizzano quotidianamente le reali condizioni della ionosfera.
La ionosonda è costituita essenzialmente da:
- un trasmettitore HF sintonizzabile automaticamente su un ampio range di frequenze;
- un'antenna in grado di irradiare bene verticalmente verso l'alto;
- un ricevitore HF di inseguimento, in grado cioè di seguire momento per momento la frequenza su cui trasmette la ionosonda;
- logica di controllo e di analisi dei dati
Il principio di funzionamento è abbastanza semplice. Il trasmettitore spazza tutto o in parte la gamma di frequenze HF, trasmettendo brevi impulsi. Questi impulsi sono riflessi dai vari strati della ionosfera, ad altezze variabili tra 100 e 400 km, ed i loro echi vengono ricevuti dal ricevitore e analizzati dal sistema di controllo. Il risultato viene visualizzato sotto forma di ionogramma, come quello che segue:


I parametri ionosferici che in genere interessano di più sono la frequenza critica dello strato F2 , indicata con foF2, e la Massima Frequenza Utilizzabile su distanze di 3000 km, indicata con MUF(3000).
In Italia le ionosonde più conosciute sono quelle di Roma e di Gibilmanna, entrambe gestite dall'INGV-Geomagnetismo, Aeronomia e Geofisica ambientale.
In particolare, l'osservatorio ionosferico di Roma è dotato di due distinti apparati, tra cui una digisonda DPS-4 prodotta dal "Center for Atmospheric Research" della "Lowell University of Massachusetts (USA)" adeguata agli attuali standard tecnologici e dotata di un software in grado di interpretare gli ionogrammi automaticamente. La dotazione di tale apparato fa si che anche la ionosonda di Roma sia consultabile on line attraverso il DIDBASE, Digital Ionogram Database:



Per far questo è necessario installare sul proprio PC l'applicazione Java SAO-Explorer.

Bene, fatta questa doverosa premessa, ho deciso di utilizzare queste possibilità che le Rete oggi mette a disposizione di chiunque abbia voglia di approfondire certi argomenti. In particolare, ho deciso di iniziare un progetto che se poi avrò voglia e tempo continuerò anche in seguito. Esso consiste nel prelevare ogni mese i dati delle misure della ionosonda di Roma relative al mese precedente e nel diagrammare i valori giornalieri dei parametri ionosferici f0F2 e MUF(3000) in un unico grafico insieme ai valori giornalieri degli indici di attività solare. La finalità di tale progetto è di cercare di cogliere dai suddetti diagrammi le relazioni tra gli indici di attività solare a noi noti e le reali condizioni della ionosfera in termini di frequenza critica dello strato F2 e di Massima Frequenza Utilizzabile.

Ecco ora il primo grafico ottenuto per il mese di luglio 2011.



In questo grafico ho riportato i valori giornalieri dei parametri ISN (International Sunspot Number), SFI (Solar Flux Index), Ap (indice geomagnetico planetario), foF2 (frequenza critica strato F2), MUF(3000) (massima frequenza utilizzabile su tratta di 3000 km), flusso di raggi X dal Sole.
I valori di ISN sono stati presi dal sito del SIDC. I valori giornalieri del SFI sono stati calcolati facendo la media delle tre misure effettuate giornalmente all'Osservatorio di Penticton (ore 17, ore 20 e ore 23) riportate sul sito Space Weather Canada.
I valori di Ap sono stati presi dal sito NOAA , come i valori del flusso di raggi X.
I valori di foF2 e MUF(3000) sono quelli massimi giornalieri relativi alla ionosonda di Roma.
Sull'asse delle ascisse sono riportati i giorni del mese.

Dal sudddetto grafico mi è parso di cogliere un discreta correlazione tra la curva rossa del SFI e quella verde della MUF(3000), nel senso che l'andamento medio dell'una (discese e risalite) è ragionevolmente analogo a quello dell'altra. Fatta eccezione, però, per i due picchi della MUF(3000), verificatisi i giorni 4, 6 e 7 luglio.

Ho , inoltre, voluto mettere in un grafico i valori giornalieri dell'indice ISN (sull'asse delle x in ordine crescente) e quelli giornalieri massimi della MUF(3000)(sull'asse delle y). Il risultato è il seguente:



Se osservo attentamente questo grafico non posso non constatare che, per esempio, il valore di 25 MHz della MUF(3000) è stato raggiunto per valori di ISN tra loro molto diversi, variabili da 22 a 74 ! In pratica questo starebbe a significare che sapendo solo il valore ISN del giorno x, non posso risalire da questo al valore massimo che quel giorno avrà la MUF(3000).
Questo mi sembra in buon accordo con quanto illustrato in una sua relazione da K9LA e di cui accennavo in questo mio post di qualche tempo fa .

Bene, per oggi mi sono incasinato abbastanza. Spero di non aver incasinato anche voi

Ogni suggerimento su migliorie e/o correzioni del suddetto progetto saranno ovviamente graditissime.

[IZ5CML]

Davvero un ottimo lavoro Art, interessantissimo, l'ho letto, ma mi prometto di rileggerlo per accertarmi di aver colto tutto, le cose si fanno complesse.

Una considerazione, forse scema, mi viene da farla però, l'ES quanto influisce nel calcolo della "MUF3000" ?
Perchè, questo potrebbe spiegare alcuni "sussulti" della MUF3000 in periodi molto tranquilli per quanto riguarda flusso e macchie, in quanto come sappiamo l'ES è del tutto svincolato dall'attività solare, non a caso, in quei giorni "anomali", 4-7 luglio, mi pare si siano verificate eccellenti condizioni in 50mhz via "es" multihop o combinati, come lo vogliamo chiamare.
Analizzando i prossimi mesi, si dovrebbero avere conferme o smentite, in quanto il fenomento ES è legato a soli pochi mesi primaverili/estivi.

Una bestemmia ?

[IZ0IEN]

Originally Posted by IZ5CML

Perchè, questo potrebbe spiegare alcuni "sussulti" della MUF3000 in periodi molto tranquilli per quanto riguarda flusso e macchie, in quanto come sappiamo l'ES è del tutto svincolato dall'attività solare, non a caso, in quei giorni "anomali", 4-7 luglio, mi pare si siano verificate eccellenti condizioni in 50mhz via "es" multihop o combinati, come lo vogliamo chiamare

Ci sono due picchi, anche se lievi, sul grafico delle ISN in coincidenza dei due picchi "anomali" della MUF3000.
Se erano abbastanza "cattive", porebbero aver ionizzato le zone giuste anche se per poco tempo e fatto salire il valore della MUF3000.

Riguardo il lavoro fatto, è semplicemente metodico e geniale insieme.

My cent.
Cristiano IZ0IEN

[IK7JWY]

Originally Posted by IZ5CML

Una considerazione, forse scema, mi viene da farla però, l'ES quanto influisce nel calcolo della "MUF3000" ?

Mi hai , come si suol dire, messo la pulce nell'orecchio
Ho prima di tutto confrontato gli ionogrammi dei giorni 4, 6, 7 e 30 luglio, della sonda DPS-4 e dell'altra ubicata a Roma e ho notato che in quelli di quest'ultima quei picchi non ci sono.
Ho così cominciato a fare il segugio in Rete e gira e rigira ho trovato un documento acrobat in cui si mette a confronto il sistema ARTIST utilizzato dalla digisonda Lowell DPS-4 ubicata a Roma e alle cui misure fa riferimento il grafico di luglio da me redatto con Excel, e il software Autoscala usato invece dall'INGV per costruire gli ionogrammi partendo dalle misure dell'altra ionosonda di Roma.
Nel suddetto documento, a pagina 5 nel paragrafo "Es Layer Blanketing Echoes From F2 Layer", viene spiegato che il sistema ARTIST , in presenza di echi di secondo ordine provenienti dallo strato Es, cade in errore interpretando tali echi come provenienti dallo strato F2. Cosa che invece non accade con Autoscala che, in questi casi, si limita a interrompere il diagramma e segnalare la mancanza di dati, riprendendo poi dalle misure successive.
In effetti, sono andato a controllare gli ionogrammi dei giorni in questione e in tutti e 4 i giorni vi era E sporadico e presenza di echi di secondo ordine , scambiati evidentemente da ARTIST come echi provenienti dallo strato F2 !

In definitiva, credo di poter dire che quei picchi siano da prendere con beneficio di inventario. A questo punto la domanda sorgerebbe spontanea: perchè non usare i dati della seconda ionosonda di Roma (quelli elaborati con il software Autoscala dell'INGV) anzichè quelli del database delle digisonde DPS-4 ? La risposta al momento è che mentre i dati contenuti nel DIDBASE posso scaricarli anche in formato testo (che è quello che a me serve), la stessa cosa pare non si possa fare invece con i dati elaborati con Autoscala. Sul sito dell'INGV, infatti, di questa ionosonda riesco a scaricare solo immagini gif contenenti gli ionogrammi ma da cui non si legge in maniera diretta il valore massimo della MUF(3000), se non stimandolo dal grafico.

[IK0VVE]

Moooolto interessante!

[IZ5CML]

In effetti, sono andato a controllare gli ionogrammi dei giorni in questione e in tutti e 4 i giorni vi era E sporadico e presenza di echi di secondo ordine , scambiati evidentemente da ARTIST come echi provenienti dallo strato F2 !

Eh si, interessante, quando ho visto il grafico il dubbio è venuto subito, conoscendo un pò le date dell'ES più intenso, che io collego alle aperture in 50mhz (anche se non è sempre così), l'F2, almeno di non stravolgere completamente quello che sappiamo, non si ionizza a "caso" senza che ci sia del flusso adeguato.

Non credo ci sia bisogno di "impazzire" per cambiare ionosonda, tanto il "problema" immagino che sarà relegato solo ai mesi estivi.

Dell'ES, credo, che sappiamo ancora molto poco, soprattutto mi riferisco alle aperture estive in 6 ma anche in 10m, aperture ben oltre i 3mila km.
Che siano Caraibi, USA, stati centrali degli USA (x qlc anche west coast !), oppure Asia centrale (UN, UK) o addirittura JA, il tutto è ben oltre la portata dell'ES.
Ed allora cos'è ? Non ho fatto la premessa, la premessa è che certe aperture si sono avute anche negli anni scorso in periodi assolutamente spotless, flusso sotto 80, quindi NON F2, in quanto per riflettere certe frequenze necessità di forte ionizzazione, ed appunto, almeno di non stravolgere tutto, non ci poteva essere con quell'attività solare.
E nemmeno solo ES, anche multihop, ci vorrebbero troppi "hop", e tutto si perderebbe per strada, quindi è logico ipotizzare saldature stra strati E e forse anche F in alcune parti del percorso, tali da non far tornare il segnale a terra per lunghe tratte, e contenendo quindi l'attenuazione.

Materia interessante.

[IK7JWY]

Originally Posted by IZ5CML

Ed allora cos'è ? Non ho fatto la premessa, la premessa è che certe aperture si sono avute anche negli anni scorso in periodi assolutamente spotless, flusso sotto 80, quindi NON F2, in quanto per riflettere certe frequenze necessità di forte ionizzazione, ed appunto, almeno di non stravolgere tutto, non ci poteva essere con quell'attività solare.
E nemmeno solo ES, anche multihop, ci vorrebbero troppi "hop", e tutto si perderebbe per strada, quindi è logico ipotizzare saldature stra strati E e forse anche F in alcune parti del percorso, tali da non far tornare il segnale a terra per lunghe tratte, e contenendo quindi l'attenuazione.

In effetti, per quanto riguarda le aperture insolite in 10m via Es, c'è ancora molto da capire. A volte, per esempio, siamo portati a pensare si tratti di aperture via F2, magari indotti in questo dai valori contingenti degli indici di attività solare e dalla portata del collegamento. In realtà potrebbe trattarsi di quello a cui fai cenno, ossia una compartecipazione tra strati F2 ed Es. Ascoltare segnali dagli USA o, meglio ancora da JA, in questo periodo, come è successo giorni fa mentre si seguiva il pile-up di ST0R, fa pensare a una cosa del genere. Fosse in gioco solo lo strato F2, significherebbe una sua ionizzazione degna di ben altri periodi di attività solare.

[IZ0IEN]

Originally Posted by IK7JWY

In effetti, per quanto riguarda le aperture insolite in 10m via Es, c'è ancora molto da capire. A volte, per esempio, siamo portati a pensare si tratti di aperture via F2, magari indotti in questo dai valori contingenti degli indici di attività solare e dalla portata del collegamento. In realtà potrebbe trattarsi di quello a cui fai cenno, ossia una compartecipazione tra strati F2 ed Es. Ascoltare segnali dagli USA o, meglio ancora da JA, in questo periodo, come è successo giorni fa mentre si seguiva il pile-up di ST0R, fa pensare a una cosa del genere. Fosse in gioco solo lo strato F2, significherebbe una sua ionizzazione degna di ben altri periodi di attività solare.

Non mi ammazzate, eh..

ma se l'Es riflette da sotto, riflette pure da sopra.
Quindi, una cosa del genere:



come la vedete ? Possibile ? Io si, premettendo che sono un convinto sostenitore che tutto avviene in cielo, parlando di propagazione, e che le riflessioni dalla terra al cielo mi lasciano mooooolto dubbioso.

Cristiano IZ0IEN

[i4ewh]

Mi sembra un' idea plausibile, potrebbe esserci il contributo dello strato E che a volte è fortemente riflettente, tuttavia non scarterei l' idea della formazioni di condotti perchè spesso in 6 metri mi capita di ascoltare stazioni DX che a pochi Km di distanza non si sentono per niente o viceversa.

Paolo I4EWH

[IZ0IEN]

Originally Posted by i4ewh

Mi sembra un' idea plausibile, potrebbe esserci il contributo dello strato E che a volte è fortemente riflettente, tuttavia non scarterei l' idea della formazioni di condotti perchè spesso in 6 metri mi capita di ascoltare stazioni DX che a pochi Km di distanza non si sentono per niente o viceversa.

Paolo I4EWH

Io sono un convinto sostenitore di condotti che si comportano come gigantesche guide d'onda, con qualche forellino che fa poi "scendere" il segnale verso la terra.. del resto, come spiegate che a quello che dovrebbe essere il primo salto ZL8X gli fa 5 e a me che sono il terzo o quarto salto S9+ ? Solo un meccanismo come quello del TWT, che accelera gli elettroni facendoli aumentare come potenziale, riesce ad amplificare i segnali in ingresso... La ionosfera è un gigantesco TWT, non potrò mai dimostrarlo ma ne sono convinto, e i "salti" sono solo una spiegazione plausibile per qualcosa che non si può vedere, quindi anche la mia teoria è valida quanto quella dei salti

Cristiano IZ0IEN

[IZ5CML]

Originally Posted by IZ0IEN

Non mi ammazzate, eh..

ma se l'Es riflette da sotto, riflette pure da sopra.
Quindi, una cosa del genere:



come la vedete ? Possibile ? Io si, premettendo che sono un convinto sostenitore che tutto avviene in cielo, parlando di propagazione, e che le riflessioni dalla terra al cielo mi lasciano mooooolto dubbioso.

Cristiano IZ0IEN

Si, credo che qlc di simile sia l'ipotesi più probabile, in 6m ed anche in 10m, altrimenti non si spiega come segnali, anche molto intensi, possano coprire distanza così grandi in condizioni di ionizzazione davvero bassa.

[IK7JWY]

Eccovi il grafico relativo al mese di agosto 2011, appena trascorso.
Rispetto al primo c'è la novità della presenza, nel grafico, dell'andamento del parametro SSNe. Di cosa si tratta ?
Letteralmente l'acronimo SSNe sta per effective Sunspot Number. Esso è definito come quel valore di Sunspot Number in corrispondenza del quale è nullo l'errore medio tra i valori della frequenza critica dello strato F2 (foF2) calcolati in base ad un modello della ionosfera (URSI-88) e quelli derivanti da osservazioni dirette (misure con ionosonde).
Tale valore giornaliero di SSNe viene calcolato dal Northwest Research Associates, Inc. (NWRA-USA) usando un set di misure della frequenza critica dello strato F2 provenienti da ionosonde ubicate a media latitudine sul globo terrestre e relative alle ultime 24 ore. Dette misure sono fornite dal SWPC del NOAA.
Il parametro SSNe è simile all'indice T calcolato dall' IPS Radio and Space Services organization in Sydney, Australia, anche se in quel caso l'algoritmo utilizzato per il calcolo è differente.
In sostanza, l'indice SSNe può essere utilizzato come valore da inputare nei vari software di propagation predictions per analisi quasi in real time.



Anche in questo caso ci sarebbe da discutere un pò sul grafico. Che ne pensate ?

[IK7JWY]

Ecco i grafici relativi al mese di settembre appena trascorso.



Appena ho un attimo di tregua, aggiungo qualche considerazione.

[IZ8EWB]

Per il mio modesto parere, penso che la trattazione sia semplice, chiara e quindi perfetta.

Complimenti soprattutto perchè ne sentivo parlare ma non ho mai trovato un testo così comprensibile.

Grazie.

73's de IZ8EWB

[i1hjt]

Originally Posted by IK7JWY

Ecco i grafici relativi al mese di settembre appena trascorso.

Attachment 5139

Appena ho un attimo di tregua, aggiungo qualche considerazione.

Ho trovato questo, se funzionasse potremmo preparare le antenne già orientate nella giusta direzione!
Alfeo I1HJT
http://news.stanford.edu/news/2011/a...ot-081911.html

[IK7JWY]

Ecco i grafici relativi al mese di ottobre (fare click sull'immagine per ingrandirla)



E' meglio che , stavolta, qualche considerazione la faccia subito, altrimenti se rimando a quando avrò un pò di calma va a finire come l'altra volta...

E' evidente l'exploit di metà mese, dovuto ad un Sole particolarmente attivo in quel periodo, con curve del solar flux sui 2800 MHz e dell'Internation Sunspot Number (daily) in impennata. Anche la curva bianca del parametro SSNe (effective sunspot number) è andata mediamente salendo in questo periodo del mese. Ricordo che questo parametro è strettamente correlato con le effettive condizioni della ionosfera, così come misurate dalla rete mondiale di ionosonde.
Il giorno 25 ottobre, invece, il parametro SSNe ha subito una brusca riduzione, come si vede chiaramente dall'andamento della curva bianca.
Quel giorno le curve del flusso solare sui 2800 MHz, del numero di macchie solari e del flusso di raggi X erano tutte in discesa. La curva gialla dell'indice geomagnetico planetario Ap, invece, quel giorno raggiungeva un valore di picco pari a 27, con ciò denunciando condizioni geomagnetiche perturbate, con conseguenti ricadute negative sulla propagazione ionosferica delle onde radio in HF. Come è noto, ciò si è verificato a seguito del flare di classe M di giorno 22 ottobre, con espulsione di particelle cariche che , raggiunta la Terra, hanno interagito con il campo geomagnetico terrestre causando aurore e , appunto, condizioni geomagnetiche perturbate.
Da notare, invece, l'andamento della curva color ciano della frequenza critica strato F2 (foF2, valore massimo giornaliero). Si evince un suo andamento assai uniforme e leggermente in salita da inizio a fine mese.
Anche la curva verde delle MUF(3000) , ossia del valore massimo giornaliero della Massima Frequenza Utilizzabile su tratte di 3000 km, presenta un andamento meno irregolare delle altre, con una tendenza a salire da inizio a fine mese.
Va anche detto che le curve di f0F2 e MUF(3000) si riferiscono alle misure della sola ionosonda di Roma. La curva di SSNe, invece, è relativa ai valori calcolati in base alle misure provenienti da ionosonde ubicate a media latitudine sul globo terrestre e relative alle ultime 24 ore.
Il lavoro continua..

[IK7JWY]

Ecco i grafici relativi al mese di novembre:

[IK7JWY]

Questi i grafici relativi al mese di dicembre appena trascorso.



Noto con piacere che le visite a questa discussione sono parecchie, segno che l'argomento risulta interessante. Troverei interessante anche il parere di qualcuno di coloro che seguono la discussione.
A me pare di poter evincere dall'andamento delle curve visibili nei grafici una evidente correlazione tra solar flux e numero di macchie solari. E non potrebbe essere altrimenti, visto che i due parametri sono tra loro notoriamente collegati tanto che ci sono addirittura formule , derivate dalla statistica, attraverso le quali si può ricavare il flusso solare dal numero di macchie solari e viceversa. A dire il vero, in questi ultimi decenni è stata riscontrata una certa deviazione dalla relazione tra solar flux e numero di macchie solari, ma è indubbio che i due parametri restano fortemente correlati.
Dai grafici, inoltre, mi pare di evincere che ad un aumento del solar flux e del numero di macchie solari non sempre corrisponde un aumento del parametro SSNe, che è calcolato dal NWRA sulla base delle effettive misure delle frequenze critiche f0F2 provenienti dalle ionosonde.
Notare , infatti, come , nonostante nella seconda metà del mese il flusso solare sia risalito, come pure il numero di macchie solari (e per inciso anche l'area delle regioni attive), la curva relativa al parametro SSNe abbia invece continuato a scendere dolcemente.
Ancora meno visibile è la correlazione tra flusso solare e valori misurati della frequenza critica f0F2 ( e della MUF) dalla ionosonda ubicata a Roma (curve ciano per la f0F2 e verde per la MUF). Penso che ciò sia dovuto al fatto che si fa riferimento ad una sola ionosonda, ubicata in un ben preciso posto della Terra, su cui evidentemente influiscono altri fattori, oltre al solar flux, che quando invece si considera l'intera rete di ionosonde, vengono "mediati".
Non dimentico mai, a questo proposito, quanto ha scritto in uno dei suoi interessanti articoli sulla propagazione ionosferica Carl K9LA, di cui poi ho accennato qui:
http://www.hamradioweb.org/forums/sh...highlight=k9la

[IK7JWY]

Ecco i grafici del mese di gennaio

[IZ0GIF]

Se può essere utile, sto creando una pagina Space Weather con i principali valori ed immagini di interesse. I lavori sono ancora in corso ma la pagina principale funziona.
Accesso da:

- home page del mio sito: www.iz0gif.it

- link diretto: http://www.iz0gif.it/wxspace/wxspace.php