Khả năng dự báo F0f2 điện ly xích đạo từ Việt Nam và ứng dụng cho truyền sóng vô tuyến HF

Lớp F2 là lớp đặc biệt quan trọng trong truyền sóng HF vì nó có độ dẫn điện cao và tồn tại suốt ngày đêm. Kết quả này là cơ sở cho việc xác định điều kiện truyền sóng vô tuyến HF phục vụ thông tin liên lạc của khu vực miền Nam Việt Nam.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khả năng dự báo F0f2 điện ly xích đạo từ Việt Nam và ứng dụng cho truyền sóng vô tuyến HF35(2), 130-136Tạp chí CÁC KHOA HỌC VỀ TRÁI ĐẤT6-2013KHẢ NĂNG DỰ BÁO foF2 ĐIỆN LY XÍCH ĐẠO TỪVIỆT NAM VÀ ỨNG DỤNG CHO TRUYỀN SÓNGVÔ TUYẾN HFHOÀNG THÁI LAN1, VĨNH HÀO2,DƯƠNG VĂN VINH1, ĐÀO NGỌC HẠNH TÂM1E-mail: thailan164@gmail.com1Viện Vật lý Tp. Hồ Chí Minh, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam2Viện nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha TrangNgày nhận bài: 11 - 3 - 20131. Mở đầuDải tần HF (High Frequency) thuộc phổ vôtuyến từ 3 đến 30 MHz hay còn được gọi là vôtuyến sóng ngắn. Do cơ chế lan truyền của sóngHF trong khí quyển của Trái Đất, vô tuyến sóngngắn được sử dụng cho phát thanh, thông tin liênlạc tầm xa với tàu biển và máy bay; đặc biệt là giúpnhững khu vực hiểm trở như vùng núi, hải đảo cóthể tiếp cận các thông tin khẩn cấp. Năng lượng tầnsố vô tuyến sóng ngắn có khả năng vươn tới bất kỳvị trí nào trên Trái Đất vì nó có thể khúc xạ trở lạiTrái Đất bởi tầng điện ly. Tầng điện ly được địnhnghĩa là vùng khí quyển bắt đầu ở độ cao khoảng60-70 km tính từ bề mặt Trái Đất và kéo dài đếnkhoảng hơn 1000 km. Tính chất đặc trưng của tầngĐiện ly là có độ dẫn điện cao do các thành phầnkhông khí ở đây bị bức xạ Mặt Trời ion hóa, tạo ramột môi trường khí quyển có khả năng dẫn điện,khúc xạ sóng HF và cho phép thực hiện truyềnsóng với khoảng cách rất xa. Thông tin liên lạc sửdụng băng tần HF có ưu điểm nổi bật là đơn giản, dễdi động, rẻ tiền và đặc biệt là không phụ thuộc vàongười cung cấp dịch vụ như thông tin vệ tinh. So vớicác loại hình khác thì thông tin sóng ngắn có chi phíthấp, cơ sở hạ tầng cho liên lạc hai chiều tầm xachỉ cần một cặp máy thu phát, một ăng ten, mộtnguồn năng lượng đơn giản. Tuy nhiên, sự thay đổicủa bức xạ Mặt Trời sẽ làm thay đổi trạng thái cáclớp điện ly và gây ra những sai lệch trong việctruyền tín hiệu vô tuyến.130Để góp phần giải quyết nhược điểm của thôngtin liên lạc sóng ngắn là phụ thuộc vào trạng tháitầng điện ly, báo cáo này trình bày những kết quảtính toán các công thức dự báo tần số tới hạn foF2của điện ly xích đạo từ Việt Nam dựa trên chuỗi sốliệu quan trắc điện ly tại đài quan trắc Hóc Môn,thành phố Hồ Chí Minh (10°50’N, 106°33’E) trongthời gian một chu kỳ hoạt động Mặt Trời. Lớp F2là lớp đặc biệt quan trọng trong truyền sóng HF vìnó có độ dẫn điện cao và tồn tại suốt ngày đêm.Kết quả này là cơ sở cho việc xác định điều kiệntruyền sóng vô tuyến HF phục vụ thông tin liên lạccủa khu vực miền Nam Việt Nam.2. Số liệu và cơ sở tính toán công thức dự báofoF2Thiết bị khảo sát tại Tp. Hồ Chí Minh là máythăm dò điện ly thẳng đứng kỹ thuật số của Canada(CADI) [9]. Đây là một hệ thống hợp nhất các kỹthuật mã hóa pha, vi điện tử và công nghệ PC, hoạtđộng với 4 máy thu nên có nhiều tính năng để quansát tầng điện ly. Chiều cao quan trắc tới 1000 kmvới độ phân giải 6 km. Dải tần số từ 1 tới 20 MHzvới 3 cách quét tiêu chuẩn: độ phân giải thấp (100tần số), độ phân giải trung bình (200 tần số), độphân giải cao (400 tần số), công suất xung là600W. Điện ly đồ được ghi 15 phút/lần.Số liệu sử dụng trong báo cáo được quan trắcliên tục trong giai đoạn 2002 - 2011, với độ hoạtđộng Mặt Trời của nửa sau chu kỳ 23: giảm dần từ2002 (R= 104), 2003 (R= 63,7), 2004 (R= 40,4),2005 (R= 29,8), 2006 (R=15,2), 2007 (R= 7,5) tớicực tiểu vào năm 2008 (R= 2,9) và bắt đầu chu kỳMặt Trời thứ 24 với 2009 (R= 3,1), 2010 (R= 16,5)và 2011 (R=55,7). Hơn 400.000 điện ly đồ đã đượcxử lý để có được những thông tin cần thiết [7, 9].Kết quả quan trắc cho thấy, trong biến trìnhngày đêm, cực tiểu của tần số tới hạn foF2 quantrắc được vào lúc 5 giờ sáng, cực đại thứ nhất vào8 - 9 giờ sáng, giảm vào buổi trưa và đạt cực đạithứ hai vào 15 - 16 giờ chiều. Biến thiên ngày đêmcủa foF2 trong khoảng 2 - 12,5 MHz (hình 1).Hình 1. Tần số tới hạn của lớp F2 tại Tp. Hồ Chí Minh quan trắc trong giai đoạn 2002 - 2011, tính trung bình tháng131Tần số tới hạn foF2 không phụ thuộc trực tiếpvào góc chiếu của Mặt Trời như foE và foF1,nhưng sự phụ thuộc của nó vào số vết đen MặtTrời (R) thể hiện rất rõ [6] theo biểu thức:foF2 ~ (1 + 0,02R)1/2 [MHz](1)Lớp F2 bị chi phối bởi bức xạ Mặt Trời, thayđổi mạnh các thành phần trung hòa và các quá trìnhđộng lực. Đó là hiệu ứng mùa của foF2 trong cácbiến đổi của chu kỳ Mặt Trời và hiệu ứng bão hòaở mức hoạt động Mặt Trời cao [5]. Và đó cũngchính là lý do tại sao không có mối quan hệ đơngiản giữa foF2 với chỉ số Mặt Trời. Các kết quảquan trắc biểu diễn trên hình 1 cho thấy lớp F2 cònbị chi phối bởi yếu tố địa từ đặc trưng của vùngxích đạo từ.Những thông số điện ly được lấy ra từ các điệnly đồ thường được sử dụng như các yếu tố điềukhiển trong dự báo điện ly và được sử dụng để môtả đặc điểm, điều kiện điện ly địa phương cho cácmục đích kỹ thuật. Chỉ số đại diện cho mức độ hoạtđộng của Mặt Trời là số vết đen Mặt Trời R đượccoi là chỉ số cơ bản của hoạt động Mặt Trời cho môhình hóa và dự báo tầng điện ly. Về phương diệntoán học, ở đây giải bài toán hồi quy đa biến chođiều kiện ban ngày với các cấp độ hoạt động MặtTrời tương ứng. Các thông số đầu vào là giờ địaphương, tháng (ảnh hưởng bởi chuyển động củaMặt Trời) và độ hoạt động Mặt Trời. Dữ liệu đượcxây dựng với biểu thức đa biến, có chứa biến độclập và biến phụ thuộc. Biểu thức tính toán xuấtphát từ các công thức dự báo bán thực nghiệm củaAllen [5, 6, 8, 10] và bổ sung thêm các yếu tố đặcthù của địa phương dựa trên các quan trắc thực tế.Do yếu tố đặc thù của điện ly xích đạo từ, thờiđiểm tính toán các công thức thực nghiệm foF2 ởđây chọn mốc 08 giờ sáng địa phương (cực đại ionhóa buổi sáng), 12 giờ trưa (giữa trưa) và 16 giờchiều (cực đại ion hóa buổi chiều).Áp dụng công thức (1), ta giải bài toán tìm cáchệ số a, b và x cho phương trình sau:foF2 = a(1 + bRi)x(2)Ri - số vết đen Mặt Trời quốc tế (InternationalSunspot Number), dựa trên số liệu thu thập từnhiều trạm quan trắ ...