Verbesserte Funkwettervorhersage durch die Verwendung von effektiven oder äquivalenten Sonnenfleckenrelativzahlen

Im Heft 9 des Jahrgangs 2003 der “CQ DL” erschien ein von mir verfasster Beitrag über die Nutzung von “äquivalenten” oder “effektiven” Sonenfleckenzahlen. [0] Hier der ursprünglich eingereichte Text (die Druckfassung ist nur unwesentlich redaktionell bearbeitet):

Verbesserte Funkwettervorhersage mit dem Programm von DJ4FQ

Das im Heft 5/2003 der CQ DL vorgestellte Vorhersageprogramm für die KW-Ausbreitung von Uwe Runte, DJ4FQ, besticht durch die Einfachheit seiner Handhabung und die aussagekräftige Darstellung der Ergebnisse. [1]. Es zeigt nicht nur die Verbindungsmöglichkeiten zwischen einem Ort A und B, sondern man kann sich auch mit einem Blick auf einer Weltkarte informieren, wohin es denn (mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit) bei der gewählten Frequenz überhaupt geht. Vergleicht man die Vorhersagen des Programms etwa mit der „Fernausbreitung“ in der CQ DL, ergibt sich (bei Verwendung der gleichen Parameter) eine gute Übereinstimmung.

Die Sonnenfleckenrelativzahl Ri

Der Einfluß der Sonnenaktivität auf den Zustand der Ionosphäre wird im Programm mit dem Eingabeparamater der Sonnenfleckenrelativzahl Ri erfaßt. Üblicherweise wird ein Prognosewert für den aktuellen und zukünftige Monate (monthly sunspot number) verwandt. Prognosewert deshalb, weil dieser Monatswert als ein „gleitendes“ Monatsmittel definiert wird: er ist je nach Berechnungsmethode das arithmetisches Mittel von 12 oder auch 13 aufeinanderfolgenden Monaten und Beobachtungsdaten für die in der Zukunft liegenden Monate verständlicherweise noch nicht vorliegen. Dieser monatliche Durchschnittswert wird deshalb auch als R₁₂ bezeichnet (im englischen oft „smoothed sunspot number“, abgekürzt SSN; mit SSN wird aber auch der tagesaktuelle Wert bezeichnet). Eine Tabelle der monatlichen Durchschnittswerte einschließlich der zu erwartenden Abweichungen findet sich z.B auf der WEB-Seite von Thomas Wood, NW7US [2]. Die nun naheliegende Annahme, daß man durch tagesaktuelle Werte der Sonnenfleckenzahl eine Verbesserung der kurzfristigen Vorhersage der KW-Ausbreitung erreicht, führt nur bedingt zum Erfolg, da das „Funkwetter“ durch vielerlei Ursachen beeinflußt wird – Stichwort ionosphärische und erdmagnetische Störungen bis hin zum Mögel-Dellinger-Effekt. Es gibt aber eine elegante Möglichkeit, eine signifikant präzisere Prognose der aktuellen Ausbreitungsbedingungen mit dem ansprechenden Programm von DJ4FQ zu erreichen.

F2-Grenzfrequenz und MUF

Weltweit wird laufend mittels sogenannter Ionosonden die kritische Frequenz (oder Grenzfrequenz) der für die KW-Ausbreitung wesentlichen F2-Region der Ionosphäre gemessen. Die kritische Frequenz (f₀F2) ist die höchste Frequenz, bei der ein senkrecht abgestrahltes Funksignal noch von der Ionosphäre reflektiert wird. Ausgehend vom Abstrahlwinkel läßt sich daraus die für die KW-Weitverbindung zwischen zwei gegebenen Standorten mit ihren spezifischen Bedingungen (Leistung, Betriebsart etc.) relevante obere Grenzfrequenz MUF (maximal usable freqency) ermitteln. Ist die MUF bei senkrechter Abstrahlung gleich der kritischen Frequenz, ist sie bei flacherer Abstrahlung um den Faktor 2,5–4 höher als f₀F2. Die optimale Arbeitsfrequenz wiederum liegt meist bei 70-80% der MUF (Bezeichnungen: FOT – frequency of optimum traffic; OTF – optimum traffic frequency, optimum transmission frequency; OWF – optimum working frequency).

SSNe- und T-Index als „äquivalente“ Sonnenfleckenrelativzahlen

Vom „Space Weather Services“ der NWRA in Tucson, Arizona [3] werden nun sogenannte „effektive“ Sonnenfleckenzahlen SSNe (effective sunspot number) veröffentlicht. Die SSNe ist definiert als diejenige Sonnenfleckenrelativzahl, die bei einem gegebenen Berechnungsmodell einen solchen Wert für f₀F2 liefert, der der tatsächlich beobachteten F2-Grenzfrequenz entspricht [4]. Der vom australischen IPS Radio und Space Services in Sydney [5] veröffentlichte T-Index als „äquivalente“ Sonnenfleckenzahl folgt dem gleichen Konzept, wird aber auf Grundlage eines anderen Algorithmus berechnet. Der SSNe- wie der T-Index sind also vereinfacht ausgedrückt, fiktive Sonnenfleckenrelativzahlen, die in Prognoseprogrammen eingesetzt, eine gute Übereinstimmung mit den tatsächlichen Ausbreitungsbedingungen ergeben. Die SSNe/T-Indices unterscheiden sich z.T. beträchtlich von den durch Beobachtung gewonnenen „realen“ Sonnenfleckenrelativzahlen und können bei schlechten Ausbreitungsbedingungen durchaus auch negative Werte annehmen. Folgende Grafik von NRWA über den Vergleich der verschiedenen Sonnenfleckenindicies für den Zeitraum vom 16. April bis 13. Mai d.J. verdeutlicht dies beispielhaft:

Die durchgezogene Linie ist die „reale“ Sonnenfleckenrelativzahl, die gepunktete Linie die aus der Messung des Solarfluxes abgeleitete Sonnenfleckenzahl, die gestrichelte Linie die „effektive“ Sonnenfleckenzahl (SSNe).

Es ist einsichtig, daß man z.B. am 29. April mit einer „realen“ Sonnenfleckenrelativzahl 229 als Eingabeparameter im Prognoseprogramm zu einer völlig falschen Vorhersage der Ausbreitungsbedingungen gelangte, der an jenen Tag ermittelte T-Index betrug gerade mal 93.

Die beiden Screenshots verdeutlichen, welche unterschiedliche Vorhersage man z.B. für das 15m-Band am 29. April d.J. (19.00 UTC) mit den unterschiedlichen Sonnenfleckenzahlen bekam: links wurde die visuell beobachtete Sonnenfleckenrelativzahl R=229 zugrunde gelegt, rechts die die tatsächlichen HF-Ausbreitungsbedingungen berücksichtigende „effektive“ T=93. Das vorhergesagte Monatsmittel Ri betrug übrigens 64.

Verfügt man nicht über Angaben zum aktuellen SSNe-/T-Index, ist es in der Regel also allemal besser, die monatlichen Vorhersagen der Sonnenfleckenrelativzahl im Programm zu verwenden. (Der ISP T-Index und der NRWA SSNe-Index unterscheiden sich im übrigen wenig.) Eine andere Möglichkeit ist noch, die Sonnenfleckenrelativzahl R über die Beziehung R=(SF-73)/0,62 aus dem täglich gemessenen Wert des Sonnenrauschens SF (Solarer Flux) auf 10,7 cm Wellenlänge zu errechnen und als Eingabewert im Programm zu verwenden. Wie obige Grafik zeigt, ist die aus dem SF abgeleitete Sonnenfleckenrelativzahl für Funkprognosen „besser“ als die „reale“ Sonnenfleckenrelativzahl. Erste Wahl sind jedoch die „effektiven“ oder „äquivalenten“ Sonnenfleckenzahlen, weil sie auf Messungen der realen Funkausbreitung beruhen.

Der „IPS IPS DAILY EUROPEAN HF PROPAGATION REPORT“

Für den potentiellen Nutzer in Europa besonders interessant ist ein täglich um 06.30 UTC vom australischen IPS automatisch von regional gewonnenen Ionosphärendaten generierter kurzer Bericht, welcher kostenlos per e-mail bezogen werden kann [6]. Neben einer Zusammenfassung aktueller Daten und Vorhersagen bezüglich der MUF enthält er den gemessenen T-Index des Vortages und die Vorhersage des T-Indexes für den aktuellen Tag. (Die Vorhersage der globalen HF-Ausbreitungsbedingungen ist nach meinem Eindruck generell besser als die ebenfalls per e-mail zu beziehenden „eAlerts“ von NW7UF [7].) Dieser T-Index, eingesetzt für den Parameter Ri im Prognoseprogramm von DJ4FQ, erlaubt nun tagesaktuelle Vorausschauen der KW-Ausbreitungsbedingungen, welche die tatsächlichen Gegebenheiten mit einer wesentlich höheren Wahrscheinlichkeit wiedergeben. Eine Verifizierung der Vorhersage für die höheren Bänder ist durch Beobachtung des IARU-NCDXF-Bakennetzes einfach möglich.

[0] Lutz Höll: Verbesserte Funkwettervorhersage. In: CQ DL. Heft 9/2003. S. 624-625.
[1] Uwe Runte (DJ4FQ): Funkwetter selbst vorhersagen. In: CQ DL. Heft 5/2003. S. 328. Das Programm “Funkwetterprognose” (ver. 3.3.3) konnte man im Mitgliederbereich des DARC herunterladen.
Derzeitige (08/2010) alternative Quelle http://www.qslonline.de/hk/download/progno.zip
[2] http://prop.hfradio.org 
[3] http://www.nwra-az.com/spawx/
[4] http://www.nwra-az.com/spawx/ssne.html 
[5] http://www.ips.gov.au/
[6] http://www.ips.gov.au/mailman/listinfo/ips-dhfpr-euro
[7] http://prop.hfradio.org/ealert/

Anmerkungen/Ergänzungen/Links

Allgemein

Gerd Klawitter: Ionosphäre und Wellenausbreitung. 2. Aufl. Meckenheim 1993 [3. ver. Aufl. 2000]

Bob Brown (NM7M): HF Propagation tutorial. Mit einem Vorwort von Thierry Lombry, ON4SKY. URL: http://www.astrosurf.org/luxorion/qsl-hf-tutorial-nm7m.htm

IPS Radio and Space Services: Introduction to HF Radio Propagation. URL: http://www.ips.gov.au/Category/Educational/Other%20Topics/Radio%20Communication/Intro%20to%20HF%20Radio.pdf

Pete Greene (N2LVI) N2LVI's Quick Guide to HF Propagation Using Solar Indices. URL: http://www.qsl.net/w2vtm/hf_solar.html

Henning Peuker (DL2DSD): Einige Aspekte zu KW-Funkwettervorhersagen. URL: http://www.funkamateur.de/download/down1.htm
eHam.net Propagation Page. URL: http://www.eham.net/DX/propagation. Linksammlung.

Effective sunspot number (SSNe), T-Index

IPS Radio and Space Services: T Index FAQ. URL: http://www.ips.gov.au/Educational/5/1/1

Dto.: Automated Daily European HF Propagation Report. URL: http://www.ips.gov.au/mailman/listinfo/ips-dhfpr-euro Hier kann man einen täglichen Bericht und Vorhersage der Ausbreitungsbedingungen per mail für den europäischen Raum bestellen.

Dto.: Real Time T Indices. URL: http://www.ips.gov.au/HF_Systems/6/4/2. Aktuelle Werte für die Nord- und Südhalbkugel sowie speziell Australien/Neuseeland.

Dto.: Monthly T Indices. URL: http://www.ips.gov.au/HF_Systems/6/4/1. T-Indices von 1938 bis 2018 (Prognose).

NorthWest Research Associates, Inc., Space Weather Services (Tucson): Effective Sunspot-Number Indices. URL: http://www.nwra-az.com/spawx/ssne.html

Dto.: Space Weather Indices. URL: http://www.nwra-az.com/spawx/spawx.html.

Dto.: Effective Sunspot number SSNe: http://www.nwra-az.com/spawx/ssne24.html. Stündlich aktualisierte effektive Sonnenfleckenzahl. 

Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik, Außenstelle Juliusruh: Juliusruh Effective Sunspot Number. URL: http://www.ionosonde.iap-kborn.de/actuellz.htm#rfjul.

DIAS (European Digital Upper Atmosphere Server): SSN plots. URL: http://dias.space.noa.gr. Effektive Sonnenfleckenrelativzahlen (R_eff) auf der Basis von f₀F2 Beobachtungen für den europäischen Raum. Hier kann man sich auch die Daten der einzelnen Stationen anschauen. (Registrierung nötig.)

PC-Software zur Vorhersage

Thierry Lombry (ON4SKY): Review of HF propagation analysis & prediction programs. URL: http://www.astrosurf.com/luxorion/qsl-review-propagation-software.htm Betrachtung von z.Z. 54 Anwendungen zur Ausbreitungsvorhersage!

Uwe Runte (DJ4FQ): Funkwetterprognose. Das Programm (ver. 3.3.3) konnte man im Mitgliederbereich des DARC herunterladen.
Derzeitige (08/2010) alternative Quelle http://www.qslonline.de/hk/download/progno.zip.

Jari Perkiömäki (OH6BG/OG6G):VOACAP Quick Guide. URL: http://www.voacap.com/index.htm

PropView. URL: http://www.dxlabsuite.com/propview/ Bestandteil von DXLab, benutzt auch die VOACAP-Engine.

Alex Shovkoplyas (VE3NEA): HAM Cap 1.7. HF propagation prediction tool for Amateur Radio. URL: http://www.dxatlas.com/hamcap/ Freeware, Interface zum Programm VOACAP. Erlaubt Punkt-zu-Punkt als auch Gebiets-Vorhersagen, in Logger32 integriert. (User Guide unter http://www.voacap.com/hamcap-guide.html, http://www.benlo.com/dxmon/hamcap.html )

(c) L. Höll DK3WI letzte Änderung 27.08.2010