鹿児島で受信した低緯度帯を東西伝搬するオメガ電
波の位相異常(SPA)
著者
田口 一夫, 西 隆昭
雑誌名
鹿児島大学水産学部紀要=Memoirs of Faculty of
Fisheries Kagoshima University
巻
39
ページ
31-48
別言語のタイトル
SPA in the OMEGA VLF Wave Propagation on
East-West over the Low Latitudes as Received
at Kagoshima, Japan
Mem・Fac・Fish・KagoshimaUniv., VOL39,pp、31∼48(1990)
鹿児島で受信した低緯度帯を東西伝搬する
オメガ電波の位相異常(SPA)
田 口 一 夫 , 西 隆 昭SPAintheOMEGAVLFWavePropagationon
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Kaywords:OMEGAnavigation,VLFwave,East-Westpropagation,SPA, propagationdisturbance Abstract OMEGAnavigationsystemusesVLFradiowavewhichshowstheremarkablestability andlongdistantcoverageinitspropagationalcharacteristics・Thestabilityofradiowave, however,issometimesdisturbedwithstrongsolarflareproducedfromsunspot・Thisdis -turbancemakesthephaseofVLFwaverapidphasechange(SPA)thatintroducethe errorinfixing・Thephenomenahasbeenstudyingbymanyresearchers,butthesestudies hasfocusedonthehigherfrequenciesinVLFbandthatmeansdonotmadeinOMEGA range・ ThispaperrevealsthatthepropagationcharacteristicsofSPAinOMEGAfrequency, especiallytoanalysistherelationshipbetweenthemagnitudeofSPAandsolarzenith angle,solarXrayflarefluxintensityonVLFpropagation・Themeasurementsweremade bothphaseandfieldstrengthofOMEGAHawaiiandReunion,10.2kHzand13.6kHz,dur-ingl976tol981,atKagoshima,Japan・ Themajorconclusioncanbedescribedasfollows: 1)OccurrencefrequencyofSPAisproportionaltothesunspotnumber, 2)MagnitudeofSPAdependsonthedistanceofpropagationpath,X-rayradiationbelow 8A,andsolarzenithangle, 3)SPAinOMEGAwaveisnotrelatestothedirectionofpropagationpath. *1本研究は西隆昭の修士論文(鹿児島大学大学院水産学研究科1981年修了)を基に展開したものである。*
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KagoshimaUniversity,50-20Shimoarata4,Kagoshima,890Japan)*
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32 1 は じ め に 地球・電離層間を導波管伝搬するオメガ電波の航法への応用は,高い安定性を示す電離層 D領域の反射高さに依存している。しかし電離層生成の主因は太陽照射にあるから,電離層
は照射の変化に敏感に対応するので,各種の擾乱が発生することはよく知られている')2)。
したがって,伝搬路の全部あるいは一部が日照半球にあるときに擾乱が生ずるならば,反射 高さも変化し,続いて測定位相も変化するから,船位に誤差が生じる。 すなわち,太陽黒点によるSIDに伴い,太陽フレアが発生し,放出されたX線により異 常電離が生じる。ついで,急激に位相が変化した後,徐々に回復してゆくが(Fig.1),これを急始位相異常(SPA)とよぶ,Swanson,3),大塩光夫4)。位相の変化および規模も大き
いと,船位誤差への影響も著しい。SPAの宇宙空間物理学的研究は数編発表きれているがl)2)5),それらは全体として,高いVLF領域を対象としているので,オメガ航法に直接に
応用するのは少々問題がある。 固 ; 田 回 圃 、 IOO ceI 5. rl L』 ︻︼ 0 鹿児島大学水産学部紀要第39巻(1990) 2 50 引・A ◎ ◎ Fig.1.ExampleofSPAontherecordofOMEGAsignal,phaseandamplitude,10.2kHz,OMEGA Reunion,Kagoshima16 33 20 さらに,太陽フレアにより放出されたX線の中でも,軟X線による電離効果は,1-8A領
域が著しいとぎれるが5),人工衛星による軟X線の測定領域は20Aまで拡張きれたので,
それらの電離効果についても,確かめる必要がある。 従来,オメガ電波の伝搬特性(減衰率)の方位依存性は,東方向または西方向では著しく 異なり,このため多くの問題が生起している。ことにモード干渉によるサイクル・ジャンプ は,鹿児島で受信したオメガ信号中,ハワイ局電波に頻発するので,特性が明かにされ,解 04 10 ︵︹①U︸濁阿[①勺①的、皇旦 5 0 O O 3 ︵[①U︶湯阿︻①勺①吻伺星旦 ( a ) 0 0 08 24UT 田口,西:鹿児島で受信した低緯度帯を東西伝搬するオメガ電波の位相異常(SPA) 24UT 50 (b) ユ2 Fig.2.Diurnalphasechange,monthlymeanduringl980,Kagoshima. (a):OMEGAHawaii,(b):OMEGAReunion 12 16 20 00 04 08Table1.OMEGAstationsandpropagationparameters 34 鹿児島大学水産学部紀要第39巻(1990)
析が行なわれた6)。
しかしながら,SPAはジャンプに比較すれば,継続時間が一般に短かいとはいえ,突発 するために予知が不能であり,大きい誤差に発達する。しかも,発生の事実を実時間で知る ことは困難であるから,船位決定上は甚だ厄介である。さらにオメガ船位の決定では,位置 の線を全方位にわたって使用するので,測定送信局の方位の影響を確かめる必要がある。こ とに地磁気との効果は無視できないと考える。SPAの影響を知るためには,伝搬路の方位, ことに上述の東西方向にある,送信局について考慮が必要である。 SPAの大ききを正確に知るには,通常の位相日変曲線の安定性を確かめねばならない。 Fig.2は1980年に鹿児島でP−jo受信した,ハワイ(C)局とレユニオン(E)局の例で, 1980年の奇数月の2月おきの位相日変化曲線である。それぞれの局の30分おきの位相をプ ロットしているが,概観して完全な日照時間帯すなわち伝搬路がすべて昼間では,極めて安 定していることが分かる。 2 測 定 装 置 と 資 料 処 理 本研究室では,Fig.3の測定装置により常時オメガ局の信号,すなわち10.2kHz,13.6kHz および11.3kHzの位相と電界強度を測定している。アンテナには4mのホイップ・アンテ 7909.7 (4269.8) 15128.8 (8168.9) 7090.8 (3828.7) 10049.9 (5426.5) 9905.8 (5348.7) an上enna c◎uP1er Fig.3.Blockdiagramofthereceivingequipment 6 3 1 2 0 1 、lllllLrlllllノ Norway(A)66.25'15"N13.09'10"E Liberia(B)6。18'19"N10.39'44"W Hawaii(C)21.24'17"N157.49'53"W NorthDakota(D)46.21'52"N98.20'06"W Reunion(E)20.58'27"S55.17'24"E position frequency (kHz) distto km (nm.) station (code) lat long州洲側側洲ぴぴぴ
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ナを用い,ルビジューム(Rb)発振器を時間標準とし,p−p測定のオメガ受信機出力を打 点記録した。多打点記録器は,毎時25mmの巻き取り速度で記録している。鹿児島から各送信 局までの距離などの諸元を,Tablelに示した。 受信機を収納したラック全体は,第1種接地を行なっているので,受信環境による雑音誘 導は無視できる。なお,Rb発振器のエージングによる位相日変化の修正は,毎世界時00時を基準として行なった。さらにエージング・レートは1×10−11より安定しているので,本
解析には何ら問題ない。 主たる考察を行なう,C,E局の伝搬路はいずれも海面と見なせる。それらの地磁気水平分 力との交角は,ハワイ局はほぼ平行,すなわち零であり,レユニオン局とは約50度である (Fig.4)。o60oE120.E180。120.N60.1AI
田口,西:鹿児島で受信した低緯度帯を東西伝搬するオメガ電波の位相異常(SPA) オメガ電波の伝搬方向による減衰率は,10kHzにおいて,東向きでは4.2dB/Mm,西向きでは1.96dB/Mmと大きく異なり7)8),さらに伝搬モードによっても異なることから8),こ
れらは位相不安定の一因となる。しかし,SPAは日照半球下の比較的短時間の現象である から,モード干渉による不安定位相があったとしても,短時間の作用では,影響は僅かであ る。またSPAによる位相と電界強度の不安定記録は,資料整理時には除去される。 オメガ電波が導波管伝搬するときには,電離層反射高言の日変化により,位相速度も変化 する。これにより,位相日変化曲線は台状変化するが(Fig.2),反射高さも季節変化する から,SPAの大きさとの関連を無視できない。同一SPAの大きさについて,伝搬路の向 きが反対である,C,E局のそれらを比較する場合に,季節変化についての特別な考慮は必 要ない。 60OS 600 。 6 0 . E 1 2 0 . E 1 8 0 。 1 2 0 . H 6 0 . W
Fig.4.PropagationpathsofOMEGAsignalstoKagoshima,Japan36 鹿児島大学水産学部紀要第39巻(1990) 3 解 析 の 手 順 太陽爆発によるSIDを引き金とし,電離層の異常電離による電子密度の急増が,導波管 の上面,すなわちD領域の反射高さを急激に低下させることがSPAの主原因である。そこ で,次の手順によりSPAの特性を見出す。 1)SPAの発生数と太陽サイクル(黒点数)との相関関係 2)電子密度とSPAの位相進み(△向の大きき 3)SPAの変化量を決めるパラメータとして次の事項を考察する (1)季節 (2)時刻一天頂角(X) (3)軟X線①波長 ②強度 (4)伝搬距離 (5)伝搬方位 (6)磁気緯度 SPAの大きさ△#に寄与するパラメータの考察 位相日変化#を決めるパラメータは上述のようであるが,SPAの継続時間は10∼180分で
あり3)4)9),長くてもほとんどが80分以内と見なせる。この場合には,位相日変化のパラメー
タのうち,太陽天頂角X,伝搬距離。,太陽の軟x線放射強度Fを考慮すればよい。 (1)太陽天頂角 ここで,天頂角Xの電離層への影響を考察する。電離層が均質平面で,理想的状態にあるとき,電子生成率はChapmanの電離層生成理論より次式で表わせる'0)。
q=qo・COSX………・………・…・…(1) q:任意のXに対する電子生成率 qo:x=00の時の電子生成率 SPA現象は短時間のため,電子密度の増加だけを考えればよい。もし,SPAの継続時間 が長くなれば,電子の再結合を考慮すべきであるが,本論に挙げたSPAはすべて80分以内 であるから上式によった。 両送信局からの伝搬路はかなり長いので,SPA発生時刻における天頂角Xの変化範囲も 広くなる。天頂角Xの電離効果は著しいので,Xの設定に当たっては充分に考慮せねばなら ない。そのために,天頂角の設定は,研究者により種々の方法を用いるが,考え方の基本は,伝搬路の各点における天頂角を求め,その平均によることが多い5)◎本論文では,伝搬路の
中点の値で代表きせる簡便法によった。それは,伝搬路が南北半球に跨り,しかも伝搬路に おける両半球の占める割合はほぼ等しい。地磁気垂直成分は相殺されると見なし,簡便法に よっても支障ないと考えた。 電子生成率は電子密度を制御するので,オメガ電波の反射高ざもまた,これによって決ま る。それはSPA大きさ△‘を決めることにもなるので,式(1)の電子生成率qにおける天頂 角Xの効果は次式で与えられる。50 37 50 △‘=△‘0.cosX…・…・…・…・……・………・………・……・……..…・・・・……..(2) △‘:任意のXに対する位相進みの大きさ △‘0:x=00の時の位相進みの大きさ 式(2)より位相進みの大きさ△‘は,cosXに比例することを示す。 (2)伝搬距離 導波管伝搬するオメガ電波の位相日変化は,球面導波管理論より導かれた次式で表わせる 11) ○
に半(会+蒜)¥
〔rad〕……..……・………・………(3) #:位相日変化の大きさ 。 : 伝 搬 距 離 入:波長 A:実効反射高さ α:地球の半径 ここで,太陽フレアによる反射高さの低下は,必然的にSPAの大きさ△妙を決めるから, 式(3)は△のの算出に使用できる。△‘を決める要素として伝搬距離dは大きい比重を持つ。 4 測 定 結 果 と 考 察 測定は1977-1981年の期間に,オメガ送信局のA,B,C,DおよびE局の10.2kHzと13.6 kHzについて行なった。本論では,測点鹿児島に対して互いに反対方向にある,東方のハワ イ(C)局と,西方のレユニオン(E局)を主として考察し,他の局の値は参照にとどめた。 4 . 1 太 陽 黒 点 数 と S P A 発 生 数000432
餌山、哨○詞U回、ロワ⑩卿山00004321
Reunio H0QEpp型O口晩ロゴ町①湯吋u何㎡①脚 属山、卿0滴UpUコワUH哨 200i
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RPハ IIaW詞刑に】 sunspot 田口,西:鹿児島で受信した低緯度帯を東西伝搬するオメガ電波の位相異常(SPA) 10 150 HUQEp属u○口吻ロ口吻①P制型、﹃U別I
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凶 Fig.5.FrequencyofSPAonOMEGAHawaii(a)andNorway(b),1977-1981,10.2kHz 100 1 9 7 7 1 9 7 8 1 9 7 9 1 9 8 0 1 9 0 1 50 一J (al 【bl 、 1977’1970119790ユ98011981’O O 5 今ぐ﹄餌四m隅0m何日 38 毎 蓉 ● × × ● × ×× ×
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× SPAは太陽フレアによりVLF電波の位相が急激に進む現象であるから,太陽活動と SPA発生数とは比例関係にある。太陽活動の指標としての太陽黒点は,太陽フレアを伴うから,SolarGeophysicalData(S、G、,.)記載の黒点数'2)と鹿児島で測定したハワイ局とノル
エー(A)局信号に見られた,SPAの数を1977-1981年の5年間にわたりプロットしたのが,
Fig.5である。ここでのSPAとは,その時の日変化曲線との偏位が5cel以上のものをい う(Fig.1)。両局信号ともに,黒点数とSPA数は比例している。 C局とE局の10.2kHz信号に表われた,SPA発生数と太陽黒点数の相関係数は,それぞ れC局は0.91,E局は0.73であった。両局の値に違いのある理由は,今後の解析で明らかに なるが,E局の伝搬路が9.9Mmと非常に長く,多くのパラメータが関与するためである。 4.2周波数とSPAの大きさ△‘ 周波数の違いがSPAの大きさ△‘に及ぼす影響は,電離層の振る舞いを知る指標にもな るし,航法上の最適周波数の選択の観点でも興味がある。ハワイ局とレユニオン局信号の 10.2kHzと13.6kHzについて,1980年1月に生起したSPA事象を,太陽天頂角Xと対比 させた(Fig.6,7)。この図から,送信局による違いは認められないが,SPAの大きき△‘ は一般に13.6kHzの方が10.2kHzより小さい傾向を示す。 鹿児島大学水産学部紀要第39巻(1990) そこで両図に示した△‘10.2と△‘13.6を最小自乗法で近似すると両図の(b)になる。その 勾配は1.30(C局)と1.31(E局)であるが,これらは両周波数の波長の比(入10.2/入13.6) であり,△紗に及ぼす周波数の影響は無関係であることが分かった'3)。 4.3送信局の違いとSPAの大きさ△‘ ハワイ局とレユニオン局の10.2kHzと13.6kHzの信号に生じたSPAの大きさ△‘の違い をFig.6,7により考察した。両図ではE局の△‘の方が大きい傾向にある。しかし,その 理由は太陽天頂角Xと△妙のプロットからは説明できなかった。 もっとも△‘は,既に考察したように太陽天頂角,伝搬距離,太陽フレアの強度により変 ︵︻①○︶ N国呂NOC﹃/、.
/■ O O 5 1 ︵︻①U︶今ぐ﹄嵐山、隅Oひ口E a l 10.2kHz ,/ ● (b) Fig.6b Fig.6a・MagnitudeofSPAonOMEGAHawa− ii(C)△‘,vs、solarzenithangleX, Janl980 O 5 0 sola工zenithan91e,Xo 90 50 (cel) mago量SPA,△ゥ13.6kHz △内o、2to△内3.6takenfromFig・a 05 ︵昌誕へ﹃⑩U︶石つぐ 39 5 −E室へ︻①。︶ぷぐ 田口,西:鹿児島で受信した低緯度帯を東西伝搬するオメガ電波の位相異常(SPA) (b)O Fig.8.
言①U︶00
5 N国望NOoHeぐ堂函四m隅Oひ阿冒 ● ]L0.2kHz ′/ ●×● × × ● ● × ×勺−13.6kHzOO
5 ︵︻①○︶つぐ﹄函四m昭○ひ旬E ● × ● 渉 ●× ●× ●× 5 0 9 0 sola工zenithangle,XO MagnitudeofSPAonOMEGAReunion(E) △‘,solarzenithangleX,Janl980 0 90 (cel) 50 magofSPAAウユ3.6kHz △肉0.2to△‘13.6takenfromFig・a 0 (b) (a) Fig.7b Fig.7a ユ0 (a) 10 ● 10.2kIIz ● 。 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● .● 。 ● ● ● ・ ・ 。 .● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ・ ・ ・ ・ ・ ● ・ ・ ● .● ● ● ● ● ・ ・ ・ ・ .● ● 。 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 。 ● 。 ● ●● ● ● 。 ・ ・ ● ● ● ・ ・ 。 . . . .● ● ● 。f ・ ● ● ● ・ ・ . . . 。 . .● $・ ・・:・・・・・・・j$.●・・・●・・$ 凸 。 .●旬ユ勺今回
︵Eエヘ﹃⑩。︶ 2 0 4 0 6 0 8 0 So1arzenithan91e,XU MagnitudeofSPAperMm,△‘dvs・ solarzenithX,OMEGAReunion(E), 10.2kHz,1980 (a) 0 0 2 0 4 0 6 0 s◎laZzenithan91e,Xo 0 80 2 0 4 0 6 0 B◎larzenithangle,Xo 0 80 2 0 4 0 6 0 8 0 s◎larzenjLthangle,Xo MagnitudeofSPAperMm,△‘d,vs solarzenithangleX,OMEGAHawaii (C),10.2kHz,1980 0 0 (b) Fig.9. 0 5 10 5 巳函へ︻①U 勺・ぐ▲ 40 ▲▲ 化するので,式(3)に示す伝搬距離の違いを考察すべきである。そこで両局の信号に表われ たSPAの大きさ△‘を,単位伝搬距離(Mm)で除して△‘。とし,太陽天頂角Xと対比さ せた。一例として,1980年に測定した両局の両周波数ごとの例をFig.8,9に示す。この結果, ここでの分布パターンは,周波数ごとにかなり近似していることが分かった。 4.4SPAの大きさ△‘と太陽天頂角X 太陽天頂角Xの大小が,距離効果を考えた△‘dに与える影響を見るのに,Xの大きいノ ルウエー局とXの小さいレユニオン局のそれぞれの△向プロットした(Fig.10)。 10 ▲ 0 2 0 4 0 6 0 8 0 9 0 solarzenithangle,Xo Fig、10.MagnitudeofSPAPerdistance(Mm)vs、tosolarzenithangleX,10.2kHz ノルウェー局の伝搬路は,ほとんどが導電率の低い大地で,しかも磁気的にもかなり高緯 度帯のために,オーロラ帯の占有比率も大きいから,通常の位相日変化を論ずる場合には, 種々のパラメータの考慮が必要である。しかし,短時間の現象であるSPAでは,太陽天頂 角xのみを考えればよい。Fi9.,0ではレユニオン局のようにxが小きいと,△妙。が大きく なる。この影響をより明確にするために,次の考察に入る。 4.5SPA規格化係数 鹿児島で受信している5オメガ送信局からの信号に,同時刻に生起したSPAの大きさ △‘。と,太陽天頂角Xをプロットして(Fig.11),両者の関係を決める一般式を求めた。も ちろん,太陽位置により,SPAが生起しえない局信号も多いが,SPA規格化の精度を上げ るためにこれらの事象は省いた。 ,0.2kHz-,981年中に,5信号のすべてに見られたSPAは20事象であり,式の係数は 付録Table,にあげた。この中より3例をFig・’'に示すが,図中の黒点が測定値である。 xが90。以上の値は省いた。最小自乗法により求めた曲線は,Xに対する△ゆdの変化を表わ
す'3)。それぞれは,
▲86420
己令ぐ ︷冒璽へ︻①○︶ 鹿児島大学水産学部紀要第39巻(1990) ▲ Reunion(E) ▲ ▲ ▲ ● Norway(且)● ●。●●.8
● ▲ ▲ ▲05
1 −日エヘ﹃●U︾勺◇勺 41 田口,西:鹿児島で受信した低緯度帯を東西伝搬するオメガ電波の位相異常(SPA)OS0
11
一日巽へ﹃①U︸勺つぐI a となる。3例共にXと△蝿は逆比例している。 しかしながら,事象別にSPAの大きさ△ゅdを比べると,太陽天頂角Xoにおける値は,(a) 4.4(cel/Mm),(b)8.1(cel/Mm),(c)3.2(cel/Mm)のように異なっている。 その原因として,軟X線放射強度Fを考慮する必要がある。上記3例の強度Fは,(a)1.8×10−5(W/m2),(b)3.1×10-5(W/m2),(c)3.8×10−5(W/m2)と,かなりの違い
がある。したがって,考察すべき△ゆdの違いは,軟X線放射強度の差に起因するといえる。 ここでの20事象すべてについて△ゅdを求め,太陽軟X線放射強度Fとの相関を調べた結果 を挙げた(付録Table2)。相関係数は0.77となり両者には相関のあることが明らかにでき た。 太陽フレアの強弱,すなわち軟X線放射線強度Fの異なった,任意のSPAを比較するた めには,△‘dを太陽天頂角Xによる,規格化係数jo(X)を用いることで,SPAの大きさ △ゅdの推定を,かなり正確にできると考えた。Fig.13では,同一SPAに対する天頂角X Sep30420UT △0.画0.52xlOー7X恥−0.68xlO−3X2+4.4 F=1.8xlo−5(wノm2》− o 一 言 一 一 −
0 2 0 4 0 6 0 8 0050
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︵日工へ︻●U︾勺◇ぐ㈹ − 0 2 0 4 0 6 0 8 0△妙。=0.33×10-7X4-0.53×10-3X2+3.2.………・…………(c)
“d卸0.33xlO−7xh−0.53xlo−3x2+3.2 F=3.1xlo−5(Wm21 Sep230445Ur △向=0.52×10-7X4-0.68×10-3X2+4.4.…・………・………・…….(a) (c)oo z O 4 0 6 0 8 0 so1azzenithang1e『xo Fig.,,、SPAsOnfiveoMEGAsigma,s(A,B,C,D,E),△。dtoso'arzenithang'eX’’0.2kHz''980 Rintensityofsolarflareflux ② −△ゅ。=0.12×10-6X4-0.15×10-2X2+8.1.….……….………・…….(b)
20 42 鹿児島大学水産学部紀要第39巻(1990) c リ マ 0 2 0 4 0 6 0 8 0 s◎larzenithangle,XO Fig、13.SPAsonfiveOMEGAsignals(A,B, C,D,E),△‘dtosolarzenithangle X,13.6kHz,1980
0500
● ● ●101
︵×︶。・・叫幽UOU1 a050
1 ︷巨望へ︻①U︶己。﹃a l l050
1 ︵日工、﹃⑩U︶勺◇口b l “。=0.44xlO−7XIU−0・l1xlO−3X2+7.6 F垣3xlo−5(Wm2) ー Sep3042OUT ● ∼ ● Janl30330UT ● ● 80 0 20 do 60 0 40 60 80 0 の変化に対応きせた測定値を求め,これらに適した実験式を示した。この場合,x=00を 基準にして,SPA発生時のXにおける予測SPAを得るための係数(規格化係数IC(X)とよぶ)を示す。測得した20事象のそれぞれの係数をまとめたのがFig.14である。
13.6kHz一一−ここでは10.2kHzに用いたのと同様な処理を行なった。5局信号のすべて にSPAが発生した例は34事象である。その中の3例をFig.13に示す。すなわち,太陽天 頂角XとSPAの大きさ△‘dは逆比例関係であって,強度FによりSPAの大きさ△のに差 が生じる。34事象のまとめが付録Table2であり,相関係数γ=0.79は10.2kHzの場合とほぼ一致した。13.6kHzにおける,X=00とした時のまとめの規格化係数P(X)はFig.
14である。上記の4枚の図のまとめとして,規格化の基準をlo(00)=1とおいて,両周波数の係数
の曲線はXが20度を越えるあたりより次第に外れるので,周波数効果も考慮すべきことを示 唆している。 以上の結果より,SPAの大きさ△ddは次式で表すことができる。 △‘d=△‘0./o(X) △‘。:任意のXにおけるSPAの大きさ △‘0:X=00におけるSPAの大きさ IC(X):規格化係数 理想的電離層ではIC(X)=cosXであるが,cosXをプロットすると,00<X<60.では, 2 0 4 0 6 0 8 0 g 】 0 2 0 4 0 6 0 8 0 s◎larzenithangle,xo Fig、12.Normalizingcoefficientlo(X)pro‐ ducedfromAppendjx(Tablel)for 10.2kHzbasedonX=Oo臣︾nU仔四■句
● ● ● 、U ○基、U ︵×︾aQ0哨幽①oUⅡ″︵×︶aQ0幽凹①◎U ﹄U Sep8051OUT 4 0 6 0 8 0 0 20 (c)o (c)05
1 勺◇ぐ ︵日璽へ﹃①U︶5 ● 0 ×晩◎Uロロ印︵×︶Q 43 p(X) 田口,西:鹿児島で受信した低緯度帯を東西伝搬するオメガ電波の位相異常(SPA) p(X)とほぼ一致した値をとるが,60.以上では大きく逸れる。この原因として考えられる のは,電離層における電子の生成と再結合の効果であろう。また,太陽天頂角Xは地上にお ける太陽の出没を基準にしたものである。しかし,電離層高さの日照時間は地上より遥かに 長いから,太陽天頂角Xをもって,電離度を代表させるのは適当でない。 4.6太陽軟X線放射強度とSPA 既に述べたように,SPAは波長1-100Aの太陽軟X線により生起する。しかしながら,
そのSPAの大きさ△ゅdは軟X線の波長により相違することが報じられているので5),本資
料もそれによる効果を確かめる。 太陽の軟X線放射の波長分布とSPA 太陽軟X線放射強度FはNOAA発行のS、GD、によるが,人工衛星Solardllのセンサの 測定波長域は,0.5-3.0A,1−8A,2−10A,8−16A44-60Aである。 1978-1979年において測定したハワイ局信号のSPAの大きさ△ゅ。と太陽軟X線放射強度 Fの関係について考察した。△伽。を軟X線の波長別に描いたのがFig.18である。波長別 の0.5-3A,1−8A,2−10A,8−20A,44-60Aについて,1978-1979年に得たSPA と,そのときの太陽軟X線放射強度Fとの関係をまとめたのがTable2である。この結果 から,SPA発生に寄与するのはX線の波長8A以下の領域であることが分かった。ことに0.5-3Aでは,1−8Aの場合よりも太陽軟X線放射強度Fが2桁弱くても,△‘,oldは大
きい。 ● ● ○口︽︵叩︾ B■● ︵減︶Qq0哨哨①◎Ua 6In 0 5 Janl30330UT 0 2 0 4 0 6 0 8 0 ユ.0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 0OS0
● ●101
︵×︶Q角・哨哨①OUb l毒
i
溌
芝
=
' 0 2 0 4 0 6 0 8 0 solarzenithan91e『XO Fig、14.NormalizingcoefficientP(X)pro-ducedfromAppendix(Table2)for 13.6kHzbasedonX=00 ● ● 勺。︽︽叩︾■■■r ︵×︶。■0幽哨①OUC D■■も Feb270400Urいふ、
や、C
5 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 s◎larzen1than91e,xo Fig、15.Normalizingcoefficientイo(X)pro‐ ducedforfrequencylO、2kHz& 13.6kHzbasedonX=00 0 N o v l 2 O 5 0 0 U r1 44 1.9F(erg/cm2/sec) 1 10 10 △‘Rd:(magofSPA)/(dist(Mm))isnormalizedbycoefficient solarfluxismadebySMS−GOES γ:correlationcoefficient ロ 2−−10ハ ● ● 石口a・ぐa BJ ︵巨璽、︻⑩U︶ 5 ︵日露へ﹃①U︶⑤。。◇ぐ ● ● ● ● ● ● ●● ● (c)92 −1 0 logF(erg/Cm2/sec) 5 ●
01284
4 − 1 0 1.9F(ergノcm2/sec) 109F(erg/Cm2/SeC)」Logrle工gノCm−ノseCj RelationshipbetweenthemagnitudeofSPA△‘dandthewavelengthofsolarX-ray,OMEGA Hawaii,10.2kHz,1978-1979 鹿児島大学水産学部紀要第39巻(1990) 0.87 0.80 0.18 0.83 0.51 勺bq・q BJ −E璽へ︻①U︶⑯ 5 頁墨へ︻⑳U︶勺・a言 (d)9−2 5.3 5.0 1.6 10.2 5.5 Fig.16 Table2.RelationshipbetweenthemagnitudeofSPA,andthe intensityofsolarflarefluxF・OMEGAHawaii, 10.2kHz,1978−1979 △#2.=αlogF+b 20.8 12.2 7.6 13.3 3.7 b correlation coefficient wavelength(A)a38000
126 −一一一一● ● ● ● ● ゆ ● ● ● 少88 ●
胃
8
:
.
:
1
A
。
。
8。、・・・ ●● ● ● ● 45 0 4.7伝搬方位とSPA 先に伝搬方位のSPAへの寄与を確かめたが,明らかな関係を見出せなかった。ここでは,規格化したSPAの大きき△‘と太陽軟X線放射強度Fとをもって,ハワイ局とレユニオン
局の信号について再度検討する。太陽軟X線放射強度F*は人工衛星SMS−GOESの電離
箱で測定した波長1−8A領域のものである。これら△伽。とFをFig.17,18に示し,
1977-1980年の全ての事象の回帰曲線をTable3にまとめた。C局とE局の区別なく,現象
はかなり酷似していて,相関係数は相当に高く,10.2kHzと13.6kHzの周波数差を示す勾
配は,先の考察のようである。この結果,主題の伝搬方位のSPAへの影響はないといえよ
℃ フ◎ ︵E工、︻①U︶己らa◇ぐ 10 Fig.18 l︵冨璽︾﹃①U︶で。q令ゴー﹃■e (a 1.9F(Wm2) 1o9F(W/m2) a *太陽軟X線放射強度Fの単位が,SOLORDとGOESで異なっているが,波長に力点を置いたので, 統一しなかった。 ● 13.6kHz IIawaii(C) ●●● ●● ● ● 田口,西:鹿児島で受信した低緯度帯を東西伝搬するオメガ電波の位相異常(SPA) Relationshipbetweenthenormalized magnitudeofSPAperMm△dRdfor Reuionandtheintensityofsolar flareE1-8A,1980 ︵巳璽へ︻⑩U︶勺・a。﹃ 1Ⅷ鱗﹄.
5 ● b OL −6 =4 1.9F(Wm2) 1.9F(WLm2) Fig.17・Relationshipbetweenthenormalized magnitudeofSPAperMm△‘Rdfor Hawaiiandtheintensityofsolarflare E1-8A,1980222622262626 ●●●●●●●●●●●● 000300030303111111111111 46 566262954016 ●●●●●●●●●●●● 646443446564 Table3.MagnitudeofSPA,△曲dvs・theintensityofsolarX-rayflux △ん。=αlogF+6 001385815998 ●●●●●●C●●●●● 667458756735323221223232 619013787029988837887898 ●●●●●●●●●●●● 000000000000 frequency(kHz) transmitter b γ year CCCCEEEECCEE ”皿“皿函u函皿OOOO“皿“、OO ︲︲︲,、nnn︲,、n aaaa.、.、。m・maa.、。m 諏諏鋤諏印印印印諏獅印印 HHHHRRRRHHRR 鹿児島大学水産学部紀要第39巻(1990) 4 ) △ん。:(magofSPA)/(dist(Mm))isnormalizedbycoefficientsolarfluxismadebySMS-GOES γ:correlationcoefficient 1977 1978 1979 1979 1977 1978 1979 1979 1980 1980 1980 1980 1 ) 2 ) 3 ) 参 考 文 献 謝 辞 本研究を行なうに当たり,種々ご教示を頂いた名古屋市立保育短期大学山下享子教授に感 謝する。 要 約 以上の結果,次のことをまとめた。 1SPA発生数は太陽活動に大きく影響きれ,正比例関係にある。 2SPAの大きさ△‘には,主として伝搬距離。,太陽天頂角Xおよび8A以下の軟X線 放射強度Fが寄与する。 3SPAの大ききに関与する太陽天頂角の影響を除く,規格化係数IC(X)の採用は,太 陽天頂角が60.以上では適切でない。これはモデル化した電子密度に用いるcosXを 適用できないことを意味する。またp(X)は周波数ごとに決めるべきである。 4オメガ周波数帯のSPAの大きざは伝搬方位とは無関係である。 大塩光夫(1969):電離層突然擾乱,電波研究所季報,15,333-339, E・RSwanson(1965):TheOmeganavigationsystem,Navigation(US),12,24-35. E・RSwanson(1973):AsynopticstudyofSuddenPhaseAnomalies(SPAS)effectiveVLF navigationandtimin9,Proc5thPTTIMeeting,NASA,(Washington,,.C、). 大塩光夫(1977):太陽X線フレアにより惹起された電離層D領域擾乱(1)および(Ⅱ),郵政省
5 ) 6 ) 7 ) 8 ) 9 ) 10) 11) 12) 13) 田口,西:鹿児島で受信した低緯度帯を東西伝搬するオメガ電波の位相異常(SPA) 47 電波研究所企画部研究論文,1−284. Y,Muraoka,H・MurataandT、Sato(1977):ThequantitativerelationshipbetweenVLFphasede-viationsandl-8AsolarX-rayfluxesduringsolarflares,J、AtmosphericandTerrestrialPhys‐ ics,39,787-792. K.Taguchi,M・SuenagaandM・Yamashita(1988):TransequatorialOMEGAwavereceptioninthe WesternPacificandAustralia,ProcofAnnualMeetingoflnt,lOMEGAAssoc、13,22,1−6. A.D・WattandRD・Croghan(1964):ComparisonofobservedVLFattenuationratesandexcita‐ tionfactorswiththeory,RadioSci.,68,,1−9. A.D、Watt(1967):“VLFRadioEngineering",pp333-339,(PergamonPress,NewYork). 田口一夫(1983):“オメガ航法の理論と実務',pp79-82,(成山堂書店,東京) S・Chapman(1931):Theabsorptionanddissociativeorionizingeffectofmonochromaticradiation inanatmosphereonarotatingearth,ProcPhysSoc,43,23-24. J、RWaitandK・P・Spies(1964):Characteristicsoftheearth-ionospherewaveguideforVLF radiowaves,NBSTechNote300,1−94. NOAA:SolarGeophysicalData,Promptreportl,1977-1981. 菊地崇,寺島良子,大谷晃(1980):オメガVLF電波の赤道斜め横断11000km伝搬特性,電波 研究所季報,26,835-853. 付 録 Table1.MagnitudeofSPAperdistance(Mm)vs・theintensityofsolarX-rayfluxF, 1-8A,1980,10.2kHz △#。=αX4×10-8+bX2×10-3+c F F date △#。(cel/Mm) (w/㎡) date △#。(cel/Mm) (w/㎡) (UT) a b C ×10−5 (UT) a b C ×10−5 JAN、13 0330 4.5 1.2 8.8 3.0 OCT、13 0415 24 0.4 4.1 1.8 JAN,27 2340 11.9 1.8 9.7 OCT、14 0615 2.9 10.3 10.3 30.0 JAN、28 0310 57 1.3 7.5 NOV、3 0210 4.8 7.0 7.0 2.0 FEB、27 0400 1.4 0.5 4.7 1.5 NOV、7 0210 4.7 13.3 13.3 25.0 JUN、29 0240 5.7 1.0 61 3.5 NOV、13 0110 0.0 4.8 4.8 5.5 SEP、3 0220 5.2 0.7 4.4 1.8 NOV、13 0320 2.3 4.7 4.7 0.6 SEP、4 0215 27.7 3.5 1.3 6.0 NOV、13 0520 2.8 4.6 4.6 0.4 SEP、8 0510 11.9 1.5 8.1 3.0 NOV、16 0545 4.9 7.1 7.1 3.0 SEP、23 0445 3.2 5.3 3.2 1.2 NOV、19 0450 4.5 9.0 9.0 7.5 OCT、11 0410 4.2 0.9 6.5 3.8 DEC、12 0510 36 7.7 7.7 4.5
48 鹿児島大学水産学部紀要第39巻(1990) Table2.MagnitudeofSPAperdistance(Mm)vs・theintensityofsolarX-rayfluxF, 1-8A,1980,13.6kHz,forStationA,B,C,D,andE △#d=αX4×10-8+bX×10-3+c date (UT) JAN、13 0330 JAN、27 0350 JAN,28 0310 FEB、27 0400 APR、3 0130 APR、5 0400 APR、6 0420 APR、7 0535 APR、8 0310 APR、13 0420 APR,26 0330 MAY、8 0100 MAY、11 0420 MAY、11 2345 MAY、18 0110 MAY、28 0220 MAY、28 2345 MAY、29 0530 △#。(cel/Mm) a 1.3 4.0 3.4 2.2 5.1 3.0 4.2 5.7 7.8 6.1 1.3 3.1 3.5 8.1 2.3 5.8 9.1 5.5 b -1.1 −0.9 −0.8 -0.6 -0.9 -0.5 -0.6 -0.7 -1.1 -0.7 -1.2 -0.4 -4.5 -1.0 -1.7 -0.7 -1.3 -0‘6 C 7.6 7.0 5.3 4.3 4.9 4.0 6.2 6.1 6.4 3.9 4.5 4.0 2.9 4.0 5.1 3.1Q 、 6.1 2.7 F (w/㎡) ×10−5 3.0 1.5 2.0 1.0 9.0 4.0 1.3 2.0 0.4 0.4 7.0 1.9 date (UT) △#d(cel/Mm) a b C F (W/㎡) ×10−5 JUN、7 0320 29 −2.5 7.1 5.0 JUN、21 0120 11 -1.6 7.7 2.8 JUN、23 0400 16 -1.3 3.5 2.1 SEP、3 0415 4.6 -0.7 3.7 1.8 SEP、4 0200 3.3 -0.8 5.0 6.0 SEP、8 0530 8.4 -1.2 6.3 3.0 OCT、11 0405 9.0 -0.9 5.3 3.8 OCT、13 0420 2.0 -0.4 3.2 1.8 OCT、14 0610 5.3 -0.9 7.7 30 NOV、3 0210 2.5 -0.6 4.8 2.0 NOV,4 0200 2.3 -0.6 5.3 2.5 NOV、6 0350 3.0 -1.0 1.2 90 NOV、7 0210 11 -2.3 1.4 25 NOV,12 0500 4.8 -1.0 8.7 20 NOV、19 0450 6.9 -1.5 9.5 7.5 OCT、12 0510. 2.6 -0.7 6.3 4.5