GBZ – VLF – Hauteur de la couche D et géométrie du lever ionosphérique

Mesure réalisée en VLF du 29 avril au 1er mai: Identification de l’effet d’absorption maximum lorsque l’angle zénithal du soleil est de 94,5°

Il s’agit de la réception effectuée à Domont (95) en VLF (19.580 KHz) de la station GBZ située à Anthorn (UK). Le tracé Le tracé nous renseigne sur les SID (sudden ionospheric isturbance ou perturbation ionosphérique à début brusque).
Le graphique représente la variation du niveau RMS du signal (valeur efficace) sur une durée de 24h. Sur ce tracé nous observons chaque jour le lever ionosphérique (ici 3h53 UTC) ainsi que le couché (ici 20h16). Le lieu où la réflexion (nous parlons plutôt de réfraction en fonction des propriétés de la couche D qui réfracte l’onde reçue vers le sol en la pliant) s’effectue à la verticale est appelé point subréflectif et interviens au moment où le SZA (Solar Zenith Angle) est d’environ 97,8° il est situé au milieu du trajet (distance entre émetteur et récepteur 822Km). Le tracé nous renseigne ici sur l’heure exacte des phénomènes et une vérification au point géographique est réalisée grâce au calcul de l’angle solaire au zénith à l’aide du calculateur disponible sur le site internet de NOAA. La valeur angulaire de 97.8° correspond au lever du soleil au point bas de la région D quand celle-ci est totalement éclairée et donc ionisée.  La valeur de SZA du nous permet ensuite de calculer la hauteur h (en Km) de la couche D (La région D, comprise entre 50 et 90 km d’altitude) qui réfléchit l’onde reçue ici à Domont. Sachant qu’il est ici question d’une absorption soudaine en raison de l’illumination de la couche par le soleil par le coté (éclairement tangent à la troposphère puis en l’espace de 3 minutes environ éclairement de la totalité de la région D). Quelques points sont marqués avec le calcul de h qui est réalisé pour ces points. Le point zénithal à mi-parcours est également calculé en km, il s’agit de la hauteur de la couche écran ou l’absorption sera maximale dans la région D. Les calculs peut être réalisé d’après les formules issues de « Basse ionosphère, région D, les fondamentaux » de J.J. Delcourt ou à l’aide d’une calculette Excel telle que celle réalisée par J-M Polard (F5VLB).

Pour effectuer ces mesures il faut :
1- Enregistrer le signal VLF provenant d’une station connue grâce à une antenne (antenne active pour ceux qui sont en ville et qui n’ont pas des km de jardin)
2- Un logiciel pour traiter le signal reçu (J’ai développé mon propre logiciel automatique sous LabVIEW sous Windows). SpectrumLab est également un logiciel gratuit qui permet de faire ce types d’enregistrements.
3- Il faut ensuite réaliser un graph avec SpectrumLab ou traiter les données exportées dans Excel
4- Avec les coordonnées géographiques précises de l’émetteur et celles du récepteur il est possible de calculer les coordonnées du  point milieu (Midpoint), il s’agit du point à mi-chemin le long d’un grand cercle qui relie les deux points (utilisation d’un calculateur sur internet ou d’un script C++ sinon les formules existent)
5 –Pour chaque point relevé sur la courbe il est ensuite possible, avec la date et l’heure précise, d’obtenir la valeur de l’angle SZA correspondant au Midpoint (serveur NOAA, National Oceanic and Atmospheric Administration)
6 – Avec la valeur SZA obtenue il faut ensuite appliquer des formules de géométrie (Cosinus, sinus etc…) ou une formule toute faite voir encore mieux une calculette Excel afin d’obtenir la valeur de h et de Z (en Km) pour le phénomène observé.

Franck D

Littérature sur le sujet:

  • Basse ionosphère, région D – « Les fondamentaux » de JJ Delcourt  http://couched.be/
  • A la découverte des fréquences basses – Jean-Louis Rault – Radio-REF 751 Janvier 2003, Radio-REF 753 753
  • Development of the new ELF/VLF receiver for detecting the sudden ionospheric disturbances (Le MINH TAN, Keyvan GHANBARI)
  • Calcul de la variation de densité électronique dans la basse ionosphère au cours d’une éruption solaire par Jean-Marc de COMARMOND; Lab Physique – Observatoire de Tananarive)
  • Attenuation Coeficients for propagation at very low fréquencies (VLF) during a Sudden Ionospheric Disturbance (SID), E.T. Pierce, Contribution from Stanford Instituts, Menlo Park, Calif.
  • A study of VLF signals variations associated with the changes of ionization level in the D-region in consequence of solar conditions
  • Variations régulières de phase des émissions de GBR (16,0 kHz) et GBZ (19,6 kHz) reçues à Tananarive. Jean-Marc de COMARMOND et Louis de Laitre (Laboratoire de physique – Observatoire de Tananarive)
  • Calcul de la variation de densité électronique dans la basse ionosphère au cours d’une éruption solaire par Jean-Marc de Comarmond, (Laboratoire de physique – Observatoire de Tananarive)
  • Attenuation Coefficients for Propagation at Very Low Frequencies (VLF) During a Sudden Ionospheric Disturbance (SID). JOURNAL OF RESEARCH of the National Bureau of Standards-D. Radio Propagation. Vol. 65D, No.6, November- December 1961 – E. T. Pierce Contribution from Stanford Research Institut. Menlo Park, Calif. (Received May 11, 1961)
  • UNCLASSIFIED – WAVE PROPAGATION IN ANISOTROPIC LAYERED MEDIA. WILLIAM R. SCOTT, AIRCRAFT AND CREW SYSTEMS TECHNOLOGY1 DIRECTORATE NAVAL AIR DEVELOPMENT CENTER WARMINSTER, PENNSYLVANIA 18974, 17 June 1980
  • VLF Waveguide Propagation: The Basics. Kenneth J.W. Lynn. Ionospheric Systems Research, 16 Heritage Dr., Noosaville 4566, Australia
  • UNCLASSIFIED – VERY JOW FREQUENCY PROPAGATION IN THE EARTH’S CRUST BELOW THE OCEAN, THESIS Presented to the Faculty of the School of Engineering of the Air Force Institute of Technology Air University in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science
  • Technical Note, TRANSMISSION LOSS IN RADIO PROPAGATION – BY KENNETH A. NORTON, U. S. DEPARTMENT OF COMMERCE NATIONAL BUREAU OF STANDARDS
  • UNCLASSIFIED – Technical Document 431, TRANSEQUATORIAL PROPAGATION OF VERY LOW FREQUENCY RADIOWAVES. NAVAL OCEAN SYSTEMS CENTER SAN DIEGO, CALIFORNIA 92152
  • UNCLASSIFIED – THE ROLE OF ENERGETIC PARTICLE PRECIPITATION IN EXTREMELY LOW FREQUENCY (ELF) PROPOGATION ANOMALIES – PALO ALTO RESEARCH LABORATORY – LOCKHEED MISSILES & SPACE COMPANY. INC * A SUBSIDIARY OF LOCKHEED AIRCRAFT CORPORATION PALO ALTO. CALIFORNIA
  • Sub-ionospheric VLF signal anomaly due to geomagnetic storms: a statistical study – K. Tatsuta1, Y. Hobara1,2, S. Pal1,3, and M. Balikhin4 – Ann. Geophys., 33, 1457–1467, 2015 – www.ann-geophys.net/33/1457/2015/ – doi:10.5194/angeo-33-1457-2015
  • The Little Pistol’s Guide to HF Propagation, by Robert R. Brown. Published by WORLDRADIO BOOKS P.O. Box 189490 Sacramento, CA 95818
  • Long-Path Propagation – A Study of Long-Path Propagation in solar cycle 22 by Robert R. Brown, March 1992
  • Low latitude VLF radio signal disturbances due to the Extremely Severe Cyclone Fani of May, 2019 and associated mesospheric response. Sujay Pal, Shubham Sarkar, Subrata K. Midya1 Sushanta K. Mondal Yasuhide Hobara. Department of Atmospheric Sciences, University of Calcutta, Kolkata-700019, India
  • PART A – IONOSPHERIC DATA – ISSUED NOVEMBER 1958 – U. S. DEPARTMENT OF COMMERCE NATIONAL BUREAU OF STANDARDS CENTRAL RADIO PROPAGATION LABORATORY BOULDER, COLORADO. Issued 24 Nov. 1958
  • UNCLASSIFIED – THESIS, HIGH FREQUENCY IONOSPHERIC PROPAGATION PHENOMENA by Richard Robert Rowe, December 1976. NAVA L POSTGRA DUATE SCHOOL – Monterey, California
  • EFFECT OF A CYLINDRICALLY -SYMMETRIC IONOSPHERIC DISTURBANCE ON ELF PROPAGATION IN THE EARTH IONOSPHERE WAVEGUIDE. R&D Associates. P.O. Box 9695 Marinadel Rey, Cal ifornia9O29l. APPROVED FOR PUBLIC RELEASE; DIST RIBUTION UNLIMITED. THIS WORK SPONSORED BY THE DEFENSE NUCLEAR AGENCY UNDER RDT&E RMSS CODE 8310076464 P99QAXDBOO117 H2590D

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