Monitorización de las condiciones ionosféricas y de los efectos de la meteorología espacial sobre la propagación radio.
Diversos fenómenos de la meteorología espacial pueden afectar a las radiocomunicaciones y a los sistemas de radionavegación en un amplio rango de frecuencias, desde las bandas de muy baja frecuencia (VLF) hasta las utilizadas por los servicios basados en satélites. Las fulguraciones solares pueden aumentar rápidamente la ionización en la parte inferior de la ionosfera, especialmente en la región D del lado iluminado de la Tierra, provocando un aumento de la absorción de las ondas de radio en HF y pudiendo producir apagones de radio. Las Tormentas de Radiación Solar provocadas por Eventos de Protones Solares (SPE) también pueden aumentar la ionización de la región D, especialmente en latitudes geomagnéticas altas, donde pueden causar una intensa absorción en HF conocida como Absorción en Casquete Polar (Polar Cap Absorption, PCA).
Las tormentas geomagnéticas, por otro lado, pueden alterar significativamente la estructura y la densidad de electrones de la ionosfera, provocando variaciones en la Máxima Frecuencia Utilizable (MUF) entre estaciones de radio. Una reducción de la MUF puede degradar o cerrar los trayectos de propagación en las frecuencias más altas de HF, mientras que, bajo determinadas condiciones perturbadas, un aumento de la densidad de electrones de la ionosfera puede elevar la MUF y mejorar temporalmente la propagación o producir aperturas en frecuencias más altas.
Finalmente, el Sol también genera ráfagas de ruido en el espectro de las ondas radio. Las emisiones son de distintos tipos y provocan interferencias y un empeoramiento de la relación señal-ruido en los sistemas de comunicaciones por radio.
En esta página se describen en detalle los fenómenos de la meteorología espacial que afectan a las comunicaciones por radio. También puede consultar la sección Meteorología espacial actual, donde encontrará un Panel de Radio HF con la información más relevante desde un punto de vista operacional.
Apagón de Radio HF
Tormenta Geomagnética
Tormenta de Radiación Solar
La Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) de Estados Unidos ha definido tres escalas para cuantificar los efectos de los eventos de la meteorología espacial en los sistemas tecnológicos y las actividades humanas. Estas tres escalas tienen aplicación para evaluar el impacto de estos eventos en las comunicaciones por radio en HF.
Para obtener una descripción completa de los diferentes umbrales y de los efectos de cada fenómeno, consulte las Escalas de Meteorología Espacial de NOAA.
Aviso de Comunicaciones HF
Desvanecimiento HF Actual
Aviso de Desvanecimiento HF
Absorción en Casquete Polar
Aviso Geomagnético
Alerta GEOSTAT
Alerta Geomagnética
Alerta de Aurora
Flujo de Rayos X
Flujo de Protones
El Servicio de Meteorología Espacial de la Oficina Australiana de Meteorología proporciona alertas y avisos sobre diversas condiciones de la meteorología espacial que pueden afectar a las radiocomunicaciones:
El Sol es una fuente natural de emisiones radioeléctricas cuya intensidad puede aumentar considerablemente durante los períodos de actividad solar elevada. Las ráfagas de radio solares (solar radio bursts) pueden elevar el nivel de ruido recibido en un amplio rango de frecuencias y consecuentemente reducir la relación señal-ruido (SNR) de los sistemas de radiocomunicaciones y radionavegación. El efecto suele ser mayor cuando el Sol se encuentra dentro o cerca del diagrama de radiación de la antena receptora y puede variar causando desde un aumento del ruido de fondo hasta interferencias severas o la pérdida temporal de la recepción.
Las ráfagas de radio solares se clasifican habitualmente en Tipos I a V según sus características espectrales y temporales. Las ráfagas de Tipo I consisten en emisiones breves y de banda estrecha, frecuentemente asociadas con regiones activas; las de Tipo II son emisiones de deriva lenta, generalmente asociadas con ondas de choque que se propagan a través de la corona solar; las de Tipo III presentan una rápida deriva en frecuencia y son producidas por haces de electrones energéticos que se desplazan a través de la corona y del medio interplanetario; las de Tipo IV son emisiones continuas de banda ancha asociadas con electrones energéticos en estructuras magnéticas posteriores a una erupción; y las de Tipo V son emisiones continuas de duración relativamente corta que pueden seguir a la actividad de Tipo III.
Los monitores de espectro, o espectrógrafos de radio, muestran la intensidad de las señales radioeléctricas recibidas en función de la frecuencia y del tiempo, lo que permite identificar estas emisiones solares de radio y seguir su evolución en frecuencia e intensidad a lo largo del tiempo.
Las imágenes muestran espectrogramas solares de radio registrados por estaciones de monitorización situadas en Bélgica y Japón, que cubren diferentes partes del espectro radioeléctrico. Las ráfagas de radio solares solo pueden ser observadas por un instrumento terrestre mientras el Sol se encuentra por encima de su horizonte local. Por tanto, la combinación de observaciones procedentes de estaciones situadas en diferentes longitudes geográficas proporciona una mayor cobertura temporal de la actividad solar en radio.
La absorción en HF se produce principalmente en la región D de la ionosfera, donde las colisiones entre los electrones y las partículas neutras provocan la disipación de parte de la energía de las ondas de radio. Durante las fulguraciones solares, el aumento de la emisión de rayos X puede incrementar rápidamente la ionización de la región D en el lado iluminado de la Tierra, produciendo un aumento de la absorción en HF. Durante los Eventos de Protones Solares (SPE), los protones energéticos pueden producir un aumento de la ionización de la región D en latitudes geomagnéticas altas, dando lugar a la Absorción en Casquete Polar (Polar Cap Absorption, PCA).
Como resultado, las radiocomunicaciones en HF pueden experimentar un aumento de la atenuación y una degradación de la señal, siendo generalmente mayor la absorción en las frecuencias más bajas que en las más altas. Durante eventos severos, la absorción puede llegar a ser lo suficientemente intensa como para producir apagones de radio en HF parciales o completos en las regiones afectadas.
Los mapas muestran la Frecuencia Limitada por Absorción (Absorption Limited Frequency, ALF), que representa aproximadamente la frecuencia utilizable más baja impuesta por la absorción ionosférica para trayectos de radio en HF de aproximadamente 1.500 km. Se espera que las frecuencias inferiores a la ALF experimenten una absorción excesiva, mientras que las frecuencias superiores se ven progresivamente menos afectadas.
Para interpretar el mapa durante un evento de absorción, estime la ubicación de la primera región de propagación ionosférica a lo largo del trayecto radioeléctrico y determine el valor de ALF correspondiente a partir de las líneas de contorno. Si la frecuencia de operación es inferior a la ALF estimada, una absorción excesiva puede impedir una comunicación fiable. Las frecuencias superiores a la ALF pero inferiores a la Máxima Frecuencia Utilizable (MUF) definen el intervalo que proporciona las condiciones más favorables para establecer el enlace radioeléctrico.
El primer mapa muestra la ALF estimada actual, mientras que el segundo muestra la ALF estimada durante el evento de absorción significativo más reciente (consulte la fecha indicada en el mapa).
Los mapas proporcionados por NOAA muestran la Frecuencia Más Alta Afectada (Highest Affected Frequency, HAF), definida como la frecuencia más alta para la que se prevé un determinado nivel de absorción en la región D para la propagación de ondas de radio vertical o casi vertical, como la utilizada en las comunicaciones por Onda de Incidencia Casi Vertical (Near Vertical Incidence Skywave, NVIS). El mapa global muestra la HAF correspondiente a 1 dB de absorción, mientras que los mapas de las regiones polares muestran la HAF correspondiente a 10 dB de absorción.
Se espera que las señales de radio que operan en frecuencias inferiores a la HAF experimenten una absorción progresivamente mayor en la región D a medida que disminuye la frecuencia. En el mapa global, el gráfico de absorción situado a la derecha muestra la absorción prevista (en dB) en función de la frecuencia para la propagación vertical o casi vertical en la ubicación donde se prevé la máxima absorción. Por tanto, el gráfico se aplica únicamente a esa ubicación específica.
Para estimar la absorción total que afecta a un circuito de radio en HF:
Este procedimiento proporciona una estimación aproximada de la absorción en la región D a lo largo del trayecto radioeléctrico. La atenuación real de la señal puede variar en función de la geometría de propagación, las condiciones ionosféricas, la frecuencia de operación y la distribución espacial de la absorción a lo largo del trayecto.
Los seis mapas muestran las predicciones del modelo NOAA DRAP sobre absorción en la región D a 5, 10, 15, 20, 25 y 30 MHz, considerando propagación de ondas de radio vertical o casi vertical, como la utilizada en las comunicaciones por Onda de Incidencia Casi Vertical (Near Vertical Incidence Skywave, NVIS). Cada mapa muestra la absorción prevista, en dB, para su correspondiente frecuencia de operación, como consecuencia de fulguraciones en rayos X o de tormentas de radiación solar que provocan Absorción en Casquete Polar (PCA)
Para un trayecto de propagación oblicuo, si T es el ángulo de despegue de la onda de radio sobre el horizonte local, la absorción correspondiente puede estimarse mediante:
donde A(Fver) es la absorción mostrada en el mapa para la propagación vertical o casi vertical, y A(Fob) es la absorción estimada para el trayecto de propagación oblicuo.
El ángulo de despegue está relacionado con el diagrama de radiación de la antena transmisora, ya que la antena determina cuánta energía radioeléctrica se radia en los diferentes ángulos de elevación. Por tanto, el ángulo de despegue efectivo depende del tipo de antena, de su altura sobre el suelo, de las características del terreno y del suelo circundantes y de la dirección de propagación.
Cada mapa representa la absorción prevista en la región D para la frecuencia de operación específica indicada. Por tanto, los valores de absorción de un mapa correspondiente a una frecuencia no deben aplicarse directamente a una frecuencia de operación diferente.
Cuando una onda de radio alcanza la ionosfera siguiendo un trayecto vertical o casi vertical, como en la propagación por Onda de Incidencia Casi Vertical (Near Vertical Incidence Skywave, NVIS), puede refractarse lo suficiente como para regresar hacia la superficie terrestre si su frecuencia es inferior a la frecuencia crítica de la capa ionosférica implicada. Para la capa F2, este umbral se conoce como frecuencia crítica de la capa F2 (foF2). Este parámetro puede medirse mediante ionosondas, instrumentos que sondean la ionosfera transmitiendo pulsos de radio en un rango de frecuencias y midiendo las señales recibidas de vuelta.
En España, dos estaciones de sondeo ionosférico proporcionan datos de acceso público: el Observatorio del Ebro en Roquetes (Tarragona) y el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) en El Arenosillo (Huelva). A continuación se muestran los ionogramas más recientes de estas estaciones.
Para consultar ionogramas y datos ionosféricos de otras estaciones de sondeo ionosférico de todo el mundo, consulte el mapa global de ionosondas que se muestra más abajo.
La interpretación de los datos de una ionosonda puede ser una tarea compleja. La frecuencia (MHz) se representa en el eje X, mientras que la altura virtual (km) se representa en el eje Y. Cada vez que la ionosonda detecta un eco ionosférico a una determinada frecuencia, se representa un punto en las coordenadas correspondientes de frecuencia y altura virtual. La altura virtual es una altura aparente obtenida a partir del tiempo de propagación medido de la onda de radio y no debe interpretarse como la altitud física real de la capa ionosférica.
Los parámetros ionosféricos derivados se muestran normalmente en el lado izquierdo del ionograma, incluyendo la frecuencia crítica de la capa F2 (foF2), así como parámetros calculados, como la Máxima Frecuencia Utilizable para un trayecto de 3000 km (MUF(3000)).
Los ionogramas pueden presentarse como ionogramas sin procesar o escalados. Un ionograma sin procesar muestra los ecos ionosféricos recibidos antes de su interpretación, mientras que un ionograma escalado incluye parámetros identificados o calculados a partir de dichos ecos, ya sea mediante software de escalado automático de ionogramas o mediante análisis manual. Los valores obtenidos mediante escalado automático deben interpretarse con cierta precaución, especialmente cuando el ionograma presenta interferencias, dispersión F (spread-F), trazas débiles o complejas u otras condiciones ionosféricas perturbadas.
En la parte inferior del ionograma pueden mostrarse valores estimados de la MUF para diferentes longitudes de trayecto. Estos valores se obtienen a partir de las condiciones ionosféricas medidas en la ubicación de la ionosonda y pueden ser útiles para estimar frecuencias adecuadas para trayectos de propagación oblicua en HF. Sin embargo, dado que las condiciones ionosféricas pueden variar significativamente a lo largo de un trayecto radioeléctrico, estos valores de MUF deben considerarse estimaciones y no mediciones directas de la MUF entre dos estaciones distantes.
Los operadores de radio que utilicen Onda de Incidencia Casi Vertical (Near Vertical Incidence Skywave, NVIS) deben monitorizar el valor actual de foF2 medido por la ionosonda más cercana para determinar el límite superior de frecuencia para la operación NVIS.
El Centro Australiano de Predicción de Meteorología Espacial (ASWFC) proporciona mapas ionosféricos globales de la frecuencia crítica de la capa F2 (foF2), obtenidos a partir de observaciones realizadas por una red mundial de ionosondas. Estos mapas proporcionan una representación regional de la ionización de la capa F2 y permiten seguir las variaciones de la foF2 a lo largo del tiempo.
El mapa muestra una extrapolación regional de la frecuencia crítica de la capa F2 (foF2), obtenida a partir de mediciones realizadas por ionosondas locales. Estos valores proporcionan una indicación aproximada de la frecuencia más alta que puede permitir un enlace con propagación vertical o casi vertical, por lo que resultan especialmente útiles para estimar frecuencias de operación adecuadas para las comunicaciones por Onda de Incidencia Casi Vertical (Near Vertical Incidence Skywave, NVIS).
Las comunicaciones NVIS utilizan ondas de radio transmitidas con ángulos de elevación elevados, por lo que requieren antenas cuyos diagramas de radiación proporcionen una cantidad significativa de energía en dichos ángulos. Las ondas son refractadas por la ionosfera y devueltas a la Tierra con ángulos muy cerrados, lo que permite establecer comunicaciones a distancias de hasta aproximadamente 500 km, al tiempo que se minimiza o elimina la zona de salto (zona de sombra) normalmente asociada a la propagación de ondas ionosféricas con ángulos de elevación más bajos.
Durante las tormentas geomagnéticas, las perturbaciones del entorno espacial cercano a la Tierra pueden producir cambios significativos en la densidad de electrones de la región F2, lo que ocasiona variaciones en la frecuencia crítica de la capa F2 (foF2). Las tormentas geomagnéticas pueden estar provocadas por eyecciones de masa coronal (CME) o por corrientes de viento solar de alta velocidad y sus regiones de interacción asociadas. Las perturbaciones ionosféricas resultantes pueden afectar significativamente a las comunicaciones de radio en HF.
Las tormentas geomagnéticas pueden producir tanto aumentos como disminuciones de la densidad de electrones en la región F2, lo que provoca cambios correspondientes en foF2 y en la Máxima Frecuencia Utilizable (MUF) de los enlaces radio. Durante una fase positiva de tormenta ionosférica, el aumento de la densidad de electrones puede incrementar la foF2 y la MUF, mejorando potencialmente la propagación en las frecuencias de HF más altas. Por otro lado, durante una fase negativa de tormenta ionosférica, la disminución de la densidad de electrones reduce la foF2 y la MUF, lo que puede degradar la propagación en HF y, en casos graves, provocar la pérdida de enlaces radio ya establecidos.
Este gráfico del Centro de Predicción de Meteorología Espacial de NOAA (Space Weather Prediction Center, SWPC) muestra el factor de escala a aplicar a la foF2 durante condiciones de tormenta geomagnética, representando la modificación estimada de la frecuencia crítica de la capa F2 (foF2) durante condiciones geomagnéticamente perturbadas con respecto a las condiciones de calma. El factor de escala se aplica multiplicativamente al valor de foF2 en condiciones de calma, para estimar la foF2 correspondiente en condiciones ionosféricas perturbadas.
El gráfico muestra cómo varía el factor de corrección de la foF2 durante las tormentas geomagnéticas. Dado que los cambios en la foF2 también afectan a la Máxima Frecuencia Utilizable (MUF), el gráfico proporciona una indicación del efecto esperado de las condiciones ionosféricas perturbadas sobre la propagación en HF. Se muestran curvas independientes para los hemisferios Norte y Sur y para tres latitudes geomagnéticas representativas: 30°, 50° y 70°.
Los valores del factor de escala próximos a 1,0 indican que la foF2 estimada se mantiene próxima a su valor en condiciones de calma, lo que corresponde a correcciones relativamente pequeñas de las condiciones ionosféricas de referencia debidas a la tormenta geomagnética.
Los valores del factor de escala superiores a 1,0 indican un efecto positivo de la tormenta ionosférica, con una foF2 superior a su valor en condiciones de calma. El aumento asociado de la MUF puede permitir que frecuencias de HF más altas posibiliten el establecimiento de enlaces radio.
Los valores del factor de escala inferiores a 1,0 indican un efecto negativo de la tormenta ionosférica, con una foF2 inferior a su valor en condiciones de calma. La disminución asociada de la MUF puede impedir que las frecuencias de HF más altas permitan la propagación ionosférica, lo que puede degradar o interrumpir los enlaces radio ya establecidos.
Para consultar las mediciones actuales de foF2 obtenidas a partir de observaciones de ionosondas, consulte la sección Ionogramas.
La Unión Científica Internacional de Radio (URSI) define la Máxima Frecuencia Utilizable (MUF) como «la frecuencia más alta que puede utilizarse para la transmisión ionosférica entre dos ubicaciones determinadas en un momento dado mediante un modo de propagación específico».
Dado que la propagación ionosférica suele producirse a través de trayectos oblicuos, usando ángulos de despegue bajos para maximizar la distancia de enlace, la MUF depende de la geometría del enlace radio. Por consiguiente, para diferentes distancias entre estaciones radio se tendrán diferentes valores de MUF en los enlaces correspondientes.
La Máxima Frecuencia Utilizable para un trayecto de 3000 km, MUF(3000), es la frecuencia más alta que se espera que permita la propagación ionosférica entre dos puntos concretos separados por aproximadamente 3000 km, bajo las condiciones ionosféricas existentes y para el modo de propagación considerado. Se obtiene a partir de parámetros ionosféricos como la foF2 y proporciona una indicación útil del límite superior de frecuencia para las comunicaciones de radio en HF a larga distancia.
Este mapa, desarrollado por Andrew Rodland (KC2G), proporciona una representación global de la MUF(3000) basada en observaciones de ionosondas e interpolación espacial. Forma parte de un proyecto de código abierto disponible en GitHub y fue presentado en la Conferencia HamSCI 2021. El mapa utiliza datos ionosféricos de los Centros Nacionales de Información Ambiental (NCEI) de NOAA y del Observatorio Radioeléctrico Ionosférico Global (GIRO).
Los números mostrados dentro de los círculos representan valores de MUF(3000) obtenidos a partir de ionogramas de las estaciones de sondeo ionosférico locales ubicadas en esas posiciones. Los valores de MUF(3000) entre estaciones se estiman mediante interpolación espacial, proporcionando una representación continua de la variación geográfica esperada de la MUF(3000).
Para estimar la Máxima Frecuencia Utilizable (MUF) de un trayecto radioeléctrico utilizando este mapa:
Existen diversas herramientas de software gratuitas en línea para la predicción de la propagación en HF y la estimación de la Máxima Frecuencia Utilizable (MUF). Estas herramientas utilizan diferentes modelos de propagación y parámetros de entrada, que pueden incluir las ubicaciones de las estaciones transmisora y receptora, la fecha y hora, la frecuencia de operación, los índices de actividad solar, las condiciones geomagnéticas, las características de las antenas y otros parámetros del trayecto radioeléctrico. Además de estimar la MUF, algunas herramientas pueden predecir el rendimiento de un enlace radio a una frecuencia determinada, incluyendo parámetros como la relación señal-ruido (SNR).
VOACAP es un software profesional de predicción de la propagación en HF (3–30 MHz) desarrollado por NTIA/ITS, cuyos orígenes se encuentran en sistemas desarrollados para Voice of America (VOA). VOACAP Online, desarrollado por Jari Perkiömäki (OH6BG), James Watson (HZ1JW) y Juho Juopperi (OH8GLV), proporciona predicciones de propagación punto a punto y mapas de cobertura basados en la web, sin necesidad de instalar localmente el software VOACAP.
El Centro Australiano de Predicción del Clima Espacial (ASWFC), gestionado por la Oficina Australiana de Meteorología, proporciona herramientas en línea para la predicción y el análisis de la propagación de radio en HF. Estas incluyen predicciones de propagación HF punto a punto, predicciones de comunicaciones aeronáuticas en HF, Predicciones Horarias de Área (HAP), predicciones de cobertura de área para frecuencias de operación determinadas y estimaciones de las frecuencias HF Superior, Recomendada, Secundaria e Inferior (URSL).
La línea gris es el límite entre la zona diurna y la zona nocturna de la Tierra, también conocida como terminador solar. A medida que este límite se desplaza por el planeta, las condiciones ionosféricas cambian rápidamente. En particular, la densidad de electrones en la región D, responsable de la mayor parte de la absorción de las ondas de radio en HF, disminuye rápidamente después de la puesta de Sol, reduciendo significativamente la absorción, mientras que la ionización comienza a aumentar de nuevo después del amanecer.
La propagación en HF puede verse favorecida a lo largo de la línea gris o cerca de ella, especialmente alrededor del amanecer y el atardecer locales, debido a que las distintas regiones ionosféricas responden a los cambios en la iluminación solar a diferentes velocidades. En el lado nocturno del terminador, la ionización de la región D disminuye rápidamente después de la puesta de Sol, reduciendo considerablemente la absorción en HF, mientras que las regiones E y F se recombinan más lentamente y pueden permanecer suficientemente ionizadas como para refractar las ondas de radio en HF de vuelta hacia la Tierra. En el lado diurno del terminador, la radiación solar mantiene una ionización más intensa en las regiones E y F, favoreciendo la propagación ionosférica, aunque el aumento de la ionización en la región D también produce una mayor absorción. Por consiguiente, los trayectos radioeléctricos situados a lo largo del terminador o que lo atraviesan pueden combinar, en ocasiones, una absorción relativamente baja en la región D del lado nocturno con una ionización suficiente en las regiones ionosféricas superiores para permitir la propagación a larga distancia, creando condiciones favorables para las comunicaciones en HF y, en algunos casos, contactos a distancias excepcionalmente largas (DX).
La figura muestra la posición actual de la línea gris (terminador día-noche) y las correspondientes zonas diurnas y nocturnas en todo el mundo. Puede utilizarse para determinar si un trayecto radioeléctrico, o cualquiera de sus extremos, está próximo a las zonas del amanecer o del atardecer locales, ayudando a identificar los periodos en los que la propagación por línea gris puede mejorar las comunicaciones en HF. El mapa también resulta útil para identificar las regiones geográficas de la zona iluminada de la Tierra que pueden verse afectadas por otros fenómenos solares, como los apagones de radio en HF provocados por el aumento de las emisiones de rayos X durante las fulguraciones solares, o las interferencias causadas por eventos de ruido radioeléctrico solar, que pueden monitorizarse mediante monitores de espectro.
El sitio web HF Radio & Space Weather es un recurso para el análisis operativo de la meteorología espacial y del estado de la propagación en la banda de HF.
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