L’observació i monitorització de l’estat de la ionosfera començà a l’Observatori de l’Ebre el 26 de març de 1955, data en la que s’inaugurà el primer sondejador ionosfèric de l’estat.

La ionosfera és la part de l'alta atmosfera, situada entre 60 i 1000 Km d’alçada aproximadament, que està dèbilment ionitzada. Això vol dir que els electrons s’han separat de les molècules que formen l’atmosfera i, així, es poden moure lliurement, donant a l’atmosfera interessants propietats elèctriques. A latituds mitjanes i baixes, és a dir, lluny dels pols, la ionització de l’atmosfera és deguda bàsicament a la radiació solar (en les bandes d’Ultraviolat i rajos X, que són absorbides a les capes altes de l’atmosfera). A latituds altes, és a dir, prop dels pols, la ionització de l’atmosfera és deguda bàsicament per la radiació corpuscular (partícules) transportada pel vent solar degut a l’efecte del camp magnètic terrestre. Aquest fet fa que la ionosfera es comporti com un conductor elèctric, capaç de modificar la propagació de les ones radioelèctriques desviant-les de la seva trajectòria en línia recta. Tant és així que pot reflectir algunes ones de ràdio, de fins uns 30 - 40 MHz, fent possible la comunicació entre dos llocs llunyans de la Terra salvant la seva curvatura o la seva orografia. També, la ionosfera pot afectar significativament els senyals enviats des dels satèl·lits, causant fortes interferències. Aquests motius, entre altres, fan que el seu coneixement sigui important, ja que té moltes aplicacions, tant científiques com tècniques.


Tot i que ja hi havia algun estudi teòric que apuntava que hi podia haver una capa conductora a la alta atmosfera, l’interès per aquesta regió augmentà després de que Marconi aconseguís transmetre senyals de ràdio des de Cornwall (Anglaterra) fins a Newfouland (Canadà) l’any 1901, amb les conseqüents hipòtesis que, de forma independent, van formular Kennelly i Heaviside. Aquests dos investigadors van apuntar que degut a la curvatura de la Terra, les ones de ràdio forçosament s’havien reflectit a una capa ionitzada, la ionosfera.


L’observació de la ionosfera terrestre es basa, predominantment, en tècniques de mesura indirecta aprofitant el fet de que les ones electromagnètiques, en presència d’un camp magnètic, són modificades durant la seva propagació al travessar un medi ionitzat.

 

figura1Bàsicament, i a latituds mitjanes, l’estructura vertical de la ionosfera mostra tres regions, que en ordre ascendent anomenem D, E i F. La regió D (60-90 Km aproximadament) és una capa complexa des del punt de vista de la química de la seva formació i fortament controlada per la radiació solar, desapareixent pràcticament durant la nit. És la regió que més absorbeix les ones de ràdio, essent aquest el motiu pel qual durant la nit sigui més fàcil escoltar emissores de ràdio llunyanes. La següent regió és la E (90-120 km aprox.) que també està fortament controlada per la radiació solar, afeblint-se mol durant la nit i assolint el màxim al migdia local. En determinades circumstàncies apareix una segona capa, anomenada E esporàdica (Es) relacionada amb el cisallament. La regió més superior és la F (150-1000 Km aprox.) que a la vegada presenta, durant el dia i amb més importància durant l’estiu, dues capes que són la F1 i la F2. Durant la nit únicament roman la capa F2 que és la que conté la major concentració d’electrons. En general és la responsable de que puguem mantenir comunicacions via ràdio a llargues distàncies.

 

trans-recep

 

La tècnica que s’utilitza actualment a l’observatori per estudiar la ionosfera és el sondeig per incidència vertical. Aquest es basa, de forma resumida, en l'emissió vertical de polsos d’ones de ràdio de freqüència coneguda. Aquests polsos es reflecteixen a la ionosfera, si hi ha una densitat electrònica suficient, i es reben a l'estació ionosfèrica. Coneguts el temps d’emissió i recepció, i assumint una velocitat de propagació igual a la de la llum, es determina l’altura virtual a la que ha tingut lloc la reflexió. Aquest principi ens és familiar ja que és el principi de funcionament del radar, tot i que cal recordar que aquest es va desenvolupar a partir de les tècniques de sondeig ionosfèric.

 

 

 

sondejadorL’instrument que hi ha instal·lat actualment a l’Observatori és un sondejador ionosfèric DPS-4D desenvolupat i construït per Lowell Digisonde International en col·laboració amb UMass Lowell Center for Atmospheric Research. De forma rutinària es realitza un sondeig cada 15 minuts, podent-se modificar aquesta cadència durant campanyes específiques. L'instrument compta amb una antena emissora, una unitat de control i processament i un camp d’antenes receptores. Aquesta estació, singular a la Península Ibèrica, forma part d’una xarxa d’observació ionosfèrica d’àmbit mundial GIRO i proveeix informació per als productes de la xarxa europea DIAS.

 

antena iono

El sistema compta amb targes complementàries de codificació de fase i es beneficia de tecnologia de radar en HF avançada, com compressió de polsos i integració coherent de fase, podent-se utilitzar també com un analitzador d’espectre en HF. Així, permet obtindre la fase del senyal en cadascuna de les quatre antenes receptores de la xarxa per cada component espectral, i identificar l’angle des d’on provenen els polsos reflectits a la ionosfera (azimut i elevació), la seva polarització, el desplaçament Doppler sofert i el temps de vol, des de l’emissió fins la recepció.

 

 

ionograma 1Entre els registres que ens proporciona el sistema el més clàssic és l'ionograma. El sistema efectua un escombrat de freqüències i s’obté una representació de la freqüència de sondeig en funció de l'altura virtual (temps de vol). L'altura virtual és més gran que la altura real, degut a que la ionosfera actua com un medi de propagació dispersiu, que fa que la velocitat de propagació d’aquests polsos en el medi sigui menor que la de la llum. No obstant, aplicant algorismes d’inversió de l'ionograma s’obté un perfil de densitat electrònica en altura real. A més, mitjançant la integració del perfil de densitat electrònica en altura, es pot estimar el Contingut Total d’Electrons (CTE).

 

 

 

skymapUn altre tipus de registre que ens proporciona el sistema és el mapa del cel (skymap). En ell es recull, per una determinada banda de freqüències i un determinat rang d’alçades de reflexió, l’angle des d'on provenen els polsos reflectits en la ionosfera (azimut i elevació) i el desplaçament Doppler sofert. Aquesta informació ens indica el lloc sobre la vertical on s’han produït les reflexions (si la capa reflectora està inclinada o si presenta irregularitats) i si aquests punts de reflexió es mouen respecte la font d’emissió (si la capa reflectora és dinàmica), proporcionant-nos la velocitat aparent de deriva de la capa reflectora. En el cas ideal d’una ionosfera en calma caldria esperar que totes les reflexions rebotessin sobre la vertical (centre del mapa) amb un desplaçament Doppler nul.

 


A partir d’un ionograma es mesuren bàsicament les freqüències crítiques de cada capa i les altures virtuals, a més de paràmetres de propagació com ara el M(3000) F2 i es pot derivar el perfil de densitat electrònica en funció de l‘altura. Cada dia es mesuren els ionogrames horaris, i es calcula la variabilitat dia a dia de la freqüència de plasma amb la altura.

 

ionograma2

 

A la base de dades de l’Observatori es disposa de tota la sèrie de paràmetres ionosfèrics digitalitzada des del seu inici l’any 1955, elaborant-se cada any un butlletí ionosfèric que podeu consultar des de l’any 2004 a la nostra plana web, així com un catàleg de les dades disponibles. Aquesta gran quantitat de dades, juntament amb dades d’altres observatoris, ens permet analitzar i conèixer l’estat de la ionosfera tant en temps de calma com en períodes pertorbats degut als efectes de les tempestes geomagnètiques sobre la ionosfera.


Des de l’any 2004, l’Observatori de l’Ebre té instal·lat un sondejador ionosfèric a l’Illa de Livingston, a l’Antàrtida, per tal de poder estudiar l’estat de la ionosfera a latituds remotes. Degut a les necessitats tècniques de l’aparell, aquest sondejador només està operatiu durant l’estiu austral, quan la base està oberta. L’aparell és un Advanced Ionspheric Sounder desenvolupat per l'Istituto Nacionale de Geofisica e Vulcanologia italià (AIS_IGNV) i ens proporciona ionogrames horaris que són analitzats a l’Observatori.


GPSDurant la història de la observació ionosfèrica a l’Observatori de l’Ebre s’han emprat altres sistemes a més del sondejador ionosfèric, com ha estat el mètode d’absorció A3, que servia per l’estudi de la regió D, i el càlcul del CTE mitjançant el càlcul de la rotació de Faraday. Actualment, la tècnica de mesura del CTE es basa en analitzar els senyals emesos per la constel•lació de satèl·lits GPS, GLONASS, GALILEO, etc, coneguts com GNSS (de l’anglès Global Navigation Satellite Systems). Aquests emeten dues freqüències com a mínim i és necessari disposar de receptors GNSS adequats, amb el que és possible diferenciar les dues fases associades a les citades freqüències, el que permet determinar els retards de fase deguts a la propagació dels senyals a través de la ionosfera. Aquests retards són proporcionals, excepte termes deguts a l’instrumental, a la densitat electrònica integrada en tot el camí del raig, i permeten obtenir el CTE. Actualment hi ha instal·lat a l’Observatori un receptor GPS de l’Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya des de 1996.

DSCF0261

L’estació meteorològica de l’Observatori de l’Ebre forma part de la xarxa d’Estacions Semiautomàtiques d’Observació de Superfície (ESOS) de l’Agencia Estatal de Meteorología (AEMET). Tots els dies de l’any un observador realitza, almenys 7 cops al dia, mesures de temperatura, humitat relativa, pressió atmosfèrica, precipitació, velocitat i direcció del vent, evaporació, insolació, cobertura i tipus de núvols, visibilitat, així com l’anotació d’aquells fenòmens que no es quantifiquen però sí s’observen, com ara la presència de calima, boira, rosada, arc de San Martí, tempesta, etc...

 

pratAquestes mesures es combinen amb les que proporciona una estació automàtica complerta que inclou un visibilimetre i un detector del tipus de precipitació i el seu valor acumulat que s’anomena disdrómetre. També es mesura radiació directa, global i difosa, així com radiació ultraviolada i infrarojos. Les dades horàries de temperatura, humitat i pressió es mesuren a partir de les bandes dels registradors i es corregeixen per comparació amb les llegides durant les observacions amb el termòmetre, psicròmetre i baròmetre, respectivament. La precipitació s’obté combinant el repartiment donat pel pluviògraf amb la quantitat total recollida amb el pluviòmetre. Les dades de vent són les enregistrades per l’estació automàtica, mantenint com a instrument auxiliar un anemocinemògraf.

 

L’Observatori de l’Ebre facilita suport a altres institucions que estan interessades en tenir punts de mesura a les nostres instal·lacions, com per exemple la Xarxa Aerobiològica de Catalunya (XAC) que té instal·lat un captador de pol·len, la xarxa de mesura d’irradiància solar de Catalunya o el Lightning Research Group de la UPC amb el projecte ASIM (Atmosphere Space Interactions Monitor).

 

captador

A l’apartat de dades meteorològiques d'aquesta web, hi podeu consultar dades diàries des de gener 2004, així com l'evolució diària de les principals variables. Cada any s'edita el butlletí meteorològic amb el recull de principals dades, que es pot descarregar a la part de butlletins online.

 

El conjunt de totes les observacions meteorològiques constitueix una sèrie climàtica important, que per alguna de les variables es pot allargar fins a 1880, ja que al Col·legi Màxim que la Companyia de Jesús tenia al barri de Jesús (es troba a uns 2 km en línia recta) es feien observacions meteorològiques. Hi ha però, dos intervals sense dades, que són els anys 1890 i 1891, a més de 9 mesos de l’any 1938 dels que no disposem dades com a conseqüència de la guerra civil. L’estudi detallat d’aquestes sèries permet caracteritzar el clima i estudiar-ne la seva variació. Els valors normals de la sèrie, és a dir, la mitjana de 30 anys, els podeu consultar al portal d’AEMET, mentre que els indicadors climàtics anuals de tota la sèrie estan disponibles al Servei Meteorològic de Catalunya.

 

INSTRUMENTACIÓ

ESTACIÓCom ja s’ha esmentat, l’estació meteorològica està constituïda per una estació automàtica i instrumentació de lectura manual.

 

Estació automàtica.

És una estació automàtica Thies Clima dotada de sensors de temperatura ambient, del sòl i a 15 cm del terra, humitat relativa, velocitat i direcció del vent, pluviòmetre de balancí, pressió atmosfèrica, visibilitat i detector del tipus de precipitació i el seu valor acumulat.

 

L’observatori manual.

GARITADintre de la garita meteorològica hi ha els instruments per la mesura de la temperatura, la humitat relativa i la evaporació. En el nostre cas hi ha el sensor de temperatura i humitat de l’estació automàtica ESSOS, un termohigrògraf mecànic Thies, un evaporímetre Piché, i quatre termòmetres. La garita meteorològica, tot i que no és un instrument, és molt important ja que estableix les condicions d’observació de variables tan importants com la temperatura i la humitat relativa, assegurant que aquestes condicions siguin iguals en els diferents observatoris.

Temptemperatura: per la temperatura normalment utilitzem tres termòmetres, un termòmetre convencional de mercuri, també conegut com termòmetre sec, un termòmetre de màxima i un de mínima. El termòmetre es bassa en la forta dilatació que presenta un fluid en funció de la temperatura. Essencialment es tracta d'un tub capil·lar recte que té en un dels extrems un petit depòsit (el bulb) ple de mercuri fins a certa altura del tub capil·lar; a la resta s’hi ha fet el vuit per facilitar que el mercuri pugi o baixi depenent dels canvis de temperatura de l’aire.

temp max minEl termòmetre de màxima ens marca la màxima temperatura des de que es va posar en estació fins que es torna a posar. Consisteix en un tub de vidre que s’estreny a prop del bulb, el que permet el pas del mercuri al augmentar la temperatura. Quan la temperatura descendeix, el mercuri tendeix a tornar cap al bulb, però l’estrenyiment li ho impedeix quedant per tant marcada la temperatura màxima.

El termòmetre de mínima marca la temperatura mínima entre dues posades en estació. El termòmetre consta d’un tub de vidre que conté alcohol i porta un índex d’esmalt. Quan la temperatura baixa, l’alcohol es contrau i fa que l’índex baixi ja que no pot travessar el menisc del fluid. Quan la temperatura augmenta, l’alcohol puja i deixa l’índex marcant la posició més baixa.

Tots dos termòmetres es col·loquen pràcticament horitzontals, estant el de màxima lleugerament inclinat cap al bulb.

Al costat de la garita hi ha el termòmetre per mesurar la temperatura a 15 cm. del sòl.

termohigro

La funció del termohigrògraf és enregistrar les variacions de temperatura i humitat de forma continua en una única banda de paper que està enrotllada sobre un tambor que gira accionat per un sistema de rellotgeria. En el cas de la temperatura, el sensor és una placa bi metàl·lica, que es dilata al augmentar la temperatura i es contrau al disminuir. Hi ha un sistema d’amplificació que transmet aquests minúsculs moviments fins a la punta del braç enregistrador on una ploma dibuixa la variació a sobre de la banda. En el cas de la humitat relativa el sensor està format per un feix de cabells rossos o alguna fibra similar. Quan augmenta la humitat de l’aire el feix es dilata i quan disminueix es contrau, disposant també d’un sistema d’amplificació i de registre.

Humitat relativa: es determina a partir de la diferència de temperatura entre el termòmetre sec i el termòmetre humit. El termòmetre humit és un termòmetre sec però el bulb està envoltat per una gasa que va a parar a un depòsit amb aigua destil·lada. Per capil·laritat, l’aigua ascendeix fins mantenir el bulb del termòmetre banyat. El parell termòmetre sec – termòmetre humit és el que anomenem psicròmetre. Com que part del calor ambiental es gasta en evaporar l’aigua que banya el bulb, el termòmetre humit sempre marcarà menys temperatura que el sec, excepte quan la humitat relativa sigui del 100 % en que tots dos termòmetres marcaran el mateix.

evapoEvaporació: es mesura la quantitat d’aigua que s’evapora en 24 hores. L’evaporímetre Piché és un tub de vidre tancat per un extrem i obert per l’altre, ple d’aigua destil·lada i que té gravades marques cada mil·límetre. L’extrem obert es tapa mitjançat un disc de paper secant subjectat amb un clip de filferro. El tub es penja dintre de la garita amb l’extrem tapat pel paper secant cap per avall, impedint el paper que l’aigua caigui però permetent l’evaporació. Anotant cada dia a la mateixa hora l’alçada de la columna d’aigua s’obté, per diferència, l’evaporació en 24 hores.

 

pressioPressió atmosfèrica: es determina mitjançant un baròmetre de mercuri Thies, i dos barògrafs aneroides. En el primer, la pressió de l’aire fa que el mercuri que hi ha dintre d’una cubeta pugi per dintre d’un tub de vidre, fins a una altura determinada, que depèn de la pressió que fa l’aire que tenim a sobre nostre. Amb l’ajuda d’un nònius es determina l’alçada de la columna de mercuri i per tant la pressió atmosfèrica. Com que el mercuri és un metall que es dilata o contrau fàcilment amb els canvis de temperatura ambiental, el baròmetre porta adossat un termòmetre per a mesurar la temperatura a l’hora que es realitzen les lectures, amb el que es pot corregir la observació a 0ºC i finalment es redueix al nivell del mar.

El barògraf registra la pressió atmosfèrica de forma continua sobre una banda de paper. Consta d’un tambor o cilindre sobre el que es col·loca la banda, i un rellotge el fa girar. El sensor de l'instrument consisteix en una sèrie de càpsules de vuit. Al augmentar la pressió, les càpsules es comprimeixen, mentre que al disminuir les càpsules s’expandeixen. Aquests moviments de les càpsules de vuit són tan imperceptibles que a simple vista no és possible observar-los. És per aquest motiu que els barògrafs porten un sistema d'amplificació que transmet al braç enregistrador aquest moviments convenientment amplificats.

 

anemocinemografVelocitat, recorregut i direcció del vent: l’anemocinemògraf utilitza diferents principis per fer les mesures. El més simple és la direcció del vent, ja que el penell al girar marca la direcció del vent. Cal recordar que gràcies a la superfície que té en el seu extrem, el penell s’orienta sempre amb la punta cap a la direcció des de on bufa el vent. Hi ha un mecanisme d’engranatges que fa que les dues plomes registradores dibuixin la direcció del vent. El mateix penell té un orifici a la seva punta que el comunica mitjançant un tub amb un depòsit situat a la part inferior del registrador on hi ha un flotador. Així, és el mateix aire que entra per la boca del penell el que empeny el flotador fent-lo pujar. Hi ha un segon tub amb dues petites finestretes que envolta concèntricament el tub del penell i comunica amb la càmera d’aire del dipòsit. Al augmentar la velocitat del vent hi ha simultàniament una sobrepressió dintre del flotador i una subpressió a la càmera d’aire, el que facilita que el flotador pugi. Del flotador surt un eix que fa que l’agulla registradora es mogui i dibuixi l’augment de la velocitat. Finalment tenim una roda de cassoletes que actua com anemòmetre. Un mecanisme d’engranatges tradueix les voltes que pega l’anemòmetre en el recorregut de vent, fent que es mogui un braç registrador.

 

pluviografPrecipitació: Hi ha un pluviòmetre tipus Hellman i dos pluviògrafs (un Tiess i l’altre Lambrecht)

El pluviògraf registra de forma continua la quantitat de precipitació. Està format per una superfície col·lectora en forma d’embut que s’anomena boca del pluviògraf. La precipitació captada, bàsicament pluja, fa cap a un petit dipòsit de forma cilíndrica dintre del qual hi ha un flotador connectat al braç registrador que té al seu extrem una ploma inscriptora. Quan puja el nivell de l’aigua, el flotador fa que la ploma vagi també pujant dibuixant la precipitació que està caient. Al arribar l’aigua a la part superior del dipòsit, aquest es buida mitjançant un sifó quedant la ploma al nivell de zero. La banda s’enrotlla a sobre d’un cilindre que descriu una volta cada dia per l’acció d’un sistema de rellotgeria. Com que la banda porta marques de temps, es pot mesurar la quantitat de precipitació per unitat de temps amb el que es disposa també de la intensitat de precipitació.

 

 

bandesIheliografnsolació: Heliògraf Campbell-Stokes. Està format per una esfera de vidre per sota de la que es col·loca una cartolina negra amb marques de temps. Quan els raigs del Sol incideixen en la bola de vidre, aquesta actua com una lupa focalitzant el feix de llum a sobre de la cartolina que acaba cremant-se. Comptant els intervals en què la cartolina està cremada, es determina la quantitat d'hores en les què el Sol ha brillat al cap del dia. Com que l’elevació del Sol i la quantitat d'hores de sol varia al llarg de l’any, el suport té tres ranures on inserir la cartolina, que a més té mida i forma diferent depenent de l'època de l’any.            

 

Radiació solar. Eradiaciól seguidor solar està equipat amb diferents sensors per mesurar la radiació que ens arriba del sol. En particular hi ha un pirheliòmetre per la mesura de la radiació solar directa, dos piranòmetres, un per la radiació global i un altre per la difosa i un pirgeòmetre per la mesura de la radiació infraroja. Muntat en una altra estructura hi ha un radiòmetre per la mesura de la radiació ultraviolada.

 

 

 

torre 1

 

A l’Observatori de l’Ebre la tasca d’observació té una doble vessant, per una part es realitzen observacions amb la millor qualitat i rigor possibles, i per l’altra, es mantenen i depuren les bases de dades de les observacions ja realitzades. L'activitat d'obtenció i producció de bases de dades està lligada amb la de l'ús de les mateixes, assumint que la millor conjuntura per generar dades i productes útils per a la comunitat científica és aquella en la qual els propis científics dissenyen les estratègies per a l'obtenció dels paràmetres que necessita l'esmentada comunitat i aconsegueixen que evolucionin d'acord amb els avenços del coneixement.

Així, es realitza una àmplia gamma d'observacions, que inclouen observacions solars, meteorològiques, sísmiques, magnètiques i ionosfèriques. El fet de que aquestes observacions, algunes un cop depurades i altres en temps quasi real, estiguin disponibles en bases de dades internacionals per al seu ús per part de la comunitat científica internacional, els hi dóna un valor afegit, sobretot tenint en compte que algunes d’aquestes sèries varen començar a finals del segle XIX.

Índex K d'activitat geomagnètica calculat a partir de les nostres dades. (Procés automàtic no sotmès a revisió)
27-08-21
28-08-21
Fotografies de la fotosfera solar fetes amb el nostre telescopi
La brúixola marca el nord magnètic, no el nord geogràfic. El nord magnètic varia amb el temps. Durant els darrers segles, a Roquetes, les brúixoles estaven desviades cap a l'oest. Però això ha canviat i ara es desvien cap a l'est. Més informació.

17/09/2021 05:10
Temperatura Humitat relativa Pressió atmosfèrica
19.2 ºC 77.1 % 1010.7 hPa
Precipitació acumulada Velocitat del vent Direcció del vent
0 mm 7 km/h N (10º)
Dades de l'estació automàtica de l'AEMET a l'Observatori de l‘Ebre. Aquestes dades són provisionals i subjectes a revisió.