A Föld légkörének alsó, átlagosan mintegy 11 km magasságig terjedő szakasza, itt játszódik le az időjárási folyamatok (felhő- és csapadékképződés, szél) többsége. A légmozgások turbulens jellegűek, erős függőleges mozgások jellemzik. A troposzféra magassága az Egyenlítő fölött 16-20 km, a sarkok felé magassága csökken, mintegy 7-8 km, vastagsága Magyarország fölött télen 8-10 km, nyáron 12-14 km. A troposzférában a talajtól felfelé haladva a levegő hőmérséklete - általában - fokozatosan csökken, az átlagos troposzférikus hőmérsékleti gradiens 0,65°C/100 m. Függőleges irányban a levegő sűrűsége és nyomása is csökken, a troposzféra felső határáig. A tropopauza a troposzférát felülről lezáró átmeneti réteg, fölötte a sztratoszféra helyezkedik el. A tropopauzában a tendencia megváltozik és a hőmérséklet állandósul (izotermia), majd fölötte (a sztratoszférában) lassan emelkedni kezd.
Troposzférikus refrakció, látóhatáron túli terjedés, kvázioptikai terjedés: A troposzféra állapota a VHF/UHF és részben az SHF-sávú hullámok terjedését - esetenként - nagymértékben befolyásolhatja. A Föld felszíne felett, a magasság növekedésével csökken a légnyomás és a légkör vízgőz tartalma, így a törésmutató (n) értéke is csökken, ez pedig a VHF/UHF-sávú hullámok refrakcióját (törését) okozza, azaz a hullám a Föld felszíne felé megtörik. Minél rövidebbek a hullámok, annál nagyobb mértékű a törés, a beesési merőlegestől való eltérés. Normál refrakció esetén a vertikális refraktivitási gradiens értéke 0 N/km és −79 N/km közé esik és a hullám elhajlása kisebb lesz, mint a Föld görbülete (normál légköri viszonyok). A frekvencia növekedésével a légköri diffrakció hatása egyre kevésbé érvényesül, ugyanis a jelek elektromos térerőssége (E) a diffrakciós térben a frekvencia növekedésével rohamosan csökken.
Amennyiben a refraktivitási gradiens −79N/km és −157 N/km közé esik, akkor a szuperrefrakció jelensége dominál, ilyenkor a hullám a normál refrakciónál nagyobb mértékben törik meg, de a Föld görbületénél még kisebb mértékben.
Ha a refraktivitási gradiens - adott helyen és magasságban - −157 N/km-nél kisebb, akkor a hullám a Föld görbületénél nagyobb szögben törik meg, ilyenkor hullámvezetéses (duct) átvitel is kialakulhat. A hullámvezetéses terjedés bekövetkezhet a talaj közelében, ill. néhány ezer méteres magasságban is.
a refrakció esetei
refraktivitás
N = (n − 1) × 10⁻⁶
N = 77,6∕T (P+4810×e∕T)
ahol
n a törésmutató (értéke a földfelszín közelében 1,00035)
P a teljes légköri nyomás millibarban
T a légköri hőmérséklet Kelvinben
e a vízgőz parciális nyomása millibarban
Mindhárom tényező, a P, T és az e is a magasság növekedésével exponenciálisan csökken, ami a magasság növekedésével arányos N csökkenésével jár.
optikai látóhatár
d = 3,57×√h₁
A VHF/UHF-sávú hullámok, a légkör magassággal csökkenő törésmutatója következményeként az optikai látóhatárt mintegy 15%-al meghaladó távolságra (kvázioptikai látóhatár, rádióhorizont) jutnak el.
kvázioptikai látóhatár (rádióhorizont)
d ≈ 4,12×√h₁
A kvázioptikai terjedéssel áthidalható távolság az adó- és vevőantenna magasságától függ:
d ≈ 4,12×(√h₁+√h₂)
ahol
d a hatósugár km-ben
h₁az adóantenna Föld feletti magassága méterben
h₂az adóantenna Föld feletti magassága méterben
Troposzférikus távolsági terjedés, hőmérsékleti inverzió: A troposzférában a hőmérséklet függőleges változása szakaszosan változó mértékű, azaz előfordulhatnak jóval alacsonyabb és jóval magasabb értékek is az időjárási helyzettől és a légkör állapotától függően. Lehetnek olyan légrétegek, ahol nem a megszokott ütemben csökken a levegő hőmérséklete, hanem a csökkenésben törések tapasztalhatók. Izotermia jelensége, amikor az adott légrétegben - akár több száz méteren át - a hőmérsékleti gradiens értéke 0 (azaz a hőmérséklet függőlegesen nem változik). A hőmérsékleti inverzió jelensége, amikor a szokásos hőnérsékleteloszlás az adott légrétegben megfordul (invertálódik). Az inverzió kialakulhat a talaj közelében, talajmenti/kisugárzási inverzió és a troposzféra magasabb rétegeiben, szabadlégköri inverzió (frontális vagy zsugorodási inverzió). A talaj felszíne felett kialakuló inverzió hatására viszonylag kis hatósugár növekedés tapasztalható. A szabadlégköri inverzió - amely néhány ezer méteres magasságban képződik - nagytávolsági terjedést hozhat létre.
...
Sajátos meteorológia körülmények hatására a troposzféra alsó - pár száz méteres - talajközeli rétegében lényeges eltérések léphetnek fel a magasság fügvényében a hőmérséklet és a nedvesség eloszlásában. Előfordulhat olyan eset, amikor a hőmérséklet a magasság növekedésével arányosan növekszik, ez a jelenség a hőmérsékleti inverzió. Kialakulásának feltétele a szélcsendes, derült éjszaka. Ilyenkor a földfelszínről a kisugárzás nagy, a felszín közelében nagy a lehűlés. Ilyenkor gyakran előfordul, hogy a levegő legalsó rétege hidegebb, mint a néhányszáz méter magasan elhelyezkedő légrétegek. A szokásos hőmérsékleteloszlás megfordul (invertálódik). A nappali felmelegedés és a szél hatására az inverzió a délelőtt folyamán feloszlik.
melegebb és szárazabb légréteg csúszik a talaj felett elhelyezkedő hidegebb és nedvesebb légréteg fölé, vagy ha a vízfelület (óceánok, tengerek, egyéb vizek) erős párolgása (ugyancsak a napsugárzás hatására) miatt a nedves légtömeg helyet cserél a felette lévő száraz levegővel, hőmérsékleti inverzió jön létre. Az ultrarövidhullámok az inverziós réteghez érve megtörnek és a Föld felévisszaverődnek. Ezek a folyamatok főleg nyáron és ősszel jellemzőek a mérsékelt égövi területeken.
A légtömegek mozgása és egyéb meteorológiai hatások következtében, a hőmérsékleti és relatív nedvesség-eloszlási görbén ugrásszerű hirtelen változások is felléphetnek, ennek következtében a görbe a normálistól eltérhet. Az ilyen hőmérsékletugrás - más néven inverzió - a légsűrűség változását okozza: a meleg levegő sűrűsége kisebb, mint a hidegé. Az optikából ismeretes a fénytörés alapszabálya: ha a fénysugár valamely optikailag sűrűbb (nagyobb törésmutatójú) közegből egy kisebb sűrűségűbe (kisebb törésmutató) lép, az átlépési pontban emelt merőlegestől elfelé, míg az optikailag sűrűbb közegbe lépve a merőleges felé törik.
Az ultrarövid hullámok a terjedési közeg sűrűségének változásakor a fényhez hasonló viselkedést tanúsítanak: a hullámhomlok az inverziórétegbe belépve a Föld felszíne felé törik. Az inverziós réteg általában viszonylag kis magasságban helyezkedik el.
A közvetlen terjedéssel csak azok a hullámok érik az ellenállomás antennáját, amelyek igen lapos szögben, mintegy a Föld felszínéhez érintőlegesen lépnek ki az adóantennáról. Ha a troposzféra állapota a hullámpálya elhajlását és ezzel rendkívüli terjedést okoz, szintén a lapos lesugárzás kedvez a terjedésnek. Ebből nyilvánvalóan következik, hogy nagytávolságú összeköttetések létesítése szempontjából azok az antennatípusok kedvezőek, amelyek elsősorban a függőleges síkban nyalábolnak.
troposzférikus hullámvezetéses (ducting) terjedés:Ritkán előforduló jelenség az ún. troposzferikus hullámvezetéses átvitel (angolul: ducting). Ez csak akkor jön létre, ha egy időben egymás felett több inverziós réteg közé jut be a hullám, ott addig reflektálódik ide-oda a két réteg között, míg az alsó réteg lokális elvékonyodásához érve azon át kilép. A rendkívüli hullámvezetéses terjedést az jellemzi, hogy az összeköttetés – területileg igen távoli állomások között szűken behatárolt - lehetséges, míg a közelebbi állomások a holtzóna miatt nem érhetők el. Hullámvezetéses terjedés azonban kialakulhat a Föld felszíne és egy nagykiterjedésű talajmenti inverziós réteg között. Ennek a terjedésnek a jellemzője, hogy a terjedés útjában nincs holtzóna. Ha a troposzféra törésmutatója olyan nagy, hogy a földfelszínnel párhuzamosan kisugárzott hullámvisszaverődés lehetséges, akkor szuper-refrakcióról beszélünk. Ilyenkor az inverziós rétegen totálreflexió lép fel, amely folyamat hasonlatos a rövidhullámoknak az ionoszféra egyes rétegein lezajló reflexiós folyamatához.
troposzférikus szórthullám (scatter) terjedés: A troposzféra felső tartományában, kb. 10 km magasságban, a légrétegek intenzív függőleges áramlása figyelhető meg. Ezek az ún. kiegyenlítődési áramlatok. A különböző hőmérsékletű légrétegek keveredése állandó turbulenciát hoz létre. Ilyenkor parazita-inhomogenitások keletkeznek, amelyeknek a környező légtömegekkel szemben eltérő hőmérsékletük, nyomásuk és relatív nedvességtartalmuk van. Ha a hullámterjedés pályája ilyen inhomogenitásokon átvezet, akkor az energia kicsiny töredéke diffúz szóródást szenved.
Minthogy a szórt sugárzás a tér minden irányában terjed, egy része jóval az optikai látóhatár mögött tér vissza a Föld felszínére. Ez a maradék erőtér rendkívül kicsiny, azonban állandó értékű.
A troposzferikus szórthullám-terjedést (angolul: tropospheric scatter) a 100...1000 MHz közötti frekvenciáknál szokták hasznosítani, főleg az 500 MHz körüli frekvenciáknál. Az áthidalható 800...1000 km-t i, elérhet. A vétel minősége rendszerint gyenge és sokszor az átvitt jel sávszélességének csökkenése is megfigyelhető. A sávszélesség csökkenése azzal magyarázható, hogy az inhomogén tartomány különböző pontjairól származó szórthullámok fáziskéséssel érkeznek a vevőantennához. A szórási gócok helyzetváltozásai a troposzférában ezen kívül kisebb-nagyobb fading jelenségeket is okozhatnak.
Lásd még »»
optikai látóhatárkvázioptikai látóhatárszabadtéri csillapítás
