電離層での電波吸収について

[ゆゆ]

はじめまして。
一般気象学第2版補訂版（p32）を読んでおり、以下の点について困っています。
気象予報士の試験では重要視されない項目かもしれませんが、
どなたかご助力いただけると嬉しいです。

D層で電波が吸収されたり弱められたりする仕組みが理解できません。
上記の本文を読んで、D層の空気の密度の高さが電波を吸収する原因なのかな？と理解したんですが、もしそうなら、夜間に紫外線が当たらずD層が消えてしまったとしても、空気の密度自体は変化しないし、日中と変わらずやっぱり電波は吸収されてしまうんじゃないかな？と思いました。

また短波はD層を通り抜けるのに、長波は反射する、というのも不思議です。
長波は短波より周波数が低い電波、ということですよね？
低周波の電波は、障害物をすり抜けやすく、より遠くに届きやすい印象があるんですが、どうして長波はD層で反射するのでしょうか？

なにか根本的なところで、私の理解が間違っている気がしています…。
教えてもらえる相手もおらず、この場を借りて質問させていただきました。
ヒントになりそうなURL等など、なにか力を貸していただけると嬉しいです。
よろしくお願いいたします。

[あきら]

ゆゆさん、おはようございます。
電離層は、太陽光の紫外線エネルギーによって原子の周りの電子が遊離して浮遊している状態の層のことを言います。
「密度」と仰っておられるのは空気密度ではなく、この電子の密度のことだと思います。電離層はD層から上空に向かってF層までありますが、電子密度はD<Fで上空へいくほど密度が大きくなります。

学生のころの知識なので幾分自信がないのですが、以下のようにお考えになられたらいかがでしょうか。

電波は電磁波（電気的、磁気的な波）で、周波数によって固有の波長を持っていますが、上記の電子密度を網の目と思えば（密度が大きいほど網の目が細かい）、周波数が高い（波長が短い）ほど網の目を通過しやすくなります。

放送電波で考えてみましょう。
ＡＭラジオ　長波
短波ラジオ　短波
ＦＭラジオ　超短波　とします。

ＡＭラジオは、D層の網で電波が弱まり、反射による遠方到達はしません。ところが夜間はD層が無くなるのでE,F層で反射して遠くに届きます。（夜間に海外のAM放送が聞こえたりする所以）

短波ラジオは、D層の網の目をくぐり抜け、E,F層で反射するので遠くに届きます。（短波ラジオが海外向けである所以）

超短波は、全てくぐり抜けるので反射が起こらず遠くに届きません。（FMラジオはローカル局である所以）
(注：スポラディックＥ層という特殊な層が発生することがあってこれは超短波も反射します)

長文失礼しました。助けになりましたでしょうか。

[ゆゆ]

ご丁寧に解説していただき、とても嬉しいです。
ありがとうございます。

電離層を網の目として捉える発想はありませんでした！
下層ほど網の目が大きい＝電子の密度が低い、ということですね。

周波数が高いほど網の目を通過しやすいというのは、
エネルギーの高い波ほど障害物を突破しやすい、ということですか？
（このあたりはこれ以上深くつっこむと、
気象学というか量子力学の範囲になってしまうのでしょうか・・・）

スポラディックE層という言葉は初めて聞きました。
調べてみようと思います！

[投稿者]

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