Satelita pogodowy -Weather satellite
Satelita pogodowy lub satelita meteorologiczny to rodzaj satelity obserwacyjnego Ziemi , który jest używany głównie do monitorowania pogody i klimatu na Ziemi. Satelity mogą krążyć po orbicie polarnej (asynchronicznie pokrywając całą Ziemię) lub geostacjonarnie (unosić się nad tym samym punktem na równiku ).
Chociaż satelity meteorologiczne są używane głównie do wykrywania rozwoju i przemieszczania się systemów burzowych i innych form chmur, mogą również wykrywać inne zjawiska, takie jak światła miast, pożary, skutki zanieczyszczenia, zorze polarne , burze piaskowe i pyłowe , pokrywa śnieżna, mapy lodu, granice obszarów prądy morskie i przepływy energii. Inne rodzaje informacji środowiskowych są zbierane za pomocą satelitów pogodowych. Pogodowe zdjęcia satelitarne pomogły w monitorowaniu chmury pyłu wulkanicznego z Mount St. Helens oraz aktywności innych wulkanów, takich jak Etna . Monitorowano również dym z pożarów w zachodnich Stanach Zjednoczonych, takich jak Kolorado i Utah .
El Niño i jego wpływ na pogodę są codziennie monitorowane na podstawie zdjęć satelitarnych. Dziura ozonowa w Antarktydzie jest mapowana na podstawie satelitarnych danych pogodowych. Łącznie satelity pogodowe, którymi latają Stany Zjednoczone, Europa, Indie, Chiny, Rosja i Japonia, zapewniają niemal ciągłe obserwacje globalnej prognozy pogody.
Historia
Już w 1946 roku rozwijano pomysł kamer na orbicie do obserwacji pogody. Było to spowodowane rzadkim zasięgiem obserwacji danych i kosztem używania kamer chmurowych na rakietach. Do 1958 roku powstały wczesne prototypy TIROS i Vanguard (opracowane przez Army Signal Corps). Pierwszy satelita pogodowy, Vanguard 2 , został wystrzelony 17 lutego 1959 roku. Został zaprojektowany do pomiaru zachmurzenia i oporu, ale słaba oś obrotu i jego eliptyczna orbita uniemożliwiły mu zebranie znacznej ilości przydatnych danych. Satelity Explorer VI i VII zawierały również eksperymenty związane z pogodą.
Pierwszym satelitą pogodowym, który został uznany za sukces, był TIROS-1 , wystrzelony przez NASA 1 kwietnia 1960 roku. TIROS działał przez 78 dni i okazał się znacznie bardziej skuteczny niż Vanguard 2. TIROS utorował drogę programowi Nimbus , którego technologia a odkrycia są dziedzictwem większości satelitów obserwujących Ziemię, które NASA i NOAA wystrzeliły od tego czasu. Począwszy od satelity Nimbus 3 w 1969 r., informacje o temperaturze w kolumnie troposferycznej zaczęły być pozyskiwane przez satelity ze wschodniego Atlantyku i większości Oceanu Spokojnego, co doprowadziło do znacznej poprawy prognoz pogody .
Satelity na orbicie polarnej ESSA i NOAA poszły w ich ślady od późnych lat 60. XX wieku. Potem pojawiły się satelity geostacjonarne, poczynając od serii ATS i SMS pod koniec lat 60. i na początku lat 70. XX wieku, a następnie kontynuując serię GOES od lat 70. XX wieku. Satelity na orbicie polarnej, takie jak QuikScat i TRMM , zaczęły przekazywać informacje o wietrze w pobliżu powierzchni oceanu począwszy od późnych lat 70. XX wieku, z obrazami mikrofalowymi przypominającymi wyświetlacze radarowe, co znacznie poprawiło diagnozy siły, nasilenia i lokalizacji cyklonu tropikalnego w latach 2000 i 2010 .
Satelita DSCOVR , należący do NOAA, został wystrzelony w 2015 roku i stał się pierwszym satelitą głębokiego kosmosu, który może obserwować i przewidywać pogodę kosmiczną. Może wykrywać potencjalnie niebezpieczne warunki pogodowe, takie jak wiatr słoneczny i burze geomagnetyczne . To właśnie dało ludzkości możliwość tworzenia dokładnych i zapobiegawczych prognoz pogody kosmicznej od końca 2010 roku.
Obserwacja
Obserwacji dokonuje się zwykle za pomocą różnych „kanałów” widma elektromagnetycznego , w szczególności części widzialnej i podczerwonej .
Niektóre z tych kanałów to:
- Widzialna i bliska podczerwień: 0,6–1,6 μm – do rejestrowania zachmurzenia w ciągu dnia
- Podczerwień: 3,9–7,3 μm (para wodna), 8,7–13,4 μm (obrazowanie termiczne)
Widmo widzialne
Obrazy w świetle widzialnym z satelitów meteorologicznych podczas lokalnych godzin dziennych są łatwe do interpretacji nawet przez przeciętnego człowieka, chmury, systemy chmur, takie jak fronty i burze tropikalne, jeziora, lasy, góry, śnieg, lód, pożary i zanieczyszczenia, takie jak dym, smog , kurz i zamglenie są łatwo widoczne. Nawet wiatr można określić na podstawie wzorów chmur, wyrównania i ruchu z kolejnych zdjęć.
Spektrum podczerwieni
Obrazy termiczne lub w podczerwieni zarejestrowane przez czujniki zwane radiometrami skanującymi umożliwiają wyszkolonemu analitykowi określenie wysokości i rodzaju chmur, obliczenie temperatury lądu i wód powierzchniowych oraz zlokalizowanie cech powierzchni oceanu. Zdjęcia satelitarne w podczerwieni mogą być skutecznie wykorzystywane w przypadku cyklonów tropikalnych z widocznym wzorem oczu , przy użyciu techniki Dvoraka , gdzie różnicę między temperaturą ciepłego oka a otaczającymi zimnymi wierzchołkami chmur można wykorzystać do określenia jego intensywności (zimniejsze wierzchołki chmur ogólnie wskazują silniejsza burza). Obrazy w podczerwieni przedstawiają wiry lub wiry oceaniczne oraz mapują prądy, takie jak Prąd Zatokowy, które są cenne dla przemysłu żeglugowego. Rybacy i rolnicy są zainteresowani znajomością temperatury lądu i wody, aby chronić swoje uprawy przed mrozem lub zwiększyć swoje połowy z morza. Nawet zjawisko El Niño można dostrzec. Korzystając z cyfrowych technik kolorowania, obrazy termiczne w odcieniach szarości można przekształcić w kolor w celu łatwiejszej identyfikacji pożądanych informacji.
typy
.jpg)
Każdy satelita meteorologiczny jest zaprojektowany do korzystania z jednej z dwóch różnych klas orbit: geostacjonarnej i polarnej .
geostacjonarny
Geostacjonarne satelity pogodowe krążą wokół Ziemi nad równikiem na wysokości 35 880 km (22 300 mil). Z powodu tej orbity pozostają nieruchome w stosunku do obracającej się Ziemi, dzięki czemu mogą w sposób ciągły rejestrować lub przesyłać obrazy całej półkuli poniżej za pomocą swoich czujników światła widzialnego i podczerwieni. Media informacyjne wykorzystują zdjęcia geostacjonarne w swoich codziennych prezentacjach pogody jako pojedyncze obrazy lub w formie pętli filmowych. Są one również dostępne na stronach prognoz miejskich www.noaa.gov (na przykład Dallas, TX).
Działa kilka geostacjonarnych meteorologicznych statków kosmicznych. Seria GOES w Stanach Zjednoczonych ma trzy działające: GOES-15 , GOES-16 i GOES-17 . GOES-16 i-17 pozostają nieruchome odpowiednio nad Oceanem Atlantyckim i Pacyfikiem. GOES-15 przeszedł na emeryturę na początku lipca 2019 r.
Satelita GOES 13 , który wcześniej należał do National Oceanic and Atmospheric Association (NOAA), został przekazany Siłom Kosmicznym Stanów Zjednoczonych w 2019 roku i przemianowany na EWS-G1; stając się pierwszym geostacjonarnym satelitą pogodowym, którego właścicielem i operatorem jest Departament Obrony Stanów Zjednoczonych.
Rosyjski satelita pogodowy nowej generacji Elektro-L nr 1 działa na pozycji 76°E nad Oceanem Indyjskim. Japończycy mają MTSAT -2 zlokalizowany nad środkowym Pacyfikiem na 145°E i Himawari 8 na 140°E. Europejczycy mają cztery działające, Meteosat -8 (3,5°W) i Meteosat-9 (0°) nad Oceanem Atlantyckim oraz Meteosat-6 (63°E) i Meteosat-7 (57,5°E) nad Oceanem Indyjskim . Chiny mają obecnie cztery satelity geostacjonarne Fengyun (风云) (FY-2E na 86,5 ° E, FY-2F na 123,5 ° E, FY-2G na 105 ° E i FY-4A na 104,5 ° E). Indie obsługują również satelity geostacjonarne zwane INSAT , które przenoszą instrumenty do celów meteorologicznych.
Orbicie polarnej
Satelity pogodowe na orbicie polarnej okrążają Ziemię na typowej wysokości 850 km (530 mil) po ścieżce z północy na południe (lub odwrotnie), mijając bieguny w ciągłym locie. Satelity pogodowe na orbicie polarnej znajdują się na orbitach synchronicznych ze słońcem , co oznacza, że są w stanie obserwować dowolne miejsce na Ziemi i będą widzieć każde miejsce dwa razy dziennie w tych samych ogólnych warunkach oświetleniowych ze względu na prawie stały lokalny czas słoneczny . Satelity pogodowe na orbicie polarnej oferują znacznie lepszą rozdzielczość niż ich odpowiedniki geostacjonarne ze względu na ich bliskość do Ziemi.
Stany Zjednoczone posiadają serię satelitów meteorologicznych krążących wokół biegunów, obecnie NOAA-15, NOAA-18 i NOAA-19 ( POES ) oraz NOAA-20 ( JPSS ) . Europa ma satelity Metop -A, Metop -B i Metop -C obsługiwane przez EUMETSAT . Rosja ma serie satelitów Meteor i RESURS. Chiny mają rok budżetowy -3A, 3B i 3C. Indie mają również satelity na orbicie polarnej.
DMSP
Satelita Meteorologiczny Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych ( DMSP ) może „zobaczyć” najlepszy ze wszystkich pojazdów pogodowych dzięki swojej zdolności wykrywania obiektów prawie tak „małych”, jak ogromny tankowiec . Ponadto ze wszystkich satelitów pogodowych na orbicie tylko DMSP może „widzieć” obraz w nocy. Niektóre z najbardziej spektakularnych zdjęć zostały zarejestrowane przez czujnik obrazu nocnego; światła miast, wulkany , pożary, błyskawice, meteory , wypalenia pól naftowych, a także zorza polarna i zorza polarna zostały uchwycone przez czujnik niskiego światła księżyca tego pojazdu kosmicznego o wysokości 450 mil (720 km).
Jednocześnie można monitorować zużycie energii i rozwój miast, ponieważ widoczne są zarówno duże, jak i mniejsze miasta, a także światła autostrad. To informuje astronomów o zanieczyszczeniu światłem . Zaciemnienie w Nowym Jorku z 1977 roku zostało uchwycone przez jeden z pojazdów kosmicznych DMSP z nocnego orbitera.
Oprócz monitorowania świateł miejskich, te zdjęcia są atutem ratującym życie w wykrywaniu i monitorowaniu pożarów. Satelity nie tylko widzą pożary wizualnie w dzień iw nocy, ale skanery termiczne i na podczerwień na pokładzie tych satelitów pogodowych wykrywają potencjalne źródła ognia pod powierzchnią Ziemi, gdzie występuje tlenie. Po wykryciu pożaru te same satelity pogodowe dostarczają istotnych informacji o wietrze, który może podsycać lub rozprzestrzeniać pożary. Te same zdjęcia chmur z kosmosu mówią strażakowi , kiedy będzie padać.
Niektóre z najbardziej dramatycznych zdjęć przedstawiały 600 pożarów ropy naftowej w Kuwejcie , wywołanych przez uciekającą armię Iraku 23 lutego 1991 roku. Nocne zdjęcia pokazały ogromne rozbłyski, znacznie przewyższające blask dużych zaludnionych obszarów. Pożary pochłonęły miliony galonów ropy; ostatni został oblany 6 listopada 1991 roku.
Używa
.gif)
Monitorowanie pól śnieżnych, zwłaszcza w Sierra Nevada , może być pomocne dla hydrologów w śledzeniu dostępnej pokrywy śnieżnej dla spływów kluczowych dla zlewni zachodnich Stanów Zjednoczonych. Informacje te są zbierane z istniejących satelitów wszystkich agencji rządu USA (oprócz lokalnych pomiarów naziemnych). Kry, paczki i góry lodowe można również zlokalizować i śledzić ze statku kosmicznego pogodowego.
Nawet zanieczyszczenia, niezależnie od tego, czy są spowodowane przez naturę, czy przez człowieka, można dokładnie określić. Zdjęcia wizualne i w podczerwieni pokazują skutki zanieczyszczenia z odpowiednich obszarów na całej ziemi. Można również wykryć zanieczyszczenia pochodzące z samolotów i rakiet , a także ślady kondensacji . Informacje na temat prądów oceanicznych i wiatru na niskim poziomie zebrane ze zdjęć kosmicznych mogą pomóc w przewidywaniu zasięgu i przemieszczania się oceanicznych wycieków ropy. Niemal każdego lata piasek i pył z Sahary w Afryce dryfuje po równikowych regionach Oceanu Atlantyckiego. Zdjęcia GOES-EAST umożliwiają meteorologom obserwowanie, śledzenie i prognozowanie tej chmury piasku. Oprócz zmniejszania widoczności i powodowania problemów z oddychaniem, chmury piasku hamują powstawanie huraganów , modyfikując równowagę promieniowania słonecznego w tropikach. Inne burze piaskowe w Azji i Chinach kontynentalnych są powszechne i łatwe do wykrycia i monitorowania, z ostatnimi przykładami pyłu przemieszczającego się przez Ocean Spokojny i docierającego do Ameryki Północnej.
W odległych rejonach świata z niewielką liczbą lokalnych obserwatorów pożary mogą wymykać się spod kontroli przez wiele dni, a nawet tygodni i pochłaniać miliony akrów, zanim władze zostaną zaalarmowane. Satelity pogodowe mogą być ogromnym atutem w takich sytuacjach. Nocne zdjęcia pokazują również wypalanie pól gazowych i naftowych. Od 1969 roku satelity pogodowe rejestrują profile temperatury i wilgotności powietrza.
Czujniki bezobrazowe
Nie wszystkie satelity pogodowe są bezpośrednimi przetwornikami obrazu . Niektóre satelity są sondami , które wykonują pomiary pojedynczego piksela naraz. Nie mają poziomej rozdzielczości przestrzennej , ale często są w stanie rozróżnić pionowe warstwy atmosferyczne . Sondowania wzdłuż toru naziemnego satelity nadal mogą być później umieszczane w siatce w celu utworzenia map .
Regulacja międzynarodowa
Według Międzynarodowego Związku Telekomunikacyjnego (ITU), służba meteorologiczno-satelitarna ( także: służba radiokomunikacyjna meteorologiczno-satelitarna ) jest – zgodnie z art . cele."
Klasyfikacja
Ta służba radiokomunikacyjna jest sklasyfikowana zgodnie z Regulaminem Radiokomunikacyjnym ITU (art. 1) w następujący sposób:
Służba stała (art. 1.20)
- Służba stała satelitarna (artykuł 1.21)
- Służba międzysatelitarna (artykuł 1.22)
-
Służba satelitarnych badań Ziemi (artykuł 1.51)
- Służba meteorologiczno-satelitarna
Alokacja częstotliwości
Przydział częstotliwości radiowych odbywa się zgodnie z art. 5 Regulaminu Radiokomunikacyjnego ITU (wydanie z 2012 r.).
W celu poprawy harmonizacji wykorzystania widma większość przydziałów usług określonych w niniejszym dokumencie została włączona do krajowych tabel przeznaczeń i wykorzystania częstotliwości, za które odpowiada właściwa administracja krajowa. Alokacja może być podstawowa, pomocnicza, wyłączna i współdzielona.
- przydział podstawowy: jest oznaczony dużymi literami (patrz przykład poniżej)
- przydział wtórny: jest oznaczony małymi literami
- wyłączne lub wspólne użytkowanie: leży w zakresie odpowiedzialności administracji
- Przykład przydziału częstotliwości
| Przydział do usług | ||
| Region 1 | Region 2 | Region 3 |
POMOC METEOROLOGICZNA 401-402 MHz
|
||
8 817.50-8 821,50 MHz SATELITA METEOROLOGICZNA (Ziemia-kosmos)
|
||
Zobacz też
- Satelita do obserwacji Ziemi
- Satelita środowiskowy
- Orbita geostacjonarna
- Kosmos 122
- Niska orbita okołoziemska
- Służba radiokomunikacji meteorologiczno-satelitarnej
- Zdalne wykrywanie
Bibliografia
Linki zewnętrzne
- Teoria
- Ralpha E. Taggarda (1994). Podręcznik satelity pogodowego (wyd. 5). Newington, CT: American Radio Relay League . ISBN 978-0-87259-448-7.
- Spółdzielczy Instytut Meteorologicznych Badań Satelitarnych
- Biografia dr Vernera Suomi („ojca satelity geostacjonarnego”)
- Charakterystyka fizyczna geostacjonarnych i polarnych satelitów pogodowych
- Dane
- Złożony w czasie zbliżonym do rzeczywistego obraz satelitarny Ziemi wykonany przez firmę Intellicast
- Międzynarodowa przeglądarka satelitów pogodowych Internetowa przeglądarka geostacjonarnych satelitów pogodowych z zarchiwizowanymi danymi z 2 miesięcy.
- Ziemia nocą według NASA
- EUMETSAT – Europejska Organizacja Eksploatacji Satelitów Meteorologicznych
- NASA Langley Cloud and Radiation Research Zdjęcia satelitarne i produkty w chmurze w czasie zbliżonym do rzeczywistego i zarchiwizowane.
- ISCCP Globalny system przeglądania ISCCP B1 (GIBBS) http://www.ncdc.noaa.gov/gibbs/
- Polityka rządu
- Geostacjonarne satelity pogodowe: poczyniono postępy, ale należy zająć się niedociągnięciami w harmonogramowaniu, planowaniu awaryjnym i komunikacji z użytkownikami: raport dla Komisji Nauki, Przestrzeni Kosmicznej i Technologii w Izbie Reprezentantów Government Accountability Office
- Polarne satelity pogodowe: NOAA zidentyfikowała sposoby ograniczania luk w danych, ale plany i harmonogramy awaryjne wymagają dalszej uwagi: raport dla Komisji Nauki, Przestrzeni Kosmicznej i Technologii w Izbie Reprezentantów Government Accountability Office