Satelita pogodowy

GOES-16 , amerykański satelita pogodowy służby meteorologiczno-satelitarnej

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 ).

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 i 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 w USA, Europie, Indiach, Chinach, Rosji i Japonii zapewniają niemal ciągłe obserwacje dla globalnego zegarka pogodowego.

Historia

Dalsze informacje: Pierwsze zdjęcia Ziemi z kosmosu
Pierwszy telewizyjny obraz Ziemi z kosmosu z satelity pogodowego TIROS-1 w 1960 roku
Mozaika zdjęć Stanów Zjednoczonych z satelity pogodowego ESSA-9 , wykonanych 26 czerwca 1969 r.

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 roku, informacje o temperaturze w troposferycznej zaczęły być pozyskiwane przez satelity ze wschodniego Atlantyku i większości Oceanu Spokojnego, co doprowadziło do znacznej poprawy prognozy pogody .

Satelity na orbicie polarnej ESSA i NOAA poszły w ich ślady od późnych lat 60. XX wieku. Potem pojawiły się satelity geostacjonarne, począwszy od serii ATS i SMS pod koniec lat 60. i na początku lat 70. XX wieku, a następnie kontynuowano serię GOES od lat 70. XX wieku. orbicie polarnej, takie jak QuikScat i TRMM , zaczęły przekazywać informacje o wietrze w pobliżu powierzchni oceanu, począwszy od późnych lat 70. .

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.

W Europie pierwszy geostacjonarny operacyjny satelita meteorologiczny Meteosat , Meteosat-1, został wystrzelony w 1977 roku na rakiecie Delta. Satelita miał cylindryczną konstrukcję stabilizowaną obrotowo, o średnicy 2,1 m i wysokości 3,2 m, obracającą się z prędkością ok. 100 obr./min i wyposażony w Meteosat Visible and Infrared Imager (MVIRI). Kolejne satelity Meteosat pierwszej generacji zostały wystrzelone na europejskich wyrzutniach Ariane-4 z Kourou w Gujanie Francuskiej, aż do Meteosat-7 włącznie, który zbierał dane od 1997 do 2017 roku, początkowo obsługiwany przez Europejską Agencję Kosmiczną a później, od 1995 r., przez Europejską Organizację Eksploatacji Satelitów Meteorologicznych (EUMETSAT).

Meteosat drugiej generacji (MSG) – również stabilizowane obrotowo, choć fizycznie większe i dwukrotnie cięższe niż satelity pierwszej generacji – zostały opracowane przez ESA we współpracy z europejskim przemysłem i we współpracy z EUMETSAT, który następnie obsługuje satelity ze swojej siedziby głównej w Darmstadt w Niemczech. to samo podejście zastosowano w przypadku wszystkich kolejnych europejskich satelitów meteorologicznych. Meteosat-8, pierwszy satelita MSG, został wystrzelony w 2002 roku na wyrzutni Ariane-5 z instrumentami Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager (SEVIRI) oraz Geostationary Earth Radiation Budget (GERB), wraz z ładunkami mającymi wspierać COSPAS-SARSAT Search and Rescue (SAR) i ARGOS Data Collection Platform (DCP). SEVIRI zapewnił zwiększoną liczbę kanałów widmowych w porównaniu z MVIRI i zobrazował dysk pełnej Ziemi z podwójną szybkością. Meteosat-9 został wystrzelony jako uzupełnienie Meteosat-8 w 2005 roku, a druga para składająca się z Meteosat-10 i Meteosat-11 została wystrzelona odpowiednio w 2012 i 2015 roku.

Program Meteosat Third Generation (MTG) wystrzelił swojego pierwszego satelitę w 2022 roku i zawierał szereg zmian w stosunku do swoich poprzedników w celu wsparcia jego misji gromadzenia danych do prognozowania pogody i monitorowania klimatu. Satelity MTG są stabilizowane w trzech osiach, a nie wirowo, co zapewnia większą elastyczność w projektowaniu satelitów i instrumentów. System MTG obejmuje oddzielne modele satelitów Imager i Sounder, które współużytkują tę samą magistralę satelitarną, z linią bazową trzech satelitów — dwóch Imager i jednego Soundera — tworzących konfigurację operacyjną. Satelity Imager są wyposażone w Flexible Combined Imager (FCI), następcę MVIRI i SEVIRI, aby zapewnić jeszcze większą rozdzielczość i pokrycie widmowe, skanując cały dysk Ziemi co dziesięć minut, a także nowy ładunek Lightning Imager (LI). Satelity z echosondą są wyposażone w sondy na podczerwień (IRS) i ultrafioletowe widzialne instrumenty bliskiej podczerwieni (UVN). UVN jest częścią Komisji Europejskiej Copernicus i spełnia Sentinel-4 misja monitorowania jakości powietrza, gazów śladowych i aerozoli nad Europą co godzinę w wysokiej rozdzielczości przestrzennej. Dwa satelity MTG – jeden Imager i jeden Sounder – będą działać w bliskiej odległości od pozycji geostacjonarnej 0 stopni nad zachodnią Afryką, aby obserwować wschodni Ocean Atlantycki, Europę, Afrykę i Bliski Wschód, podczas gdy drugi satelita Imager będzie działać od 9,5- deg East, aby wykonać misję szybkiego skanowania nad Europą. MTG kontynuuje wsparcie Meteosat dla misji ARGOS i Search and Rescue. MTG-I1 wystrzelony w jednym z ostatnich startów Ariane-5, a kolejne satelity planowane do wystrzelenia w Ariane-6, gdy wejdzie do służby.

W 2006 roku pierwszy europejski satelita meteorologiczny działający na niskiej orbicie okołoziemskiej, Metop -A, został wystrzelony na orbitę synchroniczną ze Słońcem na wysokości 817 km przez rakietę nośną Sojuz z Bajkonuru w Kazachstanie. Ten operacyjny satelita – który tworzy segment kosmiczny Eumetsat Polar System (EPS) – zbudowany na dziedzictwie ERS i Envisat ESA misje eksperymentalne, a następnie w odstępach sześcioletnich Metop-B i Metop-C – ten ostatni wystrzelony z Gujany Francuskiej w „zeuropeizowanym” Sojuzie. W każdym z nich znajduje się trzynaście różnych pasywnych i aktywnych instrumentów, od kamer i echosond po skaterometr i instrument do okultacji radiowej. Satelitarny moduł serwisowy oparty jest na szynie SPOT-5, podczas gdy zestaw użytecznych ładunków to połączenie nowych i tradycyjnych instrumentów z Europy i USA w ramach umowy Initial Joint Polar System pomiędzy EUMETSAT i NOAA.

Druga generacja satelitów Metop (Metop-SG) jest w zaawansowanej fazie rozwoju, a wystrzelenie pierwszego satelity przewidziane jest na 2025 r. Podobnie jak w przypadku MTG, Metop-SG zostanie wystrzelony na Ariane-6 i będzie obejmował dwa modele satelitów, które będą działać parami w zamian pojedynczych satelitów pierwszej generacji, aby kontynuować misję EPS.

Obserwacja

Te służby meteorologiczno-satelitarne widzą jednak więcej niż tylko chmury i układy chmur

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 pogodowych 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 oka , przy użyciu techniki Dvoraka , gdzie różnicę między temperaturą ciepłego oka a otaczającymi ją zimnymi wierzchołkami chmur można wykorzystać do określenia jego intensywności (zimniejsze wierzchołki chmur generalnie wskazują na bardziej intensywną burzę). 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 kolorowych technik cyfrowych, obrazy termiczne w odcieniach szarości można przekonwertować na kolor w celu łatwiejszej identyfikacji żądanych informacji.

typy

geostacjonarnego satelity Himawari 8 w prawdziwych kolorach
Geostacjonarny satelita GOES-17 skalibrowany radiancje poziomu 1B - obraz True Color Composite PNG

Każdy satelita meteorologiczny jest zaprojektowany do korzystania z jednej z dwóch różnych klas orbit: geostacjonarnej i polarnej .

geostacjonarny

„geostacjonarny satelita meteorologiczny” przekierowuje tutaj. Informacje o japońskich satelitach zwanych „geostacjonarnym satelitą meteorologicznym” można znaleźć w artykule Himawari (satelita) .

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, a zatem mogą rejestrować lub przesyłać obrazy całej półkuli poniżej w sposób ciągły 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 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 obsługuje również satelity geostacjonarne zwane INSAT , które przenoszą instrumenty do celów meteorologicznych.

Orbicie polarnej

Sterowana komputerowo zmotoryzowana paraboliczna antena talerzowa do śledzenia satelitów pogodowych LEO .

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 mają serię satelitów meteorologicznych na orbicie polarnej NOAA , obecnie NOAA-15, NOAA-18 i NOAA-19 ( POES ) oraz NOAA-20 ( JPSS ). Europa ma 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

Antena obrotowa do odbioru transmisji z satelity pogodowego LEO 137 MHz

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 przechwycone 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 tlący się. 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

Obraz burzy w podczerwieni nad środkowymi Stanami Zjednoczonymi z satelity GOES-17

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 znad Sahary w Afryce dryfuje przez równikowe regiony Oceanu Atlantyckiego. Zdjęcia GOES-EAST umożliwiają meteorologom obserwację, śledzenie i prognozowanie tej chmury piasku. Oprócz zmniejszania widoczności i powodowania problemów z oddychaniem, chmury piasku hamują 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

Zobacz też: Atmosferyczne brzmienie
Dalsze informacje: Satelitarne pomiary temperatury

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

Satelitarny system obserwacji pogody, NOAA-M spacecrft

Według Międzynarodowego ) ( Związku . cele." Telekomunikacyjnego (ITU) służba meteorologiczno -satelitarna także: służba radiokomunikacyjna meteorologiczno-satelitarna jest – zgodnie z art

Klasyfikacja


Ta służba radiokomunikacyjna jest klasyfikowana zgodnie z Regulaminem Radiokomunikacyjnym ITU (art. 1) w następujący sposób: Służba stała (art. 1.20)

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 co 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

401-402 MHz POMOC METEOROLOGICZNA




OPERACJE KOSMICZNE (kosmos-Ziemia) BADANIA ZIEMI SATELITARNA (Ziemia-kosmos) METEOROLOGICZNIE SATELITARNA (Ziemia-kosmos) Stała Ruchoma z wyjątkiem ruchomej lotniczej

8 817,50-8 821,50 MHz METEOROLOGIA SATELITARNA (Ziemia-kosmos)
i inne usługi

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Teoria
Dane
Polityka rządu
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Weather_satellite&oldid=1142389884 ”