Meteorologická družice -Weather satellite
Meteorologická družice nebo meteorologická družice je druh družice pro pozorování Země , která se primárně používá ke sledování počasí a klimatu na Zemi. Satelity mohou být polární obíhající (pokrývající celou Zemi asynchronně) nebo geostacionární (vznášející se nad stejným místem na rovníku ).
Meteorologické satelity , které se primárně používají k detekci vývoje a pohybu bouřkových systémů a jiných vzorů oblačnosti, mohou také detekovat další jevy, jako jsou světla měst, požáry, účinky znečištění, polární záře , písečné a prachové bouře , sněhová pokrývka, mapování ledu, hranice mořské proudy a energetické toky. Jiné typy informací o životním prostředí se shromažďují pomocí meteorologických satelitů. Satelitní snímky počasí pomohly při sledování oblaku sopečného popela z Mount St. Helens a aktivity z jiných sopek, jako je Etna . Byl také sledován kouř z požárů na západě Spojených států, jako je Colorado a Utah .
El Niño a jeho účinky na počasí jsou denně sledovány ze satelitních snímků. Antarktická ozónová díra je zmapována z dat meteorologických družic. Souhrnně meteorologické družice létané USA, Evropou, Indií, Čínou, Ruskem a Japonskem poskytují téměř nepřetržitá pozorování pro globální meteorologické hodinky.
Dějiny
Již v roce 1946 se rozvíjela myšlenka kamer na oběžné dráze pro pozorování počasí. Bylo to způsobeno řídkým pokrytím pozorováním dat a náklady na používání cloudových kamer na raketách. V roce 1958 byly vytvořeny rané prototypy pro TIROS a Vanguard (vyvinuté Army Signal Corps). První meteorologická družice, Vanguard 2 , byla vypuštěna 17. února 1959. Byla navržena k měření oblačnosti a odporu, ale špatná osa rotace a její eliptická dráha jí bránily ve sběru pozoruhodného množství užitečných dat. Družice Explorer VI a VII také obsahovaly experimenty související s počasím.
První meteorologický satelit, který byl považován za úspěšný, byl TIROS-1 , vypuštěný NASA 1. dubna 1960. TIROS fungoval 78 dní a ukázal se být mnohem úspěšnější než Vanguard 2. TIROS vydláždil cestu programu Nimbus , jehož technologie a nálezy jsou dědictvím většiny družic pro pozorování Země, které NASA a NOAA od té doby vypustily. Počínaje satelitem Nimbus 3 v roce 1969 začaly informace o teplotě prostřednictvím troposférického sloupce získávat satelity z východního Atlantiku a většiny Tichého oceánu, což vedlo k významným zlepšením předpovědí počasí .
Polární družice ESSA a NOAA následovaly od konce 60. let 20. století. Následovaly geostacionární družice, počínaje sérií ATS a SMS koncem 60. a začátkem 70. let, poté pokračovala řadou GOES od 70. let kupředu. Satelity na polární oběžné dráze, jako jsou QuikScat a TRMM , začaly koncem 70. let 20. století přenášet informace o větru v blízkosti povrchu oceánu pomocí mikrovlnných snímků, které se podobaly radarovým displejům, což výrazně zlepšilo diagnostiku síly tropických cyklónů , jejich intenzifikaci a umístění během let 2000 a 2010. .
Družice DSCOVR , kterou vlastní NOAA, byla vypuštěna v roce 2015 a stala se první družicí hlubokého vesmíru, která dokáže pozorovat a předpovídat vesmírné počasí. Dokáže detekovat potenciálně nebezpečné počasí, jako je sluneční vítr a geomagnetické bouře . To je to, co dává lidstvu schopnost vytvářet přesné a preventivní předpovědi kosmického počasí od konce roku 2010.
Pozorování
Pozorování se obvykle provádí prostřednictvím různých „kanálů“ elektromagnetického spektra , zejména viditelné a infračervené části.
Některé z těchto kanálů zahrnují:
- Viditelné a blízké infračervené: 0,6–1,6 μm – pro záznam oblačnosti během dne
- Infračervené: 3,9–7,3 μm (vodní pára), 8,7–13,4 μm (termovize)
Viditelné spektrum
Snímky ve viditelném světle z meteorologických družic během místních denních hodin jsou snadno interpretovatelné i pro průměrného člověka, mraky, systémy oblačnosti, jako jsou fronty a tropické bouře, jezera, lesy, hory, sněhový led, požáry a znečištění, jako je kouř, smog , prach a opar jsou snadno patrné. Dokonce i vítr lze určit podle vzorů mraků, zarovnání a pohybu z po sobě jdoucích fotografií.
Infračervené spektrum
Tepelné nebo infračervené snímky zaznamenané senzory nazývanými skenovací radiometry umožňují vyškolenému analytikovi určit výšky a typy oblačnosti, vypočítat teplotu pevniny a povrchové vody a lokalizovat rysy povrchu oceánu . Satelitní infračervené snímky lze efektivně použít pro tropické cyklóny s viditelným vzorem oka pomocí Dvorakovy techniky , kdy rozdíl mezi teplotou teplého oka a okolních studených vrcholů mraků lze použít k určení jeho intenzity (chladnější vrcholy mraků obecně označují intenzivnější bouřka). Infračervené snímky zobrazují oceánské víry nebo víry a mapují proudy, jako je Golfský proud, které jsou cenné pro lodní průmysl. Rybáři a zemědělci mají zájem znát teploty půdy a vody, aby ochránili své plodiny před mrazem nebo zvýšili svůj úlovek z moře. Dokonce lze pozorovat jevy El Niño. Pomocí barevně digitalizovaných technik lze šedě stínované termosnímky převést na barvu pro snadnější identifikaci požadovaných informací.
Typy
Každý meteorologický satelit je navržen tak, aby používal jednu ze dvou různých tříd oběžné dráhy: geostacionární a polární .
Geostacionární
Geostacionární meteorologické družice obíhají Zemi nad rovníkem ve výškách 35 880 km (22 300 mil). Díky této oběžné dráze zůstávají nehybné vzhledem k rotující Zemi, a tak mohou nepřetržitě zaznamenávat nebo přenášet snímky celé polokoule pod nimi pomocí svých senzorů pro viditelné světlo a infračervené záření. Zpravodajská média používají geostacionární fotografie ve své každodenní prezentaci počasí jako jednotlivé obrázky nebo jako filmové smyčky. Ty jsou také k dispozici na stránkách s předpověďmi města www.noaa.gov (příklad Dallas, TX).
V provozu je několik geostacionárních meteorologických kosmických lodí. Americká řada GOES má v provozu tři: GOES-15 , GOES-16 a GOES-17 . GOES-16 a-17 zůstávají stacionární nad Atlantickým a Tichým oceánem. GOES-15 byl vyřazen na začátku července 2019.
Satelit GOES 13 , který byl dříve ve vlastnictví National Oceanic and Atmospheric Association (NOAA), byl v roce 2019 převeden na US Space Force a přejmenován na EWS-G1; se stal prvním geostacionárním meteorologickým satelitem, který vlastní a provozuje ministerstvo obrany USA.
Ruská meteorologická družice nové generace Elektro-L No.1 operuje na pozici 76° východní délky nad Indickým oceánem. Japonci mají MTSAT -2 umístěný nad středním Pacifikem na 145° východní délky a Himawari 8 na 140° východní délky. Evropané mají v provozu čtyři, Meteosat -8 (3,5°W) a Meteosat-9 (0°) nad Atlantským oceánem a Meteosat-6 (63°E) a Meteosat-7 (57,5°E) nad Indickým oceánem. . Čína v současnosti provozuje čtyři geostacionární družice Fengyun (风云) (FY-2E na 86,5°E, FY-2F na 123,5°E, FY-2G na 105°E a FY-4A na 104,5°E). Indie také provozuje geostacionární satelity zvané INSAT , které nesou přístroje pro meteorologické účely.
Polární oběžná dráha
Meteorologické družice obíhající na polární dráze krouží kolem Země v typické výšce 850 km (530 mil) v dráze ze severu na jih (nebo naopak) a ve svém nepřetržitém letu přelétají přes póly. Meteorologické družice na polární oběžné dráze jsou na slunečních synchronních drahách , což znamená, že jsou schopny pozorovat jakékoli místo na Zemi a každé místo uvidí dvakrát denně se stejnými obecnými světelnými podmínkami díky téměř konstantnímu místnímu slunečnímu času . Meteorologické družice na polární oběžné dráze nabízejí mnohem lepší rozlišení než jejich geostacionární protějšky díky své blízkosti k Zemi.
Spojené státy mají sérii polárních meteorologických satelitů na oběžné dráze NOAA , v současnosti NOAA-15, NOAA-18 a NOAA-19 ( POES ) a NOAA-20 ( JPSS ). Evropa má satelity Metop -A, Metop -B a Metop -C provozované společností EUMETSAT . Rusko má řadu satelitů Meteor a RESURS. Čína má FY -3A, 3B a 3C. Indie má také satelity na polární oběžné dráze.
DMSP
Meteorologická družice Ministerstva obrany Spojených států ( DMSP ) dokáže „vidět“ to nejlepší ze všech meteorologických vozidel díky své schopnosti detekovat objekty téměř tak „malé“ jako obrovský ropný tanker . Navíc ze všech meteorologických družic na oběžné dráze může „vidět“ v noci ve vizuálu pouze DMSP. Některé z nejúžasnějších fotografií byly zaznamenány nočním vizuálním senzorem; Městská světla, sopky , požáry, blesky, meteory , vyhoření ropných polí a také polární záře a Aurora Australis byly zachyceny senzorem nízkého měsíčního svitu tohoto 450 mil vysokého (720 km) vesmírného vozidla.
Současně lze sledovat spotřebu energie a růst města, protože jak velká, tak i menší města, stejně jako dálniční světla, jsou nápadná. To informuje astronomy o světelném znečištění . Výpadek New York City z roku 1977 byl zachycen jedním z kosmických vozidel nočního orbiteru DMSP.
Kromě monitorování městských světel jsou tyto fotografie životně důležitým přínosem při detekci a monitorování požárů. Satelity nejenže vidí požáry vizuálně ve dne i v noci, ale tepelné a infračervené skenery na palubě těchto meteorologických satelitů detekují potenciální zdroje ohně pod povrchem Země, kde dochází k doutnání. Jakmile je požár detekován, stejné meteorologické satelity poskytují důležité informace o větru, který by mohl rozdmýchávat nebo šířit požáry. Tyto stejné fotografie mraků z vesmíru říkají hasičům, kdy bude pršet.
Některé z nejdramatičtějších fotografií ukazovaly 600 kuvajtských ropných požárů , které zahájila prchající irácká armáda 23. února 1991. Noční fotografie ukazovaly obrovské záblesky, které daleko předčily záři velkých obydlených oblastí. Požáry pohltily miliony galonů ropy; poslední byl politý 6. listopadu 1991.
Použití
Monitorování sněhových polí, zejména v pohoří Sierra Nevada , může být užitečné pro hydrologa, který sleduje dostupnou sněhovou pokrývku pro odtok životně důležitý pro povodí západních Spojených států. Tyto informace jsou získávány ze stávajících satelitů všech agentur vlády USA (kromě místních měření na zemi). Ledové kry, smečky a bergy lze také lokalizovat a sledovat z meteorologických kosmických lodí.
Dokonce i znečištění, ať už je způsobeno přírodou nebo člověkem, lze přesně určit. Vizuální a infračervené fotografie ukazují účinky znečištění z příslušných oblastí po celé Zemi. Lze také zaznamenat znečištění letadel a raket , stejně jako kondenzační stopy . Oceánské proudy a informace o nízké hladině větru získané z vesmírných fotografií mohou pomoci předpovědět pokrytí a pohyb oceánské ropné skvrny. Téměř každé léto se písek a prach ze saharské pouště v Africe unáší přes rovníkové oblasti Atlantského oceánu. Fotografie GOES-EAST umožňují meteorologům pozorovat, sledovat a předpovídat tento písečný mrak. Kromě toho, že písečné mraky snižují viditelnost a způsobují dýchací potíže, potlačují tvorbu hurikánů tím, že upravují rovnováhu slunečního záření v tropech. Jiné prachové bouře v Asii a pevninské Číně jsou běžné a snadno zjistitelné a monitorovatelné, přičemž nedávné příklady prachu se pohybují přes Tichý oceán a dosahují Severní Ameriky.
V odlehlých oblastech světa s malým počtem místních pozorovatelů by se požáry mohly vymknout kontrole na dny nebo dokonce týdny a pohltit miliony akrů, než budou úřady upozorněny. Meteorologické satelity mohou být v takových situacích obrovským přínosem. Noční fotografie také ukazují vyhoření v plynových a ropných polích. Profily atmosférické teploty a vlhkosti byly pořizovány meteorologickými družicemi od roku 1969.
Nezobrazovací senzory
Ne všechny meteorologické družice jsou přímé snímky . Některé satelity jsou sirény , které měří vždy jeden pixel . Nemají žádné horizontální prostorové rozlišení , ale často jsou schopné nebo rozlišující vertikální atmosférické vrstvy . Sondy podél satelitní pozemní dráhy mohou být později ještě mřížkované a tvoří mapy .
Mezinárodní regulace
Podle Mezinárodní telekomunikační unie (ITU) je meteorologická družicová služba (také: meteorologická družicová radiokomunikační služba ) – podle článku 1.52 Radiokomunikačního řádu ITU (RR) – definována jako « Služba družicového průzkumu Země pro meteorologické služby . účely."
Klasifikace
Tato radiokomunikační služba je klasifikována v souladu s Radiokomunikačním řádem ITU (článek 1) takto:
Pevná služba (článek 1.20)
- Pevná satelitní služba (článek 1.21)
- Mezisatelitní služba (článek 1.22)
-
Služba družicového průzkumu Země (článek 1.51)
- Meteorologicko-družicová služba
Přidělování frekvencí
Přidělování rádiových kmitočtů je zajištěno podle článku 5 Radiokomunikačního řádu ITU (vydání 2012).
Za účelem zlepšení harmonizace ve využívání spektra byla většina přidělení služeb uvedených v tomto dokumentu začleněna do národních tabulek přidělení a využití kmitočtů, což je v odpovědnosti příslušné národní správy. Alokace může být primární, sekundární, exkluzivní a sdílená.
- primární alokace: označuje se psaním velkými písmeny (viz příklad níže)
- sekundární přidělení: je označeno malými písmeny
- výhradní nebo sdílené využití: je v odpovědnosti správ
- Příklad přidělení frekvence
Přidělení do služeb | ||
Region 1 | Region 2 | Oblast 3 |
401-402 MHz METEOROLOGICKÉ POMŮCKY
|
||
8 817,50-8 821,50 MHz METEOROLOGICKÁ DRUŽICE (vzestupný směr)
|
Viz také
- Satelit pro pozorování Země
- Environmentální satelit
- Geostacionární dráha
- Kosmos 122
- Nízká oběžná dráha Země
- Meteorologicko-družicová radiokomunikační služba
- Dálkový průzkum Země
Reference
externí odkazy
- Teorie
- Ralph E. Taggard (1994). Příručka meteorologické družice (5. vydání). Newington, CT: Americká rozhlasová štafetová liga . ISBN 978-0-87259-448-7.
- Kooperativní ústav pro meteorologická družicová studia
- Dr. Verner Suomi ("otec geostacionární družice") biografie
- Fyzikální charakteristiky geostacionárních a polárních meteorologických družic
- Data
- Téměř v reálném čase složený satelitní snímek Země od Intellicast
- Mezinárodní prohlížeč meteorologických družic Online geostacionární prohlížeč meteorologických družic s 2 měsíci archivovaných dat.
- Země v noci podle NASA
- EUMETSAT – Evropská organizace pro využívání meteorologických družic
- NASA Langley Cloud and Radiation Research Téměř v reálném čase a archivované satelitní snímky a cloudové produkty.
- ISCCP Global ISCCP B1 Browse System (GIBBS) http://www.ncdc.noaa.gov/gibbs/
- Vládní politika
- Geostacionární meteorologické družice: Pokrok byl dosažen, ale je třeba řešit nedostatky v plánování, nouzovém plánování a komunikaci s uživateli: Zpráva Výboru pro vědu, vesmír a technologii, Úřad pro odpovědnost vlády ve Sněmovně reprezentantů
- Polární meteorologické satelity: NOAA identifikované způsoby, jak zmírnit datové mezery, ale pohotovostní plány a rozvrhy vyžadují další pozornost: Zpráva Výboru pro vědu, vesmír a technologii, Úřad pro odpovědnost vlády ve Sněmovně reprezentantů