Метеорологический спутник

Не путать со спутником «Атмосфера» .

GOES-16 — метеорологический спутник метеорологической спутниковой службы США.

или Метеорологический спутник метеорологический спутник — это тип спутника наблюдения Земли , который в основном используется для мониторинга погоды и климата Земли. Спутники могут находиться на полярной орбите (асинхронно охватывая всю Землю) или геостационарно (зависая над одной и той же точкой на экваторе ).

спутники в основном используются для обнаружения развития и движения штормовых систем и других видов облачности, они Хотя метеорологические также могут обнаруживать и другие явления, такие как огни городов, пожары, последствия загрязнения, полярные сияния , песчаные и пыльные бури , снежный покров, картографирование льда, границы океанские течения и потоки энергии. Другие виды экологической информации собираются с помощью метеорологических спутников. Снимки метеорологического спутника помогли отслеживать облако вулканического пепла с горы Сент-Хеленс и активность других вулканов, таких как Этна . дым от пожаров на западе США, таких как Колорадо и Юта Также отслеживался .

Эль-Ниньо и его влияние на погоду ежедневно отслеживаются по спутниковым изображениям. в Антарктике Озоновая дыра нанесена на карту по данным метеорологических спутников. В совокупности метеорологические спутники, управляемые США, Европой, Индией, Китаем, Россией и Японией, обеспечивают практически непрерывные наблюдения для глобальной службы погоды.

История

Дополнительная информация: Первые изображения Земли из космоса.

Первое телевизионное изображение Земли из космоса с метеоспутника «ТИРОС-1» в 1960 году.

Мозаика фотографий США со спутника погоды ESSA-9 , сделанных 26 июня 1969 года.

Еще в 1946 году разрабатывалась идея использования орбитальных камер для наблюдения за погодой. Это произошло из-за скудного охвата данных наблюдения и дороговизны использования облачных камер на ракетах. К 1958 году были созданы первые прототипы TIROS и Vanguard (разработанные Армейским корпусом связи). Первый метеорологический спутник «Авангард-2 » был запущен 17 февраля 1959 года. Он был разработан для измерения облачного покрова и сопротивления, но плохая ось вращения и эллиптическая орбита не позволили ему собрать заметное количество полезных данных. На спутниках Explorer VI и VII также проводились эксперименты, связанные с погодой.

Первым метеорологическим спутником, который был признан успешным, был TIROS-1 , запущенный НАСА 1 апреля 1960 года. TIROS проработал 78 дней и оказался гораздо более успешным, чем Vanguard 2. TIROS проложил путь для программы Nimbus , технологии и результаты которой являются наследием большинства спутников наблюдения за Землей, которые НАСА и НОАА запустили с тех пор. Начиная со спутника «Нимбус-3» в 1969 году, информация о температуре через столб тропосферы стала получаться спутниками из восточной Атлантики и большей части Тихого океана, что привело к значительному улучшению прогнозов погоды .

Спутники на полярной орбите ESSA и NOAA последовали этому примеру с конца 1960-х годов. Затем последовали геостационарные спутники, начиная с серий ATS и SMS в конце 1960-х - начале 1970-х годов, а затем, начиная с 1970-х годов, продолжая серией GOES. Спутники на полярной орбите, такие как QuikScat и TRMM, начали передавать информацию о ветре у поверхности океана, начиная с конца 1970-х годов, с помощью микроволновых изображений, которые напоминали дисплеи радаров, что значительно улучшило диагностику силы, интенсификации и местоположения тропических циклонов в 2000-х и 2010-х годах. .

Спутник DSCOVR , принадлежащий NOAA, был запущен в 2015 году и стал первым спутником дальнего космоса, который может наблюдать и прогнозировать космическую погоду. Он может обнаруживать потенциально опасные погодные условия, такие как солнечный ветер и геомагнитные бури . Именно это дало человечеству возможность делать точные и упреждающие прогнозы космической погоды с конца 2010-х годов.

В Европе первый геостационарный оперативный метеорологический спутник Meteosat Meteosat-1 был запущен в 1977 году на ракете-носителе «Дельта». Спутник представлял собой цилиндрическую конструкцию со стабилизированным вращением диаметром 2,1 м и высотой 3,2 м, вращающуюся со скоростью прибл. 100 об/мин и с прибором Meteosat Visible and Infrared Imager (MVIRI). Последовательные спутники Meteosat первого поколения были запущены на европейских ракетах-носителях Ariane-4 из Куру во Французской Гайане, вплоть до Meteosat-7, который собирал данные с 1997 по 2017 год и первоначально эксплуатировался Европейским космическим агентством , а затем, с 1995 года, Европейская организация по эксплуатации метеорологических спутников (ЕВМЕТСАТ).

Спутники Meteosat второго поколения (MSG) - также стабилизированные по вращению, хотя физически больше и в два раза тяжелее первого поколения - были разработаны ЕКА совместно с европейской промышленностью и в сотрудничестве с EUMETSAT, которые затем управляют спутниками из своей штаб-квартиры в Дармштадте, Германия, с помощью этого спутника. тот же подход использовался для всех последующих европейских метеорологических спутников. Meteosat-8 , первый спутник MSG, был запущен в 2002 году с помощью ракеты-носителя Ariane-5 , оснащенной приборами Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager (SEVIRI) и геостационарного баланса радиации Земли (GERB), а также полезной нагрузкой для поддержки КОСПАС-САРСАТ. по поиску и спасению (SAR) и платформе сбора данных ARGOS Миссии (DCP). SEVIRI предоставил увеличенное количество спектральных каналов по сравнению с MVIRI и получил изображения всего диска Земли с удвоенной скоростью. Meteosat-9 был запущен в дополнение к Meteosat-8 в 2005 году, а вторая пара, состоящая из Meteosat-10 и Meteosat-11, была запущена в 2012 и 2015 годах соответственно.

Программа Meteosat третьего поколения (MTG) запустила свой первый спутник в 2022 году и внесла ряд изменений по сравнению со своими предшественниками в поддержку своей миссии по сбору данных для прогнозирования погоды и мониторинга климата. Спутники MTG стабилизированы по трем осям, а не по вращению, что обеспечивает большую гибкость при проектировании спутников и приборов. В системе MTG используются отдельные модели спутников Imager и Sounder, которые используют одну и ту же спутниковую шину, при этом базовая линия состоит из трех спутников — двух Imager и одного Sounder — образующих рабочую конфигурацию. Спутники-спутники оснащены гибким комбинированным формирователем изображений (FCI), пришедшим на смену MVIRI и SEVIRI, обеспечивающим еще большее разрешение и спектральный охват, сканирующим весь диск Земли каждые десять минут, а также новой полезной нагрузкой Lightning Imager (LI). Спутники-зонды оснащены инфракрасным зондом (IRS) и приборами ультрафиолетового, видимого и ближнего инфракрасного диапазона (UVN). UVN является частью Европейской Комиссии « программы Коперник » и выполняет Миссия Sentinel-4 для ежечасного мониторинга качества воздуха, газовых примесей и аэрозолей над Европой с высоким пространственным разрешением. Два спутника MTG — один Imager и один Sounder — будут работать в непосредственной близости от геостационарной точки 0 градусов над западной Африкой для наблюдения за восточной частью Атлантического океана, Европой, Африкой и Ближним Востоком, а второй спутник Imager будет работать с высоты 9,5°. градуса на восток для выполнения миссии быстрого сканирования Европы. MTG продолжает оказывать поддержку Meteosat миссиям ARGOS и поисково-спасательным операциям. MTG-I1 был запущен в ходе одного из последних запусков Ariane-5, а последующие спутники планировалось запустить на Ariane-6, когда он поступит в эксплуатацию.

первый европейский низкоорбитальный оперативный метеорологический спутник «Метоп высотой 817 км был выведен на солнечно-синхронную орбиту В 2006 году ракетой-носителем «Союз» с космодрома Байконур (Казахстан) -А». Этот действующий спутник, образующий космический сегмент полярной системы Eumetsat (EPS), создан на базе экспериментальных миссий ЕКА ERS и Envisat . За ним с шестилетними интервалами последовали Metop-B и Metop-C, последний был запущен из Французской Гвианы на «европеизированном» Союзе . Каждый из них оснащен тринадцатью различными пассивными и активными приборами разной конструкции: от тепловизоров и зондов до рефлектометра и радиозатменного прибора. Модуль спутникового обслуживания основан на шине SPOT-5 , а комплект полезной нагрузки представляет собой комбинацию новых и традиционных инструментов из Европы и США в соответствии с первоначальным соглашением о совместной полярной системе между ЕВМЕТСАТ и НОАА.

Второе поколение спутников Metop (Metop-SG) находится в стадии разработки, запуск первого спутника запланирован на 2025 год. Как и MTG, Metop-SG будет запущен на Ariane-6 и будет состоять из двух моделей спутников, которые будут работать парами взамен одиночных спутников первого поколения для продолжения миссии EPS.

Наблюдение

эти метеорологические спутниковые службы видят больше, чем просто облака и облачные системы. Однако

Наблюдение обычно осуществляется по различным «каналам» электромагнитного спектра , в частности, по видимой и инфракрасной частям.

Некоторые из этих каналов включают в себя:

• Видимый и ближний инфракрасный диапазон: 0,6–1,6 мкм – для регистрации облачности в течение дня.
• Инфракрасный: 3,9–7,3 мкм (водяной пар), 8,7–13,4 мкм (тепловизор).

Видимый спектр

Изображения в видимом свете, полученные с метеорологических спутников в течение местного дневного времени, легко интерпретируются даже обычным человеком, облаками, облачными системами, такими как фронты и тропические штормы, озерами, лесами, горами, снежным льдом, пожарами и загрязнениями, такими как дым, смог. , пыль и дымка легко заметны. Даже ветер можно определить по узору облаков, расположению и движению на последовательных фотографиях.

Инфракрасный спектр

Тепловые или инфракрасные изображения , записанные датчиками, называемыми сканирующими радиометрами, позволяют обученному аналитику определять высоту и типы облаков, рассчитывать температуру суши и поверхностных вод, а также определять местонахождение особенностей поверхности океана. Инфракрасные спутниковые изображения можно эффективно использовать для тропических циклонов с видимой глазковой структурой, используя метод Дворжака , где разница между температурой теплого глаза и окружающих вершин холодных облаков может использоваться для определения их интенсивности (более холодные вершины облаков обычно указывают на более сильный шторм). Инфракрасные изображения изображают океанские водовороты или вихри, а также картографируют течения, такие как Гольфстрим, которые важны для судоходной отрасли. Рыбаки и фермеры заинтересованы в знании температуры земли и воды, чтобы защитить свои посевы от заморозков или увеличить улов с моря. Можно обнаружить даже явление Эль-Ниньо. Используя методы цветной оцифровки, тепловые изображения с оттенками серого можно преобразовать в цветные для облегчения идентификации необходимой информации.

Типы

геостационарного спутника «Химавари 8» Первое полноцветное составное изображение PNG

Калиброванное излучение уровня 1B геостационарного спутника GOES-17 — композитное изображение True Color PNG

Каждый метеорологический спутник предназначен для использования одного из двух различных классов орбиты: геостационарной и полярной орбиты .

Геостационарный

«Геостационарный метеорологический спутник» перенаправляется сюда. О японских спутниках под названием «Геостационарный метеорологический спутник» см. Химавари (спутник) .

Геостационарные метеорологические спутники вращаются вокруг Земли над экватором на высоте 35 880 км (22 300 миль). Благодаря этой орбите они остаются неподвижными по отношению к вращающейся Земле и, таким образом, могут непрерывно записывать или передавать изображения всего полушария внизу с помощью своих датчиков видимого света и инфракрасного излучения. Средства массовой информации используют геостационарные фотографии в своих ежедневных прогнозах погоды в виде отдельных изображений или в виде циклов фильмов. Их также можно найти на страницах городских прогнозов на сайте www.noaa.gov (например, Даллас, Техас).

В эксплуатации находится несколько геостационарных метеорологических космических аппаратов. в США В серии GOES действуют три: GOES-15 , GOES-16 и GOES-17 . GOES-16 и-17 остаются неподвижными над Атлантическим и Тихим океанами соответственно. ГОЭС-15 был выведен из эксплуатации в начале июля 2019 года.

Спутник GOES 13 , ранее принадлежавший Национальной ассоциации океанических и атмосферных исследований (NOAA), в 2019 году был передан Космическим силам США и переименован в EWS-G1; станет первым геостационарным метеорологическим спутником, который будет принадлежать и эксплуатироваться Министерством обороны США.

Российский метеорологический спутник нового поколения «Электро-Л №1» работает на 76° в.д. над Индийским океаном. У японцев есть спутник MTSAT -2, расположенный над средней частью Тихого океана на 145° восточной долготы, а спутник Himawari 8 — на 140° восточной долготы. У европейцев действуют четыре спутника: Meteosat -8 (3,5° з.д.) и Meteosat-9 (0°) над Атлантическим океаном, а также Meteosat-6 (63° в.д.) и Meteosat-7 (57,5° в.д.) над Индийским океаном. . В настоящее время в Китае действуют четыре геостационарных спутника «Фэнъюнь » (风云) (FY-2E на 86,5 ° в.д., FY-2F на 123,5 ° в.д., FY-2G на 105 ° в.д. и FY-4A на 104,5 ° в.д.). Индия также управляет геостационарными спутниками под названием INSAT , на которых установлены приборы для метеорологических целей.

Полярная орбита

Моторизованная параболическая параболическая антенна с компьютерным управлением для слежения за метеорологическими спутниками на околоземной орбите.

Полярно-орбитальные метеорологические спутники вращаются вокруг Земли на типичной высоте 850 км (530 миль) по траектории с севера на юг (или наоборот), проходя над полюсами в своем непрерывном полете. Метеоспутники на полярной орбите находятся на солнечно-синхронных орбитах , что означает, что они могут наблюдать за любым местом на Земле и будут просматривать каждое место дважды в день с одинаковыми общими условиями освещения из-за почти постоянного местного солнечного времени . Полярно-орбитальные метеорологические спутники обеспечивают гораздо лучшее разрешение, чем их геостационарные аналоги, из-за их близости к Земле.

В Соединенных Штатах есть серия метеорологических спутников на полярной орбите NOAA , в настоящее время NOAA-15, NOAA-18 и NOAA-19 ( POES ), а также NOAA-20 и NOAA-21 ( JPSS ). В Европе есть спутники Metop -A, Metop -B и Metop -C, эксплуатируемые EUMETSAT . В России есть спутники серии «Метеор» и «РЕСУРС». У Китая есть финансовые годы -3A, 3B и 3C. У Индии также есть спутники на полярной орбите.

ДМСП

Турникетная антенна для приема LEO на частоте 137 МГц. передач метеорологических спутников

DMSP ) Метеорологический спутник Министерства обороны США ( может «видеть» лучше всех погодных аппаратов, поскольку его способность обнаруживать объекты почти столь же «маленькие», как огромный нефтяной танкер . Кроме того, из всех метеорологических спутников на орбите только DMSP может «видеть» ночью в визуальном режиме. Некоторые из самых впечатляющих фотографий были сделаны датчиком ночного видения; Огни города, вулканы , пожары, молнии, метеоры , пожары на нефтяных месторождениях, а также Северное и Южное сияния были запечатлены датчиком слабого лунного света космического корабля высотой 720 километров (450 миль).

В то же время можно отслеживать использование энергии и рост городов, поскольку заметны как крупные, так и даже второстепенные города, а также фонари на шоссе. Это информирует астрономов о световом загрязнении . Отключение электроэнергии в Нью -Йорке в 1977 году было заснято одним из ночных орбитальных космических аппаратов DMSP.

Эти фотографии не только позволяют контролировать освещение города, но и спасают жизни при обнаружении и мониторинге пожаров. Спутники не только визуально видят пожары днем ​​и ночью, но и тепловые и инфракрасные сканеры на борту этих метеорологических спутников обнаруживают потенциальные источники огня под поверхностью Земли, где происходит тление. Как только пожар обнаружен, те же метеорологические спутники предоставляют жизненно важную информацию о ветре, который может раздуть или распространить пожар. Эти же фотографии облаков из космоса сообщают пожарному , когда пойдет дождь.

На некоторых из самых впечатляющих фотографий запечатлены 600 нефтяных пожаров в Кувейте , устроенные бегущей армией Ирака 23 февраля 1991 года. На ночных фотографиях были видны огромные вспышки, намного превосходящие яркость крупных населенных пунктов. Пожары уничтожили огромное количество нефти; последний был облит 6 ноября 1991 года.

Использование

Инфракрасное изображение штормов над центральной частью США со GOES-17. спутника

Мониторинг снежных полей, особенно в Сьерра-Неваде , может быть полезен гидрологам, отслеживающим наличие снежного покрова для стока, жизненно важного для водоразделов западных Соединенных Штатов. Эта информация собирается с существующих спутников всех агентств правительства США (помимо локальных наземных измерений). Льдины, паки и айсберги также можно обнаруживать и отслеживать с помощью метеорологических космических аппаратов.

Даже загрязнение, будь то природное или антропогенное, можно точно определить. Визуальные и инфракрасные фотографии показывают последствия загрязнения из соответствующих районов по всей Земле. Также можно обнаружить загрязнение от самолетов и ракет , а также следы конденсата . Информация об океанских течениях и ветре на малых высотах, полученная из космических фотографий, может помочь спрогнозировать масштабы и движение разливов нефти в океане. Почти каждое лето песок и пыль из пустыни Сахара в Африке дрейфуют через экваториальные районы Атлантического океана. Фотографии GOES-EAST позволяют метеорологам наблюдать, отслеживать и прогнозировать это песчаное облако. Помимо снижения видимости и возникновения проблем с дыханием, песчаные облака подавляют образование ураганов , изменяя баланс солнечной радиации в тропиках. Другие пыльные бури в Азии и материковом Китае являются обычным явлением, и их легко обнаружить и отслеживать. Недавние примеры пыли перемещаются через Тихий океан и достигают Северной Америки.

В отдаленных районах мира, где мало местных наблюдателей, пожары могут выйти из-под контроля в течение нескольких дней или даже недель и охватить огромные территории, прежде чем власти будут предупреждены. Метеорологические спутники могут оказаться ценным активом в таких ситуациях. Ночные фотографии также показывают горения на газовых и нефтяных месторождениях. Профили температуры и влажности атмосферы регистрируются метеорологическими спутниками с 1969 года.

Неизображающие датчики

См. Также: Зондирование атмосферы.

Дополнительная информация: Спутниковые измерения температуры.

Не все метеорологические спутники являются прямыми формирователями изображений . Некоторые спутники представляют собой зонды , которые измеряют каждый пиксель за раз. Они не имеют горизонтального пространственного разрешения , но часто способны разрешать вертикальные слои атмосферы . спутника Результаты зондирования вдоль наземной траектории можно будет позже объединить в координатную сетку для формирования карт .

Международное регулирование

Спутниковая система наблюдения за погодой, космический корабль НОАА-М

По мнению Международного союза электросвязи (МСЭ), метеорологическая спутниковая служба (также: служба метеорологической спутниковой радиосвязи ) – в соответствии со статьей 1.52 Регламента радиосвязи МСЭ (РР) – определяется как « Спутниковая служба исследования Земли для метеорологических целей».

Классификация

Эта служба радиосвязи классифицируется в соответствии с Регламентом радиосвязи МСЭ (статья 1) следующим образом:
Фиксированная служба (статья 1.20)

• Фиксированная спутниковая служба (статья 1.21)
• Межспутниковая служба (статья 1.22)
• Спутниковая служба исследования Земли (статья 1.51)
  • Метеорологическая спутниковая служба

Распределение частот

Распределение радиочастот осуществляется согласно статье 5 Регламента радиосвязи МСЭ (редакция 2012 г.).

В целях улучшения гармонизации использования спектра большинство распределений служб, предусмотренных в этом документе, были включены в национальные таблицы распределения и использования частот, за которые отвечает соответствующая национальная администрация. Распределение может быть первичным, вторичным, исключительным и общим.

• первичное распределение: обозначается заглавными буквами (см. пример ниже)
• вторичное распределение: обозначается строчными буквами
• эксклюзивное или совместное использование: находится в компетенции администраций

Пример распределения частот

Распределение по услугам
Регион 1	Регион 2	Регион 3
401–402 МГц МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ СПРАВКА КОСМИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ (космос-Земля) СПУТНИК ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗЕМЛИ (Земля-космос) МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ СПУТНИКОВАЯ (Земля-космос) Зафиксированный Подвижная, за исключением воздушной подвижной
8 817,50–8 821,50 МГц МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ СПУТНИКОВАЯ (Земля-космос) и другие услуги

См. также

• Спутник наблюдения Земли
• Экологический спутник
  • Список спутников наблюдения Земли
• Геостационарная орбита
• Kosmos 122
• Низкая околоземная орбита
  • Служба метеорологической спутниковой радиосвязи
• Дистанционное зондирование

Внешние ссылки

Теория

• Ральф Э. Таггард (1994). Справочник по метеорологическим спутникам (5-е изд.). Ньюингтон, Коннектикут: Американская лига радиорелейной связи . ISBN  978-0-87259-448-7 .
• Кооперативный институт метеорологических спутниковых исследований
• Биография Вернера Суоми («отца геостационарного спутника»)
  • Интерпретация спутниковых изображений – Виртуальный музей Суоми
• Физические характеристики геостационарных и полярно-орбитальных метеорологических спутников
  • Экономика NOAA и социальные преимущества POES

Данные

• Как скачать метеорологические спутниковые изображения из космического справочника Планетарного общества
• Составление спутникового изображения Земли почти в реальном времени от Intellicast
• Международный просмотрщик метеорологических спутников. Онлайн-просмотр геостационарных метеорологических спутников с архивными данными за 2 месяца.
• Земля ночью , НАСА
• ЕВМЕТСАТ – Европейская организация по эксплуатации метеорологических спутников
• НАСА Лэнгли Облако и радиационные исследования Практически в реальном времени и архивные спутниковые изображения и облачные продукты.
• Глобальная система просмотра ISCCP B1 ISCCP (GIBBS) http://www.ncdc.noaa.gov/gibbs/ ; Государственная политика
• Геостационарные метеорологические спутники: прогресс достигнут, но необходимо устранить недостатки в планировании, планировании действий на случай чрезвычайных ситуаций и общении с пользователями: доклад Комитету по науке, космосу и технологиям, Счетная палата правительства Палаты представителей
• Полярные метеорологические спутники: НОАА определило способы устранения пробелов в данных, но планы и графики действий на случай непредвиденных обстоятельств требуют дальнейшего внимания: отчет Комитету по науке, космосу и технологиям, Счетная палата правительства Палаты представителей