Метеорологический спутник или 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 ). [1]
Хотя метеорологические спутники в основном используются для обнаружения развития и движения штормовых систем и других видов облаков, они 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 . [2] Также отслеживался дым от пожаров на западе США, таких как Колорадо и Юта .
Эль-Ниньо и его влияние на погоду ежедневно отслеживаются по спутниковым изображениям. Озоновая дыра в Антарктике 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.
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). [3] Первый метеорологический спутник, «Вэнгард-2» , был запущен 17 февраля 1959 года. [4] Он был разработан для измерения облачного покрова и сопротивления, но плохая ось вращения и эллиптическая орбита не позволили ему собрать заметное количество полезные данные. На спутниках Explorer VI и VII также проводились эксперименты, связанные с погодой. [3]
Первым метеорологическим спутником, который считался успешным, был TIROS-1 , запущенный НАСА 1 апреля 1960 года. [5] TIROS проработал 78 дней и оказался гораздо более успешным, чем Vanguard 2. TIROS проложил путь для программы Nimbus . , чьи технологии и результаты являются наследием большинства спутников наблюдения за Землей, запущенных НАСА и НОАА 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 . [6]
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. [7]
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 вдвое 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 на ракете-носителе Ariane-5 с приборами Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager (SEVIRI) и геостационарного баланса радиации Земли (GERB), а также полезной нагрузкой для поддержки КОСПАС-САРСАТ. Миссии по поиску и спасению (SAR) и платформе сбора данных ARGOS (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 программы Европейской комиссии Copernicus и выполняет миссию Sentinel-4 по ежечасному мониторингу 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.
В 2006 году ракетой-носителем «Союз» с космодрома Байконур (Казахстан) на солнечно-синхронную орбиту высотой 817 км был выведен первый европейский низкоорбитальный оперативный метеорологический спутник « Метоп -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 обычно осуществляется по различным «каналам» электромагнитного спектра , в частности, по видимой и инфракрасной частям.
Некоторые из этих каналов включают: [8] [9]
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. [10]
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). [11] На инфракрасных изображениях изображены океанские водовороты и вихри, а также картографированы течения, такие как Гольфстрим, которые имеют большое значение 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.
.jpg/1280px-First_Full_Disk_Image_from_GOES-17_as_GOES_West_(40118037553).jpg)
Каждый метеорологический спутник предназначен для использования одного из двух различных классов орбиты: геостационарной и полярной орбиты .
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). [12]
В эксплуатации находится несколько геостационарных метеорологических космических аппаратов. В серии GOES в США действуют три: GOES-15 , GOES-16 и GOES-17 . GOES-16 и-17 остаются неподвижными над Атлантическим и Тихим океанами соответственно. [13] ГОЭС-15 был выведен из эксплуатации в начале июля 2019 года. [14]
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. [15]
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.). [16] Индия также эксплуатирует геостационарные спутники под названием INSAT , на которых установлены приборы для метеорологических целей.
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. Полярно-орбитальные метеорологические спутники 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 ) и NOAA-20 ( 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.
Метеорологический спутник Министерства обороны США ( DMSP ) может «видеть» лучше всех погодных аппаратов, поскольку способен 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 драматичных фотографий запечатлены 600 нефтяных пожаров в Кувейте , устроенных 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.
.gif/1280px-NOAA_Shares_First_Infrared_Imagery_from_GOES-17_(43904870711).gif)
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, их легко обнаружить и отслеживать. Недавние примеры перемещения пыли через Тихий океан и достижения 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 собираются с помощью метеорологических спутников с 1969 года. [17]
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 . Результаты зондирования вдоль наземной траектории спутника можно будет позже объединить в координатную сетку для формирования карт .
Согласно Международному союзу электросвязи (МСЭ), метеорологическая спутниковая служба (также: служба метеорологической спутниковой радиосвязи ) – в соответствии со статьей 1.52 Регламента радиосвязи МСЭ (РР) [18] – определяется как « Спутниковая служба исследования Земли». служба метеорологических целей» .
Эта служба радиосвязи классифицируется в соответствии с Регламентом радиосвязи МСЭ (статья 1) следующим образом:
Фиксированная служба (статья 1.20).
Распределение радиочастот осуществляется согласно статье 5 Регламента радиосвязи МСЭ (редакция 2012 г.). [19]
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.
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )