 |
1.1 Метеорологические спутники
|
|
|
|
Метеорологические искусственные спутники Земли стали повседневным и необходимым элементом мировой системы метеорологического наблюдения и прогнозов.
Метеорологический спутник – это летающая лаборатория, оборудованная сложной электронной аппаратурой наблюдения, запоминания и передачи, который позволяет получить информацию о погоде в планетарном масштабе за очень короткий срок.
Современный метеорологический искусственный спутник Земли – это автоматическая космическая обсерватория, выполняющая метеорологические наблюдения и обеспечивающая одновременное измерение радиационных потоков на различных участках спектра, а также получение изображений облачного покрова и подстилающей поверхности в видимом и инфракрасном диапазонах. Снимки облачности позволяют идентифицировать и проследить в глобальном масштабе различные синоптические объекты, такие как циклоны, фронтальные системы, струйные течения [1].
Рисунок – 1 Типовой метеорологический спутник
Конструктивно метеоспутник – это контейнер, оснащённый двумя или тремя панелями солнечных батарей. Контейнер разделён на два герметичных отсека: верхний и нижний. Верхний – энергокомплекс, позволяющий системам наблюдения подпитываться от солнца. Нижний – оборудование для научных наблюдений (рисунок 1).
Спутники оборудованы следующей информационной аппаратурой:
• Оптические приборы КМСС (Спектрозональные оптические приборы видимого диапазона), МСУ-МР (Спектрозональные оптические приборы инфракрасного диапазона), работающие в различных диапазонах;
• СВЧ – радиометры (сверхвысокочастотный радиометр);
• Инфракрасный Фурье-спектрометр, выполняющий зондирование по температурным и влажностным параметрам;
|
|
|
• ГАК-М - приборный комплекс, позволяющий анализировать большой спектр излучений.
• Радиолокационная аппаратура для получения изображений независимо от погоды.
В настоящее время наиболее перспективными спутниками погоды являются геостационарные спутники, такой как европейский метеорологический спутник эксплуатируемый Европейским космическим агентством – Meteosat 8, 9, 10, 11 (MSG 1, 2, 3, 4) – новые европейские метеорологические спутники второго поколения MSG.
Перемещаются на высоте 36 тысячи км по постоянной орбите со скоростью, равной скорости вращения Земли. Поэтому эти спутники всё время находятся над одной точкой на экваторе. Такой спутник постоянно наблюдает 42 % территории земной поверхности. Для того чтобы иметь глобальное покрытие с помощью геостационарных спутников, необходима сеть, состоящая из 5-6 спутников [1].
Спутники оказались удивительно удобным носителем средств дистанционного зондирования земной поверхности и атмосферы. Они дают возможность охватить большие объемы атмосферы, исследовать макромасштабные движения облачности и циклонической деятельности. В то же время применения современных приборов с высокой разрешающей способностью открывает возможность проводить довольно детальные измерения со спутников. Метеорологические спутники в зависимости от параметров обращения разделяются на геостационарные и полярные [2].
Рассмотрим каждый из них более подробнее:
Геостационарные спутники вращаются в плоскости экватора. Скорость спутника такая же, как скорость вращения Земли, и спутник оказывается в стационарном положении над определенной точкой на экваторе. Геостационарная орбита позволяет спутнику непрерывно наблюдать одну и ту же площадь, которая составляет приблизительно 40 % земной поверхности. Для того чтобы иметь глобальное покрытие с помощью геостационарных спутников, необходима сеть, состоящая из 5-6 спутников.
|
|
|
Оперативные метеорологические геостационарные спутники используются США (GOES), Японией (GMS), Китаем (FY-2B), Россией (GOMS), Индией (ІNSAT) и Европейским космическим агентством – ESA (Meteosat).
Характеристики некоторых спутников:
- японский (GMS) расположен на 140о восточной долготы;
- индийский спутник (ІNSAT) – 74о восточной долготы;
- российский GOMS/ELEKTRO No 1 – 76о восточной долготы;
- европейский Meteosat – 0о;
- в США постоянно работают два геостационарных оперативных спутника, один из которых, GOES-8, запущен в апреле 1994, работает на 75о западной долготы, а другой, GOES-9 – в мае 1995 – на 135о западной долготы [1].
Спутники Meteosat, запущенные ESA, обслуживаются Европейской организацией по эксплуатации метеорологических спутников (EUMETSAT). На рисунке 2 в качестве примера показан европейский спутник Meteosat и зона земной поверхности, которую он охватывает [2].
Рисунок – 2 Геостационарный спутник Meteosat и зона покрытия земной поверхности с него
Спутник Meteosat дает метеорологические изображения земного шара с помощью радиометров, работающих в видимом и инфракрасном диапазонах волн. Радиометры сканируют пространство построчно. Область формирования изображений определяется местонахождением спутника на высоте 36000 км над точкой сечения экватора и гринвичского меридиана. С этой выгодной позиции аппаратура спутника с интервалом в полчаса посылает цифровые кодированные изображения с высокой разрешающей способностью. Изображения (инфракрасные и в диапазоне видимого света) принимаются базовой эксплуатационной станцией в Германии. Здесь сырые изображения обрабатываются, корректируются, нарезаются в виде секций 800 х 800 пикселей и аннотируются [1].
Аннотированные изображения (имиджи) распространяются с помощью прием-передатчиков космическими средствами связи. Распорядок распространения данных публикуется EUMETSATом с детализацией информации о том, какие именно изображения передаются, когда и по какому каналу. Версии изображений в Mіcrosoft XL также предоставляются организацией EUMETSAT.
Изображения поступают пользователям как в цифровой форме (зашифрованные), так и в аналоговом виде в WEFAX формате на двух частотах передатчика с частотной модуляцией: канал А1 1691 МГц и канал A2 1694, 5 МГц. Наземные станции принимают, декодируют и сохраняют WEFAX изображения, которые после этого становятся доступными через интернет. На рисунке 3 представлен имидж, полученный по такому каналу 01. 08. 2003 года [2].
|
|
|
Рисунок – 3 Облачность над Западной Европой (EUMETSAT)
Геостационарные спутники не могут видеть полюса. Поэтому необходимы также полярные орбитальные спутники. Метеорологические спутники на полярных орбитах используются Россией (семейство МЕТЕОР-3), Соединенными Штатами и Китаем.
Соединенные Штаты используют семейство гражданских спутников NOAA POES рядом с семейством спутников оборонного ведомства DMSP [1].
NOAA в данное время запускает спутники на дневные и утренние орбиты, чтобы сохранить беспрерывный поток полярных данных. В настоящее время функционируют оперативные полярно-орбитальные спутники, один из которых, NOAA-14, запущен на дневную орбиту в декабре 1994 г., а второй – NOAA-12 – на утреннюю орбиту в мае 1991 г. Действующие оперативные DMSP полярно-орбитальные спутники F-12 и F-13 запущены в августе 1994 и в марте 1995 соответственно. Функционирует также полярный орбитальный метеорологический спутник FY-1, запущенный Китаем. Полярные спутники обеспечивают глобальное покрытие с одного спутника за счет вращения Земли [2].
Метеорологические спутники осуществляют оперативное наблюдение за состоянием атмосферы, океанов и суши. Современная всемирная система таких спутников состоит из 8 геостационарных спутников: GOES-W, GOES-E (США), GOMS (Россия), ІNSAT (Индия), GMS (Япония), FY-2 (Китай) и METEOSAT (ESA) и двух полярных спутников NOAA (США) и МЕТЕОР (Россия) [1].
|
|
|
