В последние два десятилетия большой объем спутниковой информации стал доступным широкому кругу пользователей благодаря глобальной компьютеризации. На экранах ПК мы можем обозревать многие видимые и невидимые компоненты воздушной оболочки Земли, их состояние и эволюцию.
Рис. 1. Сеть космических наблюдений за атмосферой и Земной поверхностью.
Из рис. 1 видно, что наблюдения в глобальном масштабе ведутся с полярно-орбитальных и геостационарных метеорологических искусственных спутников Земли (МИСЗ). В оперативном режиме международный обмен осуществляется с МИСЗ серии NOAA (на орбите функционирует уже NOAA-17) и с МИСЗ Метеосат-7. В настоящее время в обмен включаются данные 5 геостационарных МИСЗ – МЕТЕОСАТ-5,7, GMS-5 (заменен на GOES-9), GOES-EAST, GOES-WEST).
Уникальность метеорологических ИСЗ заключается в том, что, производя обзор с больших высот, они дают возможность:
- проводить наблюдения одновременно в глобальном масштабе в непрерывном режиме;
- наблюдать крупно- и мезо- масштабные системы погоды с одной и той же точки обзора;
- проводить мониторинг и своевременное оповещение о зарождении и приближении коротко живущих опасных циклонов макро- и мезомасштаба, создающих штормовые условия;
- практически мгновенно проводить измерения, сканирование, частичную обработку больших объемов информации.
Новейшие системы коммуникаций (связи), интегрированные в новые серии спутников, позволяют автоматически передавать данные измерений как с МИСЗ, так и через МИСЗ непосредственно потребителям в оперативном режиме.
Регулярные наблюдения с помощью приборов, установленных на МИСЗ, объединяются в Глобальную систему наблюдений (GOS – Global Ob erving Sy tem), которая является частью Глобальной Системы слежения за погодой (World Weather Watch). Основная цель оперативной сети МИСЗ - оценка кинематики и динамики атмосферной циркуляции в реальном режиме времени на регулярной основе. В оперативном режиме информацию МИСЗ принимают в 125 странах мира на более чем 1000 приемных станций.
Спутники серии NOAA
Полярно-орбитальные МИСЗ серии NОАА (National Oceanic and Atmo pheric Admini tration Polar Operational Environmental Satellite , США) уже более 25 лет являются основным космическим звеном метеорологических служб всего мира. Каждые 2-3 года запускается очередной спутник таким образом, что на орбитах одновременно находится не менее 2 (а иногда и более) действующих аппаратов. Расписание запусков ИСЗ этой серии известно до 2007 года.
Орбита спутников - солнечно-синхронная, т.е. каждые сутки спутник проходит над любой территорией примерно в одно и тоже местное время. Высота орбиты - около 800 км. Орбиты проходят вблизи полюсов Земли, и с учетом широкой полосы обзора это гарантирует съемку любого участка подстилающей поверхности с нормальным пространственным разрешением не менее 2-4 раз в сутки с каждого спутника. Спутники выводятся на орбиты таким образом, чтобы съемка с разных спутников относительно равномерно распределялась по времени.
Геостационарные спутники
Геостационарные МИСЗ располагаются в экваториальной полосе и обеспечивают непрерывный обзор погоды от 70 град. ю.ш. до 70 град. с.ш. Меридианы 0-65 град. з.д. закреплены за европейским космическим агентством (EUMETSAT), 74 град. в.д. - за Индией (информация не транслируется через МЕТЕОСАТ-7), 140 град.в.д. - за Японией, 105 и 135 град. - за США (2 МИСЗ). Российская Федерация планирует запуск геостационарного МИСЗ на долготе 76 град. в.д.в 2006 году, характеристики аппаратуры будут аналогичны характеристикам аппаратуры МИСЗ METEOSAT-8.
Все 5 доступных для синоптического анализа геостационарных МИСЗ собирают данные в трех диапазонах (за исключением запущенного в 2002 г. МSG-1 или МЕТЕОСАТ-8, пока недоступного метеорологам для территории РФ - где измерения ведутся в 12 каналах).
Практическое применение данных дистанционного зондирования (ДЗЗ) зависит в первую очередь от типа измерений, т.е. спектрального диапазона ДЗЗ.
В видимом диапазоне (аналог телевизионного сигнала - ТВ) электромагнитного спектра (ЭМГС) аппаратура МИСЗ фиксирует солнечную радиацию, отраженную от земной поверхности или от верхней границы облаков (ВГО). В этом «окне прозрачности» солнечная радиация незначительно поглощается газовыми составляющими тропосферы. Поэтому измерения практически соответствуют характеристикам отражения радиации от подстилающей поверхности и ВГО. Они позволяют составлять карты облачности и альбедо в дневное время суток (Рис. 2).
Рис.2
- Яркие белые тона характерны для высоких значений альбедо, соответствующих отражающей способности мощных и высоких облаков, либо покрытой снегом и льдом подстилающей поверхности;
- Серые оттенки - это низкие значения альбедо, характерные тонким просвечивающим облакам;
- Темно-серые и черные оттенки соответствуют практически отсутствию отражения, что характерно для водной поверхности (озера, реки, моря) и растительности (леса).
В инфракрасном диапазоне (ИК) приборы фиксируют радиацию, излучаемую земной поверхностью (ЗП) и облаками или другими словами тепловую составляющую ЭМГС излучения ВГО (температуру) в дневное и ночное время суток. Используются изображения для карт облачности в круглосуточном представлении и оценки приземной температуры (Рис.3).
Рис. 3
Оттенки серого цвета на черно-белых изображениях представляют собой различную температуру излучаемых поверхностей ВГО или ЗП. (В синоптической практике для единообразной интерпретации изображений в ТВ и ИК диапазонах обычно рассматривают негативные изображения).
Для ярких белых тонов характерны низкие температуры, которые соответствуют высоким значениям верхней границы перистой облачности.
Для серых оттенков (средние значения отрицательных температур) характерны значения ВГО среднего яруса.
Темно-серые до черного цвета оттенки (высокие температуры) характерны теплой подстилающей поверхности (например, акватории тропических морей или территории пустынь).
Спектральный канал в диапазоне излучения водяного пара (ВП). Водяной пар в столбе атмосферы не является прозрачным для представляемого диапазона волн. Излучение радиации в слое ниже 600 гПа полностью поглощается слоем водяного пара, расположенным выше. ВП становится излучающим слоем и излучает радиацию в соответствии с законом Кирхгоффа. Различные оттенки изображений серого цвета представляют собой различные величины содержания водяного пара в слое 600 – 300 гПа, что в свою очередь соответствует и трассерам вертикальных атмосферных движений (Рис.4).
Яркие белые тона соответствуют жидко-капельной фазе, характерной для основных типов облачности и восходящим вертикальным движениям.
Серые полутона соответствуют различному насыщению столба воздуха водяным паром в верхней тропосфере.
Темные тона соответствуют низким значениям содержания ВП, т.е. сухой тропосфере и нисходящим вертикальным движениям.
Рис. 4
