Земля с метеоспутника


Использование искусственных спутников Земли в метеорологических наблюдениях и прогнозах погоды

Использование искусственных спутников земли в  метеорологических наблюдениях и  прогнозах погоды

 

ПЛАН:

 

1) Шаг вперёд в развитии метеорологической науки

2) Оснащение метеорологических искусственных спутников Земли

3) Орбиты метеорологических искусственных спутников

4) Использование искусственных спутников Земли в метеорологии и других сферах науки и жизни

 

I. Шаг вперед в развитии метеорологической науки.

Развитие ракетной техники позволило метеорологам уже в середине 20-го столетия проникнуть с приборами, устанавливаемыми на ракетах, сначала в среднюю и верхнюю стратосферу, а затем еще выше – в мезосферу и термосферу.


ециально сконструированные метеорологические ракеты в состоянии зондировать атмосферу на высотах до 500 км, а выводимые на орбиты вокруг Земли с помощью ракет метеорологические спутники превратились в принципиально новое средство исследования атмосферы, увеличившее во много раз информацию о погоде на нашей планете, доступную повседневному анализу. Поток метеорологической информации, поступающей от метеорологических искусственных спутников Земли (МИСЗ), стал настолько большим, что потребовал внедрения более совершенных машин. Вместе с обычными средствами наблюдения за погодой с земной поверхности с помощью радиозондов, ракет, метео-радиолокаторы МИСЗ позволили следить за всеми изменениями погоды еще и сверху, с высоты сотен и тысяч километров.  Ценность подобной информации возрастает  во сто крат в районах земного шара, где количество пунктов наблюдения за погодой невелико: так обстоят дела на обширных океанских просторах, в труднодоступных и малонаселенных полярных, пустынных, высокогорных областях. Преимущество наблюдений за погодой из космоса состоит еще и в том, что информация поступает непрерывно. 

Можно без преувеличения сказать, что ракетная и спутниковая техника, с помощью которой человечество начало завоевание космоса, попутно произвела настоящую революцию в методах исследования атмосферы. Эта революция во многом изменила наши представления об атмосфере, особенно о её высоких слоях. Огромную ценность для метеорологической науки представляет громадное количество информации о малоизученных метеорологических процессах и явлениях. Над анализом этих данных работают сейчас ученые всего мира.


По мере бурного развития космических технологий возникла спутниковая метеорология. Это один из разделов науки о погоде – метеорологии, изучающий физическое состояние атмосферы и метеорологические явления  с помощью искусственных спутников Земли (ИЗС). Спутниковая метеорология – довольно молодая научная дисциплина, получившая развитие в третьей четверти 20-го века. Создание её стало возможным после появления нового, оказавшегося очень перспективным, средства исследования  атмосферы и космического пространства – искусственного спутника Земли. Впервые он был выведен на орбиту вокруг Земли российским учеными 4 октября 1957 г.

II. Оснащение метеорологических искусственных спутников Земли.

Метеорологические спутники оснащены обзорной и измерительной аппаратурой. Обзорную аппаратуру составляют так называемые телевизионные и инфракрасные системы спутника, позволяющие в комплексе производить фотографирование облаков и земной поверхности не только на дневной (освещенной Солнцем), но и на ночной (теневой) стороне нашей планеты. Телевизионная съемка облачности производится в видимой части солнечного спектра. При обычной высоте полета метеорологического спутника (около 900 км) разрешающая способность аппаратуры составляет примерно  1-2 км. Фотографирование в инфракрасной части спектра в диапазоне волн длиной 8-12 мкм выполнимо и в ночное время; разрешающая способность аппаратуры – примерно 8 км. Оборудование метеорологических спутников позволяет вести работу в режимах как непосредственной передачи информации, так и запоминания её, с последующим считыванием по команде с Земли.


Применение микроволновой радиометрической аппаратуры на ИСЗ расширяет возможности спутниковой метеорологии, позволяя изучать состояние земной поверхности сквозь облачность, так как для распространения волн сантиметрового диапазона она не является препятствием. Кроме того, такая аппаратура даёт возможность более детально исследовать процессы, протекающие в самих облаках.

В основе микроволнового исследования атмосферы с помощью ИСЗ лежит способность всех тел в природе излучать и поглощать энергию. С изменением температуры земной поверхности, её влагосодержания, наличия на ней воды, снега, осадков, количества растворенной в воде соли и других показателей её состояния изменяются тепловые потоки, исходящие от земной поверхности. Измеряя тепловые потоки  высокочувствительной аппаратурой, работающей в диапазоне микроволн, можно судить о многих процессах, происходящих на поверхности океана, суши, в облаках и в атмосфере. Измерение теплового радиоизлучения над малоосвещенными участками земного шара, например над океанами, позволяет определить наличие и мощность облачного покрова, обнаружить зоны выпадения осадков и оценить интенсивность последних. Это связано со способностью капельно-жидкой воды, содержащейся в облаках и осадках, активно поглощать радиоизлучение с длиной волны меньше 1 см. Таким образом, по интенсивности фиксируемого спутником излучения можно судить о состоянии погоды над поверхностью океана, лишенной других средств метеорологических наблюдений требуемой полноты.


   

III. Орбиты метеорологических спутников.

 

Это очень удобно для непрерывного слежения за эволюцией тропических циклонов и облачных систем в низких широтах в районах возможного зарождения тропических штормов; они также позволяют прослеживать линии шквалов над океаном и обнаруживать торнадо. С помощью геостационарных спутников можно следить за перемещением облаков и определять скорость и направление ветра на высоте облачности. Кроме того, на эти спутники предполагается возложить сбор данных с наземных автоматических станций и морских буев, количество которых, по проекту Всемирной Службы Погоды, достигнет со временем нескольких тысяч.

IV.   Использование искусственных спутников Земли в метеорологии и других областях науки и жизни.

Для изучения атмосферных загрязнений в планетарных и региональных масштабах удобны геосинхронные спутники, которые как бы неподвижно висят над экватором или ближайшими к нему широтами на очень большой высоте, а также обычные метеорологические спутники, летающие на орбитах высотой 900-1200 км и имеющие ТВ-аппаратуру.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

 

П.Д.Остапенко  «Вопросы о погоде»

Источник: www.BiblioFond.ru

В настоящее время на Земной орбите находится порядка 10 спутников, используемых в метеорологических целях. Эти спутники непрерывно сканируют поверхность и атмосферу Земли и осуществляют непосредственный сброс информации на землю в соответствующие научные центры, лаборатории и всем кто может принять. Приемная станция, находящаяся в зоне радиовидимости спутника, в реальном времени видит то, что видит спутник. Данные с него поступают непосредственно в момент съемки. Аппаратно изображение принимается не только в видимом спектре, но и на некоторых частотах инфракрасного диапазона. Правильнее даже сказать, что все основные каналы – инфракрасные, их намного больше. Эти каналы намного важнее для практических целей, потому что в них можно выделить водяной пар, дым, тепловое излучение от лесных пожаров или определить температуру поверхности планеты. С помощью таких снимков можно определить даже созревание урожая на колхозных полях. Эта статья рассказывает о технике практического приема изображений со спутников дистанционного зондирования Земли, благодаря которой любой человек может зайти на такие сайты как meteosputnik.ru и увидеть те самые настоящие космические снимки.


По концепции «открытое небо» Всемирной Метеорологической Организации (WMO) метеорологическая информация распространяется бесплатно, и даже вы, находясь у себя на даче, можете принимать незашифрованный спутниковый сигнал в реальном времени, пока спутник пролетает над горизонтом. Сейчас постоянно вокруг Земли летают и передают изображение на частоте 137 МГц: спутники NOAA15, NOAA18, NOAA19, на частоте 1,7ГГц: NOAA15, NOAA16, NOAA18, NOAA19, MetopA, MetopB, FENGYUN, Meteor-M1, на частоте 8ГГц: Terra, Aqua, Aura и Calipso.

image
Рис.1. Формат APT.

Форматы.

Прибор AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) на спутнике NOAA является сканером с разрешением 1 км/пиксель, он формирует изображение в 5 ИК-каналах. Российский МСУ-МР (Многоканальное Сканирующее Устройство Малого Разрешения) на спутнике Метеор-М1 формирует 6 каналов. На Terra и Aqua устройство MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) сканирует в 36 спектральных каналах с 12-битным разрешением в видимом, ближнем, среднем и тепловом инфракрасном диапазонах.


На частоте 137МГц в аналоговом формате (APT) передается картинка с разрешением 4км/пиксель, состоящая из двух ИК-каналов, полученная в результате геометрической коррекции перспективных искажений и уменьшения масштаба. На частоте 1,7ГГц уже используется цифровой формат HRPT (High Resolution Picture Transmission) (в NOAA – манчестерский код, а в Metop – код Рида-Соломона и алгоритм Витерби) – разрешение 1км/пиксель, на частоте 8ГГц тоже используется цифровой код для передачи данных с максимальным разрешением 250м/пиксель.

Поток данных в формате в общем случае состоит из строк, каждая из которых содержит:
• синхробайты
• данные о спутнике
• метку точного времени для каждой строки растрового изображения
• калибровочные значения
• нужную нам информацию о яркости пикселя в каждом канале
• последние форматы предусматривают передачу GPS-координат положения спутника на орбите.

Цифровой сигнал формируется 10-битными байтами (в MODIS 12 бит), т.е. по 10 бит на пиксель каждого канала. Строки идут одна за другой, в соответствии с направлением полета фото-сенсора, т.е., если спутник летит с севера на юг, то картинка строится сверху вниз, а если он возвращается к нам с Антарктиды, то прежде чем смотреть, картинку надо переворачивать.


нсор устроен таким образом, что строки сканируются одна за другой, непрерывно. Он постоянно смотрит в центр Земли, а сканируемая строка перпендикулярна вектору движения, т.е. спутник производит съемку в надире. Проекция получается понятная глазу, но далеко не картографическая. Чтобы наложить карту городов и границ стран, приходится использовать редкие, никому неизвестные и ненужные в обычной жизни программы. Орбита, по которой летают метеоспутники, называется солнечно-синхронной. Запущенные по такой орбите объекты сохраняют свое положение относительно Земли и Солнца на каждом витке, т.е. если спутник пролетел над Москвой вечером, то на следующем витке он пролетит над Европой тоже вечером и вообще все время он попадает в вечер, а на обратной стороне Земли, значит, он всегда бывает утром, т.е. Земля фактически прокручивается под ним внутри его орбиты.

Приемная аппаратура.

Зная орбиту летающего в космосе радиопередатчика, надо вычислить его положение относительно приемной антенны. Для этого есть программа Орбитрон, под которую пишется драйвер поворотного устройства направленной антенны. Входными данными для программы являются: точное время (точность 1с) и кеплеры (кеплеровы элементы орбиты) в формате TLE – они доступны в Интернете и их надо периодически обновлять. На выходе получаются углы: элевация и азимут – насколько поднять тарелку и в какую сторону повернуть. Пока мы принимаем спутники L диапазона (1,7ГГц), углы корректируются раз в секунду и этого достаточно.


обы принимать эти спутники, нужна тарелка от 1,5 м диметром. Для облегчения веса можно применять сетчатую антенну. В фокусе параболы установлен облучатель с круговой поляризацией, фильтр и понижающий конвертор, преобразующий частоту 1,7 ГГц в частоту 150 МГц. С головки по коаксиальному кабелю радиосигнал приходит в приемник, а затем логически расшифровывается декодером, который выделяет 10-битные синхробайты, синхронизируется с потоком, и по USB данные попадают в программу, которая отслеживает наличие полезного сигнала и записывает его в файл на диск. Если кто-то хочет узнать подробности, то может почитать про PSK-модуляцию, манчестерский код, бинарное кодирование NRZ. В компьютере перед нами готовые структуры HRPT Minor Frame Format и т.п. На этом аппаратная часть заканчивается.


Видео 1. Прием данных со спутника NOAA.

Программная дообработка.

Получаемые с разных спутников данные должны быть пересобраны в какой-то единый формат, чтобы их могла открыть какая-то универсальная программа. Поэтому та программа (BMsat), что принимает цифру с декодера, переупаковывает данные на лету и пишет на диск в таком формате, чтобы их открыла программа HRPT Reader, которая может строить цветные картинки, накладывать карту и сохранять в BMP или JPEG! Это вторая в цепочке программа, которой тоже надо подкачивать из Интернета файлы орбит (TLE).


обы изображения, получаемые в инфракрасных спектрах, выглядели достаточно адекватно для слепого в этом диапазоне RGB-зрителя, т.е. для вас, есть специальный алгоритм, названный в программе False color. Таким образом, вам должно быть понятно, что те метеорологические изображения, которые есть в Интернете, имеют не настоящие цвета, а смоделированные на основе полосок ИК-спектра. Вообще, основой для алгоритма False color могут служить разные каналы – здесь выбор за оператором. В функционал программы еще входит возможность выпрямления перспективных искажений. Те пиксели, которые отсканировались с поверхности Земли прямо из под спутника отображают 1км, а те пиксели, которые расположены ближе к горизонту охватывают по несколько километров, и чтобы Земля казалась не круглой, а плоской, как на картах, можно вытягивать края картинки в ширину. При этом качество изображения страдает, размер JPG-файла растет, на экране помещается еще меньший фрагмент. Но так или иначе дальше, все отправляется по FTP на сайт, а про это вы уже сами все хорошо знаете. Разве что можно упомянуть разбиение большого снимка на тайлы (маленькие квадратики), которые бы закачивались для тех мест, на которые смотрит пользователь сайта. Как это делается в яндекс- и гугл-картах.


Видео 2. Обработка данных с метеоспутника.

Оборудование и программы, которые используются для приема, начиная двухосевыми поворотками, заканчивая HRPT Reader’ом очень специфичны и в магазинах на полках не лежат. Все это надо разрабатывать своими силами, используя свой опыт и опыт тех, кто этим уже занимается, либо платить за разработку специалистам. Вообще всякое оборудование, конечно, уже существует, но цены на него космические. Благодаря ebay, можно попробовать купить списанный экземпляр того или другого устройства на свой страх и риск, попробовать починить его и доработать. Чтобы было возможно принимать 8ГГц спутники с разрешением 250м/пиксель необходимо увеличить:

• точность позиционирования параболической антенны до 10’ (10 угловых минут)
• частоту позиционирования – тарелка должна двигаться плавно
• диаметр до 3м

Кроме этого надо полностью заменить аппаратную часть. Перейти на другие частоты и т.д. Снимки, генерируемые такими спутниками формируются уже не построчно, а полосками ощутимой ширины, в связи с этим нормально смотреть на них не возможно, т.к. перспективные искажения дублируют кусочки изображений, близких к горизонту. Т.е. тут тоже есть математическая задача, которую надо будет решать.

Для расширения функционала проекта «Фото со спутника в реальном времени» (он представлен на сайте www.meteosputnik.ru) необходимо решать разные задачи, например, преобразование проекции в Меркатор, слияние наших сервисов с другими, например, подключение к бесплатной программе-карте SAS.Planet, установки нового оборудования и открытия новых приемных станций для увеличения количества и качества снимков. Для ускорения этого и всего другого было бы неплохо расширить группу энтузиастов, готовых бесплатно поучаствовать в проекте и найти спонсоров.

В настоящее время наш проект предоставляет открытый доступ ко многим уникальным и полезным данным. Смысл его очень многогранен. Спрогнозировать облачность и изменение погоды иногда гораздо проще и интереснее смотря на метеоснимки, чем на прогнозы разных метеосайтов. Еще можно понимать попадаешь ли ты в центр циклона, на грозовой фронт или погода будет меняться плавно в течении нескольких дней. В частности, один мой знакомый использовал эти снимки три года назад, когда всё было в дыму от лесных пожаров, чтобы принять решение, куда уехать из Московской области на выходные: на снимках было видно, что прозрачный воздух начинался тогда аж в Белоруссии. Но это пример краткосрочного применения технологии. Полученные нами данные используются в обучении студентов метеорологических факультетов. Очень важно понимать, что эти данные представляют собой не просто оперативные данные, а уникальную область технологий. Такие вещи могут заинтересовать школьников и стимулировать их к обучению сразу по нескольким предметам, кроме физики сюда подключаются знания о природе, атмосферных, водных процессах, метеорологии, географии, астрономии, геометрии, информатике и радиоэлектронике. Можете попробовать проверить свои знания о географии, мысленно представив текущее состояние пересохшего Аральского моря и сравнив со снимком из космоса. Вы чувствуете разницу между теоретическим знанием и практическим, разве было бы возможно просто взять и посмотреть на Аральское море, довольствуясь редкими распечатками из учебников, которых нет и старинными картами? Или вспомните трагедию в Крымске – городе, где в свое время с участием Д.И. Менделеева была открыта первая нефтедобывающая установка. Сейчас же при таком уровне технического развития не нашлось ни одного человека в той местности, чтобы создать ситуацию, в которой люди были бы хотя бы предупреждены о приближающейся катастрофе. Т.е. вопросами выживания почему-то никто не занимается, даже не кто-то там, кто должен, а вообще никто, наверно тысячу лет назад была такая же ситуация. Никто не знает, как резко сможет взлететь наука о Земле, если в такие знания будут окунаться не только штучные доктора наук, но хотя бы 1% школьников. Хотели бы вы, чтобы у вас в ваше время в школе был компьютер, спутниковый приемный комплекс? Наверное, и сейчас половина из вас мечтают, если не о телескопе, то о связи со спутниками, приеме какой-нибудь совершенно новой для разума информации. При самом скромном желании можно внедрить технологии в образование. Но мы то с вами знаем, что вообще в настоящее время в образование внедряют.

image
Рис.2. Формат HRPT.

Непосредственная польза человечеству от снимков, кроме колоссальной научной, очень разносторонняя:
• на фотографиях видны различные пожары, их очаги, направление распространения, эта информация формируется в соответствующих противопожарных службах сразу же, как только пролетел спутник
• в сельской местности на просторах нашей Родины по цветовой информации полей можно определить степень созревания сельскохозяйственных культур, отслеживать сбор урожая и количество снега зимой
• также осуществляется мониторинг паводков и ледовой обстановки, так пару лет назад можно было наблюдать замерзшее Азовское море и ледоход. А в Белом море знание ледовой обстановки жизненно необходимо для судоходства
• в мире происходит бесчисленное множество природных явлений, кроме самого наблюдения за ними, можно оценить степень и масштаб их влияния

Век компьютеризации пока что шагает по планете в виде экономики продаж бытовой техники и электронных игрушек со стеклом, до которого можно дотронуться пальцем. Если взглянуть на это со стороны, то даже может стать немножко стыдно, как человечество, получив такие совершенные технологии, их использует. С другой стороны, в масштабах государственных служб, существуют глобальные проекты, но на примере нашей космической отрасли тоже становится немножко стыдно, когда видишь, что построенные за народные деньги ракеты и летающие на них спутники, собирающие информацию принадлежат как бы не нам, а узкому замкнутому кругу лиц, в который попасть почти нереально по комплексу причин. Простому смертному россиянину увидеть нормальный космоснимок можно только благодаря иностранным сайтам тех стран, где хоть какое-то участие в образовательных процессах этому предусматривается, а в реальном времени снимок можно увидеть только у нас. Ситуация такова, что в то время как польза любому человеку от своевременно полученной метео-инфромации может быть сопоставима с пользой от яндекс-пробок, те госслужбы, которые занимаются непосредственно приемом изображений, считают выкладывание снимков в открытый доступ нецелесообразным. Т.е. они существуют, строят ракеты и спутники за наш счет, а потом нам же предлагают покупать у них наши же снимки.

Сейчас у всех нас есть возможность конструктивно работать в параллель государству. Нужно открывать новые приемные станции, разрабатывать, изготавливать и устанавливать новое оборудование, писать новые программы для расширения охвата земной поверхности. На днях мы договорились о сотрудничестве с энтузиастом из Японии, у которого тоже есть собственная приемная станция, теперь мы получаем его исходные данные, обрабатываем их и публикуем снимки от Байкала до Камчатки. Среди пользователей нашего сайта появилось много жителей Дальнего Востока. Таким образом, покрытие фото-данных расширилось от Лиссабона до Владивостока и даже дальше. Сейчас абсолютно всё: изготовление оборудования, эксплуатация, обслуживание помещения приемной станции, работа оператора никем и ничем не финансируется – все делается за свой счет. Мы делаем это бесплатно и открыто. Для поддержания и устойчивого развития проекта нужны заинтересованные люди и финансирование.

У нас есть снимки туч на Черном море и Кавказе тех дней, когда в Крымске погибли тысячи людей. Если бы хотя бы 10 человек в стране искренне интересовались подобными явлениями, начиная со школы или с сознательного возраста, вполне возможно, что опасные явления (ОЯ) предсказывались бы не просто как «ОЯ», а «уровень затопления местами составит более 2 метров». Кстати метеослужбы по самым пессимистичным прогнозам давали до 100мм осадков ту ночь, а реально было под 300мм. Вот вам и эффективность подхода сокрытия метеоданных, пусть и не физического, но идеологического.

Источник: habr.com

Да и еще.
Есть только одно исключение: спутники Океан и Сич вещают только в момент видимости земных станций на территории России. Это означает, что получить их информацию можно только в Европе, Cеверной Африке и Евразии, но не на Дальнем Востоке и в США.

Еще спутники.
Метеор 2-21 — 137,400 МГц
Метеор 3-5 — 137,300 МГц

WEFAX (Weather Facsimile) представляет собой разновидность факса, ориентированную на передачу погодных карт. Три спутниковые системы осуществляют передачу в этом стандарте: GOES (США), Meteosat (Европейское Сообщество), а также GMS (япония). WEFAX дает возможность принимать монохромное изображение аналоговым способом в звуковом канале приемника. В зависимости от конкретного стандарта изображение передается со скоростью от нескольких сотен до нескольких тысяч точек в секунду. Изменение уровня яркости передается изменением значения поднесущей частоты передатчика.

Земля сканируется каждые полчаса, и необработанные данные поступают на наземную станцию, оборудованную полутораметровой "тарелкой" и другими сложными устройствами. Получаемые данные обрабатываются в реальном времени. При этом на них накладывается изображение политических границ государств. Затем данные передаются обратно на спутник, который ретранслирует их на землю на частоте 1691 МГц. Таким образом, для приема сигналов в стандарте WEFAX необходимы приемник (конвертер) на частоту 1691 МГц и небольших размеров "тарелка".

"Картинка", передаваемая в стандарте WEFAX представляет собой аннотированное изображение с разрешением 800 на 800 точек. На передачу каждойстроки затрачивается 250 мс, таким образом, полное изображение передается три с половиной минуты. Существует точное расписание, по которому можно определить, когда какое изображение и по какому каналу передается со спутника.

Интерпретация изображений:
Радиометры, устанавливаемые на метеорологических спутниках, измеряют излучение Земли в различных участках частотного спектра, называемых "атмосферными окнами". Излучение в таких "окнах" не подвергается сильному ослаблению со стороны атмосферы. На погодных спутниках не устанавливают датчиков, позволяющих передавать изображение земной поверхности во всех цветах видимого участка спектра. Датчики таких спутников перекрывают часть спектра от красного в видимом свете до инфракрасного. Сделано это потому, что видимое изображение формируется отражением от земной поверхности солнечного света и наблюдается лишь в освещенной части земной поверхности.

В видимом спектре можно наблюдать облачность. При этом участки белого цвета на полученных изображениях соответствуют облачности, в то время как темные — чистому небу. Так происходит оттого, что чем толще слой облаков, тем выше его отражающая способность и тем белее он будет выглядеть.

Наиболее важным для изучения погоды диапазоном как дневное, так и в ночное время является инфракрасный диапазон. Инфракрасные изображения, передающиеся со спутников в псевдоцветах, показывают распределение температуры по поверхности Земли. Как правило, чем темнее участок земной поверхности, тем он теплее и наоборот. Низкая облачность очень часто способствует повышению температуры.

Как правило, спутниковые снимки погоды, которые Вы видите в телепередачах, сделаны в инфракрасном диапазоне.

По изображениям, получаемым в спектре поглощения водяных паров, определяют уровень влажности в том или ином месте. Такие изображения содержат информацию о раскручивающихся тропосферных вихрях и тропосферных потоках. При этом более темные участки изображения соответствуют более сухим участкам на земной поверхности и наоборот.

Геостационары:
B соответствии с программой Европейских Геостационарных спутников работает Метеосат 7. Высота его орбиты составляет 36000 км, и он как бы «висит» над одной и той же точкой на поверхности Земли, находящейся на экваторе.

Главной особенностю данных, получаемых с геостационарных спутников, является оперативность, поскольку каждые 4 минуты передается новый блок данных.

Каждые полчаса производится сканирование поверхности Земли. Затем данные группируются поблочно и передаются на Землю по особому расписанию.

Изображения европейского сегмента передаются каждые полчаса. Поскольку спутник находится на геостационарной орбите, становится возможным создание анимации погодных карт, с помощью которой становится наглядным движение изображенных на них погодных объектов. Изображения всей поверхности Земли, видимой со спутника, передаются по каналу N2 спутника. Эти изображения называются Всемирными и идентифицируются как CT0T, DT0T или ET0T. При этом первыя буквы идентификаторов C,D и E обозначают изображения в видимом, инфракрасном спектре и спектре поглощения водяных паров соответственно. Всемирные изображения делятся на 9 сегментов, передающихся с более высоким разрешением. Сегменты передаются по каналу N1 каждые четыре минуты и идентифицируются как C1; C2 …; D1; D2 …; E1; E2 .… При этом назначение буквы такое же, как и в предыдущем случае, а цифра – это номер сегмента.

Для того чтобы принимать информацию с Метеосата у Вас должна быть «тарелка», направленная на юг и приемник, подключенный к компьютеру, с установленным на нем специальным программным обеспечением.

Геостационарные спутники «видят» друг друга и могут обмениваться данными. Поэтому с Метеосата можно получить информацию, полученную с российского спутника GOMS, японского GMS, а также американского GOES East, что дает нам практически полное покрытие поверхности Земли.

Геостационарные спутники обеспечивают непрерывное наблюдение за земной поверхностью, необходимое для экстенсивного анализа данных. Полученные изображения обрабатываются в реальном времени, оцифровываются и направляются в центры предсказания погоды.

Главной задачей большинства геостационарных спутников является формирование изображений видимой земной поверхности. При этом сканирование в горизонтальной плоскости обеспечивается за счет вращения спутника вокруг своей оси со скоростью 100 оборотов в минуту. Сканирование в вертикальной плоскости с периодом, составляющим 20 минут, производится при помощи подвижного зеркала.

Первичные данные передаются на землю с большим разрешением в цифровом виде, что требует специального оборудования для их приема и отображения. Наземные высокоскоростные компьютеры обрабатывают эти данные, решая две задачи. Во-первых, исходные данные ретранслируются в другом цифровом формате, обладающем меньшим разрешением. Во-вторых, сформированные на спутнике изображения делятся на отдельные квадранты и ретранслируются в аналоговом виде в стандарте WEFAX.

Основными инструментами на борту погодного спутника являются фотодатчик и ИК-датчик. Первый реагирует на излучаемую энергию и энергию, отраженную от земной поверхности и атмосферы. Второй формирует данные о вертикальной температуре атмосферы и профилях влажности, температуре земной поверхности и распределении озона.

Изображения, полученные с геостационарных спутников, используются для отслеживания движения холодных фронтов и штормов, вулканических облаков. Характеристики ветров, определяются по движению облачности. Дожди оцениваются по наблюдаемым грозам и ураганам. По этим же признакам выдаются штормовые предупреждения. Изображения дают возможность оценить запасы снега в конкретном районе и общую площадь снежного покрова.

Страны, обладающие большой территорией и не имеющие возможности запустить собственный спутник, могут пользоваться первичной информацией со спутников других стран. Так Австралия по двухстороннему соглашению с японией имеет полный доступ в реальном времени ко всем даным японских геостационарных метеорологических спутников (GMS). Сейчас из этой серии работает GMS-5, занимающий позицию 140 градусов восточной долготы и покрывающий Восточную Азию, западную часть Тихого океана и Австралию.

Также как и на КВ, для автоматического приема сигналов со спутников, используется стандарт APT (Automatic Picture Transmission).

Низкоорбитальные спутники:

Карты погоды можно принимать и с низкоорбитальных спутников, движущихся по полярным орбитам. Этот вариант может оказаться самым удобным и дешевым, хотя заведомо имеет некоторые ограничения. Весь комплект аппаратуры в этом случае может состоять из УКВ-антенны (подходит проволочный диполь), ЧМ приемника с диапазоном 137МГЦ (подходит любая портативная радиостанция этого диапазона), компьютер со звуковой картой и соответствующее программное обеспечение.

Полярными орбиты спутников, о которых идет речь, называются потому, что проходят вблизи от обоих полюсов. Находясь на полярной орбите, спутник движется почти на постоянной высоте, причем довольно низко над Землей (800-1000км), что обеспечивает получение изображений с высоким разрешением. Спутник при этом передает на Землю то, что он в данный момент видит под собой. При этом сканирование производится лишь в плоскости поперек направления движения спутника. Развертка в продольном направлении производится за счет быстрого движения самого спутника по орбите. Таким образом, снимается проблема наблюдения высокоширотных районов, возникающая из-за «кривизны» Земли, присущая геостационарным спутникам.

Низкоорбитальные спутники серии NOAA находятся на гелиосинхронных орбитах. Это означает, что из одной и той же точки их видно каждый день в одно и то же время. В отличие от изображений, полученных с геостационарных спутников, изображения с низкоорбитальных спутников труднее анимировать. Спутник, движущийся по орбите, проходящей у тебя над головой, будет виден чуть более 12 минут. Но если орбита проходит сбоку, то время сократится. При этом зоны покрытия земной поверхности, изображения которых передаются спутником, будут совпадать не полностью.

Чтобы получать сигнал со спутника, твоя станция должна находиться в зоне его радиовидимости. При этом если Вы хотите получать данные о погоде в других частях света, Вам придется пользоваться другими источниками.

Помимо стандарта WXFAX, низкоорбитальные спутники передают свои данные в цифровом формате HRPT. Для приема информации в этом стандарте нужна специальная аппаратура!

Источник: hamradio.qrz.ru

Метеорологический спутник — искусственный спутник Земли, созданный для получения из космоса метеорологических данных о Земле, которые используются для прогноза погоды. Спутники этого типа несут на борту приборы, с помощью которых наблюдают в частности за температурой поверхности Земли и облачным, снеговым и ледовым покровом. Методы получения метеоинформации и способы её обработки с помощью метеоспутников изучает спутниковая метеорология.

Метеоспутники вместе со станциями приёма и обработки данных образуют метеорологическую космическую систему. В современной России эксплуатацией метеоспутников занимается организация ГУ «НИЦ „Планета“», страны Европы обслуживает организация EUMETSAT.

Возникновение

Запуск спутника «Метеор-3»

Метеорологи почти сразу после запуска первых спутников заинтересовались возможностью наблюдать за атмосферой Земли из космоса. В США уже в апреле 1960 года был запущен аппарат «Тирос-1» доказавший пригодность спутников для наблюдения за погодой. Глобальная спутниковая система «Тирос» была развёрнута в феврале 1966 года.На фото <<Тирос-1>>

В СССР после серии запусков технологических спутников 25 июня 1966 года был выведен на круговую орбиту спутник «Космос-122» с комплексом приборов для телевизионных, актинометрических и инфракрасных измерений. После запуска в 1967 году спутников «Космос-144» и «Космос-156» начала функционировать советская спутниковая система «Метеор», используемая много лет в странах СЭВ. В настоящее время в России эксплуатируется космическая гидрометеорологическая система «Метеор-3».

Серии метеоспутников

В Советском Союзе использовались спутники серии «Метеор». В США применялись в разные годы спутники серий «Тирос», «Нимбус», «NOAA», «GOES». В Китае используется серия спутников «Фэнъюнь».

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ СПУТНИКИ

Уже несколько раз упоминались метеорологические спутники Земли. Остановимся на них более подробно. 4 октября 1957 г. па орбиту был выведен первый искусственный спутник Земли. Это открыло такие перспективы для исследования атмосферы и космического пространства, которые и сейчас, спустя более чем два десятилетия, трудно полностью оценить. Сразу же возникли новые представления об атмосфере, имеющие не только общепознавательное, но и практическое значение — для прогнозирования погоды. С метеорологических спутников можно получать непрерывную информацию с большой территории.

В 1905 г. впервые в истории метеорологии была получена картина облачного покрова почти над всей земной .поверхностью. Заметим, что на спутнике ведется съемка и в ночное время. При этом следует вспомнить, что наземные наблюдения дают подробные сведения лишь об 1/5 земной поверхности, а следовательно, 4/5 остаются освещенными очень слабо — это поверхность океанов, особенно па севере и юге планеты, горы, внутренние моря и т. д. Наблюдения за облачностью с Земли охватывают лишь 10-—20% всего покрова и зондируют атмосферу до высоты 20—25 км. Метеорологические спутники показывают общее распределение ряда метеорологических элементов всего Земного шара. Широта обзора спутника до 1000 км и выше. С помощью телевизионной аппаратуры спутника можно узнать формы и распределение облачности, снежного покрова и ледяных полей в океанах, температуру верхней границы облаков и открытых участков Земли и Океанов. На. очереди получение информации о зонах выпадения осадков, их интенсивности, распределении очагов грозовой деятельности. Спутники открыли возможность получения качественно новых сведений о состоянии погоды.

Что представляет собой метеорологический спутник? Это — искусственный спутник Земли, предназначенный специально для получения оперативной информации, о состоянии атмосферы над большими участками земной поверхности, используемой в службе погоды. Изображения облачности фиксируются в бортовом запоминающем устройстве на магнитной ленте и передаются на Землю при пролете спутника .над приземными пунктами. Зная о распределении облачности, можно сделать косвенные выводы об особенностях общей циркуляции атмосферы. Выведенный на орбиту спутник всегда проходит над заданной точкой земной поверхности в одно и то же местное время. Уже существует несколько серий метеорологических спутников. К ним относятся американские «Тайрос», «Нимбус», «ЭССА», советские — «Космос», «Метеор».

Эксперимент на спутнике, оказавшийся успешным, позволил принять за основную систему спутник «Космос-122». Оп был выведен на круговую орбиту 25 июня 1966 г. На этом спутнике были смонтированы комплекс приборов для телевизионных, актинометрических и инфракрасных измерений и система, обеспечивающая длительную работу на орбите. «Космос-122» провел в полете четыре месяца, обеспечивая круглосуточную информацию, которая использовалась метеорологической службой нашей страны, а также передавалась за границу.

Метеорологический спутник представляет собой контейнер , с двумя панелями солнечных батарей. В нижней приборной части контейнера размещена научная аппаратура, в верхней — энергоаппарат (служебные системы). Обе эти части разделены и представляют собой герметические отсеки, С энергоаппаратным отсеком связан механизм электропривода солнечных батарей, раскрывающихся после отделения спутника от ракеты-носителя. После успешного запуска метеорологического спутника «Космос-122» были запущены. «Космрс-144» и «Космос-156». Можно считать, что с этого времени вступила в строй экспериментальная система «Метеор», -состоящая из спутников, пунктов приема, обработки и распространения информации и одновременно службы контроля состояния бортовых систем и управления** ими. Затем выпускались на орбиту все новые спутники с параметрами, близкими к параметрам, «Космос-122», причем с таким расчетом, чтобы взаимное расположение их орбит давало наблюдения за состоянием атмосферы над каждым районом Земного шара через 6 часов. Система спутников «Космос» и «Метеор» дала возможность получать информацию почти с половины поверхности планеты.

Перспективы развития метеорологических спутников Земли (сокращенно МСЗ) сводятся к следующему. Прежде всего, техническое усовершенствование самого спутника. Оно идет по нескольким направлениям. Это — устройство спутника: новые датчики и аппаратура, автоматизация средств приема, обработки и распространения информации, скорость ее передачи. Предполагается, что на специальном метеорологическом спутнике будет находиться метеоролог-бортнаблгодатель. Находясь на разных высотах, спутники делают снимки облачности в разных масштабах. На американском исследовательском спутнике «АТС-3», запущенном над Атлантическим океаном, установлена телевизионная камера, позволяющая передавать цветные изображения.

Многие до сих пор еще неясные вопросы строения атмосферы можно будет разрешить с помощью учащенных снимков области — получатся уже как бы не отдельные фотографии, а кинолента, воспроизводящая динамику, ход происходящих процессов. Существуют серии учащенного сбора информации — международный аэрологический день, полярные и геофизические годы и. др. Естественно, что такая информация с МСЗ окажется исключительно ценной. В то же время расширяется программа метеорологических наблюдений: вертикальное зондирование атмосферы, получение информации о вертикальном профиле атмосферного давления, влажности, количестве и интенсивности осадков, содержании озона, высоте снежного покрова и др. Спутник может собирать информацию от наземных станций, работающих в таких труднодоступных районах, как океаны, высокие горы, пустыни, быть и ретранслятором.

Нередки случаи, когда спутник делает настоящее метеорологическое открытие. Утром 24 апреля 1967 г. американский спутник «ЭССА-2» заснял над всей акваторией Каспийского моря облачность светло-серого тона с однородной-верхней поверхностью. Облака почти полностью повторяли береговую черту, за исключением лишь залива Кара-Богаз-Гол. Казалось, над морской поверхностью возник туман. Подтверждало такое предположение то, что. в восточной части — моря у сравнительно низкого острова Челекен были разрывы в облачном покрове с подветренной стороны. Следовательно, облачность была небольшой высоты —низкие слоистые облака или туман. Некоторые прибрежные станции на западном берегу моря отметили в это утро дымку. Как показал анализ, туман образовался при малооблачной погоде в воздухе, более теплом (16 — 20°), чем поверхность моря (8—14°). И лишь в Кара-Богаз-Голе воздух был на 3—4° теплее воды — вот почему здесь не было тумана. Вертикальная мощность тумана в южной и средней частях моря составляла 200—400 м, а в северной — до 600 м. Специалисты считают, что по обычной синоптической карте, полученной по приземным наблюдениям, нельзя было бы определить существование, тумана над акваторией моря. Считалось, что над всем Кавказом, морем .и северо-западом Ирана лежит общий покров слоистых облаков,— и лишь спутник показал истинную картину. Таким образом, буквально на наших глазах возникает новая отрасль науки — спутниковая метеорология, у которой большое будущее.

Источник: thealphacentauri.net


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.