Laikapstākļu satelīti: Zemes laikapstākļu prognozēšana no kosmosa

Mākoņu vai viesuļvētru satelītattēlu nevar sajaukt. Bet, izņemot laikapstākļu satelītu attēlu atpazīšanu, cik daudz jūs zināt par laika apstākļu satelītiem?

Šajā slaidrādē mēs izpētīsim pamatus, sākot no laika apstākļu satelītu darbības līdz tam, kā no tiem iegūtie attēli tiek izmantoti noteiktu laika apstākļu prognozēšanai.​

Laika apstākļu satelīts

iLexx / E+ / Getty Images

' id='mntl-sc-block-image_2-0-1' />

iLexx / E+ / Getty Images

Tāpat kā parastie kosmosa satelīti, laikapstākļu satelīti ir cilvēka radīti objekti, kas tiek palaisti kosmosā un atstāti riņķošanai vai orbītā ap Zemi. Tā vietā, lai pārsūtītu datus atpakaļ uz Zemi, kas darbina jūsu televizoru, XM radio vai GPS navigācijas sistēmu uz zemes, tie pārraida laikapstākļu un klimata datus, ko tie 'redz' mums attēlos.

Priekšrocības

Tāpat kā jumta vai kalnu virsotnes skats sniedz plašāku skatu uz jūsu apkārtni, laika apstākļu satelīta atrašanās vieta vairākus simtus līdz tūkstošiem jūdžu virs Zemes virsmas nodrošina laikapstākļus ASV kaimiņos vai kas pat nav iekļuvis rietumu vai austrumu krastā. robežas vēl ir jāievēro. Šis paplašinātais skats arī palīdz meteorologi pamanīt laikapstākļu sistēmas un modeļus no stundām līdz dienām pirms to konstatēšanas ar virsmas novērošanas instrumentiem, piemēram laikapstākļu radars .

Tā kā mākoņi ir laikapstākļu parādības, kas “dzīvo” visaugstāk atmosfērā, laikapstākļu satelīti ir bēdīgi slaveni ar mākoņu un mākoņu sistēmu (piemēram, viesuļvētru) uzraudzību, taču mākoņi nav vienīgais, ko viņi redz. Laikapstākļu satelīti tiek izmantoti arī, lai uzraudzītu vides notikumus, kas mijiedarbojas ar atmosfēru un kuriem ir plašs pārklājums, piemēram, meža ugunsgrēki, putekļu vētras, sniega sega, jūras ledus un okeāna temperatūra.

Tagad, kad mēs zinām, kas ir laikapstākļu satelīti, apskatīsim divus pastāvošos laikapstākļu satelītu veidus un katru no tiem vislabāk var noteikt laika apstākļus.

Polārie orbītā laikapstākļi

Programma COMET (UCAR)

Pašlaik Amerikas Savienotajās Valstīs darbojas divi polārie satelīti. Sauc POES (saīsinājums no P var O perating UN vide S atelīts), viens darbojas no rīta un viens vakarā. Abi ir kopīgi zināmi kā TIROS-N.

TIROS 1, pirmais eksistējošais laikapstākļu pavadonis, riņķoja ap polāro orbītu, kas nozīmē, ka tas šķērsoja ziemeļu un dienvidu polu katru reizi, kad tas riņķoja ap Zemi.

Polāro orbītu pavadoņi riņķo ap Zemi salīdzinoši tuvu tai (apmēram 500 jūdzes virs Zemes virsmas). Kā jūs varētu domāt, tas ļauj viņiem labi uzņemt augstas izšķirtspējas attēlus, bet trūkums, ka viņi atrodas tik tuvu, vienlaikus var “redzēt” tikai šauru apgabalu. Tomēr, tā kā Zeme griežas no rietumiem uz austrumiem zem polārā orbītā pavadoņa ceļa, satelīts būtībā dreifē uz rietumiem ar katru Zemes apgriezienu.

Polārie pavadoņi nekad nešķērso vienu un to pašu vietu vairāk kā reizi dienā. Tas ir labs, lai sniegtu pilnīgu priekšstatu par laikapstākļiem visā pasaulē, un šī iemesla dēļ polārie orbītā esošie satelīti ir vislabākie laikapstākļu prognozēšanai un novērošanai lielos attālumos, piemēram, Zēns un ozona caurums. Tomēr tas nav tik labi, lai izsekotu atsevišķu vētru attīstībai. Šim nolūkam mēs esam atkarīgi no ģeostacionāriem satelītiem.

Ģeostacionārie laikapstākļu satelīti

NOAA / NASA GOES projekts

' id='mntl-sc-block-image_2-0-14' />

NOAA / NASA GOES projekts

ASV pašlaik darbojas divi ģeostacionāri satelīti. Iesauka GOES priekš ' G eostacionārs O perational UN vide S atelīti”, viens uzrauga austrumu krastu (GOES-East), bet otrs pār Rietumkrastu (GOES-West).

Sešus gadus pēc pirmā polārā orbītas satelīta palaišanas orbītā tika laisti ģeostacionārie satelīti. Šie pavadoņi 'sēž' gar ekvatoru un pārvietojas ar tādu pašu ātrumu kā Zeme griežas. Tas viņiem rada iespaidu, ka viņi paliek nekustīgi tajā pašā punktā virs Zemes. Tas arī ļauj viņiem nepārtraukti skatīt vienu un to pašu reģionu (ziemeļu un rietumu puslodes) visas dienas garumā, kas ir ideāli piemērots laikapstākļu uzraudzībai reāllaikā, lai to izmantotu īstermiņa laika prognozēšanā, piemēram, brīdinājumi par smagiem laikapstākļiem .

Kas ir viena lieta, ko ģeostacionārie satelīti nedara tik labi? Uzņemiet asus attēlus vai 'redziet' polus, kā arī tas ir brālis pa polāro orbītu. Lai ģeostacionārie satelīti ietu kopsolī ar Zemi, tiem ir jāorbītā no tās lielākā attālumā (precīzāk, 22 236 jūdzes (35 786 km) augstumā). Un šajā palielinātajā attālumā tiek zaudēta gan attēla detaļa, gan polu skati (Zemes izliekuma dēļ).

Kā darbojas laikapstākļu satelīti

Kanādas Tālvadības centrs

Delikātie satelīta sensori, ko sauc par radiometriem, mēra starojumu (t.i., enerģiju), ko izdala Zemes virsma, no kuras lielākā daļa ir neredzama ar neapbruņotu aci. Laikapstākļu pavadoņu enerģijas mērīšanas veidi ir iedalīti trīs gaismas elektromagnētiskā spektra kategorijās: redzamā, infrasarkanā un infrasarkanā līdz teraherciem.

Izstarotā starojuma intensitāte visās trīs šajās joslās jeb “kanālos” tiek mērīta vienlaicīgi un pēc tam saglabāta. Dators katram mērījumam katrā kanālā piešķir skaitlisku vērtību un pēc tam pārvērš tos pelēkās skalas pikseļos. Kad visi pikseļi ir parādīti, gala rezultāts ir trīs attēlu kopums, katrs parāda, kur šie trīs dažādie enerģijas veidi 'dzīvo'.

Nākamajos trīs slaidos ir redzams tāds pats skats uz ASV, bet ņemts no redzamā, infrasarkanā un ūdens tvaiku. Vai varat pamanīt atšķirības starp katru?

Redzamie (VIS) satelītattēli

NOAA

Attēli no redzamās gaismas kanāla atgādina melnbaltās fotogrāfijas. Tas ir tāpēc, ka līdzīgi kā digitālajai vai 35 mm kamerai, satelīti, kas ir jutīgi pret redzamajiem viļņu garumiem, reģistrē saules gaismas starus, kas atstaro no objekta. Jo vairāk saules gaismas objekts (piemēram, mūsu zeme un okeāns) absorbē, jo mazāk gaismas tas atstaro atpakaļ kosmosā, un jo tumšāki šie apgabali parādās redzamajā viļņa garumā. Un otrādi, objekti ar augstu atstarošanas spēju jeb albedo (piemēram, mākoņu virsotnes) izskatās visspilgtāk balti, jo tie atstaro lielu daudzumu gaismas no to virsmām.

Meteorologi izmanto redzamus satelītattēlus, lai prognozētu/skatītu:

• Konvektīvā aktivitāte (t.i., pērkona negaiss )
• Nokrišņi (Tā kā var noteikt mākoņu veidu, nokrišņu mākoņi var redzēt, pirms radara parādās lietusgāzes.)
• Ugunsgrēka dūmi
• Pelni no vulkāniem

Tā kā redzamu satelītattēlu uzņemšanai ir nepieciešama saules gaisma, tie nav pieejami vakara un nakts stundās.

Infrasarkanie (IR) satelītattēli

NOAA

Infrasarkanie kanāli uztver siltumenerģiju, ko izdala virsmas. Tāpat kā redzamajos attēlos, vissiltākie objekti (piemēram, zeme un zema līmeņa mākoņi), kas absorbē siltumu, šķiet tumšākie, bet vēsāki objekti (augsti mākoņi) izskatās gaišāki.

Meteorologi izmanto IR attēlus, lai prognozētu/skatītu:

• Mākoņu funkcijas gan dienā, gan naktī
• Mākoņu augstums (jo augstums ir saistīts ar temperatūru)
• Sniega sega (tiek rādīta kā fiksēts pelēcīgi balts apgabals)

Ūdens tvaiku (WV) satelītattēli

NOAA

tvaiks tiek noteikta tās enerģijai, kas izstarojama spektra infrasarkanajā līdz terahercu diapazonā. Tāpat kā redzamais un IR, tā attēlos ir attēloti mākoņi, taču papildu priekšrocība ir tā, ka tajos ir redzams arī ūdens gāzveida stāvoklī. Miglas gaisa mēles izskatās miglaini pelēkas vai baltas, bet sausu gaisu attēlo tumši apgabali.

Ūdens tvaiku attēliem dažkārt tiek uzlabotas krāsas, lai tie būtu labāk skatāmi. Uzlabotiem attēliem zilā un zaļā krāsa nozīmē augstu mitruma līmeni, bet brūnie – zemu mitruma līmeni.

Meteorologi izmanto ūdens tvaiku attēlus, lai prognozētu, piemēram, cik daudz mitruma būs saistīts ar gaidāmo lietus vai sniega notikumu. Tos var arī izmantot, lai atrastu strūklas (tas atrodas gar sausa un mitra gaisa robežu).