Vremenski sateliti: Napovedovanje zemeljskega vremena iz vesolja

Brez zmote je satelitska slika oblakov ali orkanov. Toda koliko poleg prepoznavanja vremenskih satelitskih posnetkov veste o vremenskih satelitih?

V tej diaprojekciji bomo raziskali osnove, od tega, kako delujejo vremenski sateliti, do tega, kako se slike, ustvarjene z njih, uporabljajo za napovedovanje določenih vremenskih dogodkov.​

Vremenski satelit

iLexx / E+ / Getty Images

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

iLexx / E+ / Getty Images

Tako kot običajni vesoljski sateliti so tudi vremenski sateliti predmeti, ki jih je izdelal človek, ki se izstrelijo v vesolje in pustijo, da obkrožijo ali krožijo okoli Zemlje. Le da namesto prenosa podatkov nazaj na Zemljo, ki napajajo vašo televizijo, radio XM ali navigacijski sistem GPS na tleh, prenašajo podatke o vremenu in podnebju, ki jih 'vidijo' nazaj k nam v slikah.

Prednosti

Tako kot pogled s strehe ali vrha gore ponuja širši pogled na vašo okolico, položaj vremenskega satelita nekaj sto do tisoč milj nad zemeljsko površino omogoča vreme v sosednjem delu ZDA ali tistem, ki sploh še ni vstopil na zahodno ali vzhodno obalo meje, ki jih je treba upoštevati. Pomaga tudi ta razširjeni pogled meteorologi vremenski sistemi in vzorci točk ure do dni, preden jih zaznajo instrumenti za opazovanje površja, npr vremenski radar .

Ker so oblaki vremenski pojavi, ki 'živijo' najvišje v atmosferi, so vremenski sateliti zloglasni po spremljanju oblakov in sistemov oblakov (kot so orkani), vendar oblaki niso edina stvar, ki jo vidijo. Vremenski sateliti se uporabljajo tudi za spremljanje okoljskih dogodkov, ki so v interakciji z atmosfero in imajo široko območno pokritost, kot so gozdni požari, prašne nevihte, snežna odeja, morski led in temperature oceanov.

Zdaj, ko vemo, kaj so vremenski sateliti, si poglejmo dve vrsti vremenskih satelitov, ki obstajata, in vremenske dogodke, ki jih vsak najbolje zazna.

Vremenski sateliti v polarni orbiti

Program COMET (UCAR)

ZDA trenutno upravljajo dva satelita v polarni orbiti. Imenuje se POES (okrajšava za p lahko O perating IN nekološki S atellite), ena deluje zjutraj in ena zvečer. Oba sta znana pod skupnim imenom TIROS-N.

TIROS 1, prvi obstoječi meteorološki satelit, je bil v polarni orbiti, kar pomeni, da je šel čez severni in južni tečaj vsakič, ko je krožil okoli Zemlje.

Sateliti v polarni orbiti krožijo okoli Zemlje na razmeroma majhni razdalji od nje (približno 500 milj nad Zemljino površino). Kot bi morda mislili, so zaradi tega dobri pri zajemanju slik visoke ločljivosti, vendar je pomanjkljivost, da so tako blizu, da lahko naenkrat 'vidijo' le ozek del območja. Ker pa se Zemlja vrti od zahoda proti vzhodu pod potjo satelita, ki kroži okoli polarne orbite, se satelit v bistvu premakne proti zahodu z vsakim obratom Zemlje.

Sateliti v polarni orbiti nikoli ne preletijo iste lokacije več kot enkrat na dan. To je dobro za zagotavljanje popolne slike o tem, kaj se glede vremena dogaja po vsem svetu, zato so sateliti v polarni orbiti najboljši za dolgoročno napovedovanje vremena in spremljanje pogojev, kot je Fant in ozonska luknja. Vendar to ni tako dobro za sledenje razvoju posameznih neviht. Za to smo odvisni od geostacionarnih satelitov.

Geostacionarni vremenski sateliti

Projekt NOAA/NASA GOES

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

Projekt NOAA/NASA GOES

ZDA trenutno upravljajo dva geostacionarna satelita. Vzdevek GOES za ' G eostationary O perational IN nekološki S ateliti, eden bdi nad vzhodno obalo (GOES-East), drugi pa nad zahodno obalo (GOES-West).

Šest let po izstrelitvi prvega satelita v polarni orbiti so v orbito poslali geostacionarne satelite. Ti sateliti 'sedijo' vzdolž ekvatorja in se premikajo z enako hitrostjo, kot se vrti Zemlja. To jim daje videz, kot da nepremično ostajajo na isti točki nad Zemljo. Prav tako jim omogoča neprekinjen ogled iste regije (severne in zahodne poloble) ves dan, kar je idealno za spremljanje vremena v realnem času za uporabo v kratkoročnih vremenskih napovedih, npr. opozorila o hudem vremenu .

Katere stvari geostacionarni sateliti ne delajo tako dobro? Posnemite ostre slike ali 'oglejte' poli tako dobro, kot je brat v polarni orbiti. Da bi geostacionarni sateliti sledili Zemlji, morajo krožiti na večji razdalji od nje (natančneje na nadmorski višini 22.236 milj (35.786 km). In na tej povečani razdalji se izgubijo podrobnosti slike in pogledi na poli (zaradi ukrivljenosti Zemlje).

Kako delujejo vremenski sateliti

Kanadski center za daljinsko zaznavanje

Občutljivi senzorji znotraj satelita, imenovani radiometri, merijo sevanje (tj. energijo), ki ga oddaja zemeljsko površje, ki je večinoma nevidno s prostim očesom. Vrste merjenja energije vremenskih satelitov spadajo v tri kategorije elektromagnetnega spektra svetlobe: vidni, infrardeči in infrardeči do terahercev.

Intenzivnost sevanja, oddanega v vseh treh teh pasovih ali 'kanalih', se izmeri hkrati in nato shrani. Računalnik dodeli številčno vrednost vsaki meritvi znotraj vsakega kanala in jo nato pretvori v slikovno piko sivine. Ko so prikazane vse slikovne pike, je končni rezultat niz treh slik, od katerih vsaka prikazuje, kje te tri različne vrste energije 'živijo'.

Naslednji trije diapozitivi prikazujejo enak pogled na ZDA, vendar iz vidnega, infrardečega in vodne pare. Ali opazite razlike med vsakim?

Vidne (VIS) satelitske slike

NOAA

Slike iz kanala vidne svetlobe so podobne črno-belim fotografijam. To je zato, ker sateliti, občutljivi na vidne valovne dolžine, podobno kot digitalni ali 35 mm fotoaparat, snemajo žarke sončne svetlobe, ki se odbijajo od predmeta. Več sončne svetlobe kot predmet (na primer naša zemlja in ocean) absorbira, manj svetlobe odbija nazaj v vesolje in temnejša so ta območja v vidni valovni dolžini. Nasprotno pa so predmeti z visoko odbojnostjo ali albedom (kot so vrhovi oblakov) videti najsvetlejši beli, ker odbijajo velike količine svetlobe od svojih površin.

Meteorologi uporabljajo vidne satelitske slike za napovedovanje/prikaz:

• Konvektivna aktivnost (tj. nevihte )
• Padavine (Ker je mogoče določiti vrsto oblaka, je padavinske oblake mogoče videti, preden se na radarju prikažejo padavine.)
• Oblački dima iz požarov
• Pepel iz vulkanov

Ker je za zajem vidnih satelitskih slik potrebna sončna svetloba, te niso na voljo zvečer in ponoči.

Infrardeče (IR) satelitske slike

NOAA

Infrardeči kanali zaznavajo toplotno energijo, ki jo oddajajo površine. Tako kot na vidnih posnetkih so najtoplejši predmeti (kot so kopno in nizki oblaki), ki absorbirajo toploto, videti najtemnejši, medtem ko so hladnejši predmeti (visoki oblaki) svetlejši.

Meteorologi uporabljajo IR slike za napovedovanje/ogled:

• Funkcije oblaka podnevi in ​​ponoči
• Nadmorska višina oblaka (ker je nadmorska višina povezana s temperaturo)
• Snežna odeja (prikaže se kot fiksno sivkasto belo območje)

Satelitske slike vodne pare (WV).

NOAA

paro je zaznana zaradi svoje energije, ki jo oddaja v infrardečem do teraherčnem območju spektra. Tako kot vidne in IR slike prikazujejo oblake, dodatna prednost pa je, da prikazujejo tudi vodo v plinastem stanju. Vlažni jeziki zraka so videti megleno sivi ali beli, medtem ko je suh zrak predstavljen s temnimi območji.

Slike vodne pare so včasih barvno izboljšane za boljši ogled. Za izboljšane slike modre in zelene pomenijo visoko vlažnost, rjave pa nizko vlažnost.

Meteorologi uporabljajo slike vodne pare za napoved stvari, na primer, koliko vlage bo povezano s prihajajočim dežjem ali snegom. Uporabljajo se lahko tudi za iskanje curek toka (nahaja se na meji suhega in vlažnega zraka).