Orų palydovai: Žemės orų prognozavimas iš kosmoso
Negalite supainioti debesų ar uraganų palydovinio vaizdo. Tačiau, išskyrus orų palydovų vaizdų atpažinimą, kiek jūs žinote apie orų palydovus?
Šioje skaidrių demonstracijoje išnagrinėsime pagrindus – nuo orų palydovų veikimo iki to, kaip iš jų sukurti vaizdai naudojami tam tikriems oro įvykiams prognozuoti.
Orų palydovas
iLexx / E+ / Getty Images ' id='mntl-sc-block-image_2-0-1' />
iLexx / E+ / Getty Images
Kaip ir paprasti kosminiai palydovai, orų palydovai yra žmogaus sukurti objektai, kurie paleidžiami į kosmosą ir paliekami skrieti arba skrieti aplink Žemę. Išskyrus tai, kad jie neperduotų duomenų atgal į Žemę, kuri maitina jūsų televizorių, XM radiją ar GPS navigacijos sistemą ant žemės, jie perduoda orų ir klimato duomenis, kuriuos „mato“ mums nuotraukose.
Privalumai
Lygiai taip pat, kaip ant stogo ar kalno viršūnės atsiveria platesnis vaizdas į aplinką, orų palydovo padėtis nuo kelių šimtų iki tūkstančių mylių virš Žemės paviršiaus leidžia matyti orą kaimyninėje JAV dalyje arba net neįžengusį į vakarinę ar rytinę pakrantę. sienų dar reikia laikytis. Šis išplėstinis vaizdas taip pat padeda meteorologai aptikti orų sistemas ir modelius nuo kelių valandų iki kelių dienų prieš juos aptinkant paviršiaus stebėjimo prietaisais, pvz orų radaras .
Kadangi debesys yra orų reiškinys, kuris „gyvena“ aukščiausiai atmosferoje, orų palydovai yra žinomi stebint debesis ir debesų sistemas (pvz., uraganus), tačiau debesys nėra vienintelis dalykas, kurį jie mato. Orų palydovai taip pat naudojami stebėti aplinkos įvykius, kurie sąveikauja su atmosfera ir yra plačiai aprėpti, pavyzdžiui, laukinių gaisrų, dulkių audrų, sniego dangos, jūros ledo ir vandenyno temperatūros.
Dabar, kai žinome, kas yra orų palydovai, pažvelkime į dviejų rūšių orų palydovus ir orų įvykius, kuriuos kiekvienas geriausiai aptinka.
Orbitiniai orbitiniai palydovai
COMET programa (UCAR)
Šiuo metu JAV eksploatuoja du aplink poliarinę orbitą skriejančius palydovus. Vadinamas POES (sutrumpinimas iš P gali O perating IR aplinkosaugos S atellite), vienas veikia ryte, o kitas – vakare. Abu kartu žinomi kaip TIROS-N.
TIROS 1, pirmasis egzistuojantis orų palydovas, skriejo aplink poliarinę orbitą, o tai reiškia, kad kiekvieną kartą apsisukdamas aplink Žemę jis praskrisdavo virš Šiaurės ir Pietų ašigalių.
Poliarinėje orbitoje skriejantys palydovai aplink Žemę sukasi gana arti jos (maždaug 500 mylių virš Žemės paviršiaus). Kaip galite pamanyti, dėl to jie gerai fiksuoja didelės raiškos vaizdus, tačiau buvimo taip arti trūkumas yra tas, kad vienu metu jie gali „matyti“ tik siaurą plotą. Tačiau, kadangi Žemė sukasi iš vakarų į rytus po poliarinės orbitos palydovo keliu, palydovas iš esmės dreifuoja į vakarus su kiekvienu Žemės apsisukimu.
Poliarinės orbitos palydovai niekada nepraskrenda virš tos pačios vietos daugiau nei kartą per dieną. Tai naudinga norint susidaryti išsamų vaizdą apie tai, kas vyksta visame pasaulyje atsižvelgiant į orus, todėl aplink poliarinę orbitą skriejantys palydovai geriausiai tinka ilgo nuotolio orų prognozavimui ir stebėjimui, pvz. Berniukas ir ozono skylė. Tačiau tai nėra taip gerai norint stebėti atskirų audrų vystymąsi. Tam mes priklausome nuo geostacionarių palydovų.
Geostacionarieji orų palydovai
NOAA / NASA GOES projektas ' id='mntl-sc-block-image_2-0-14' />
NOAA / NASA GOES projektas
Šiuo metu JAV eksploatuoja du geostacionarius palydovus. Slapyvardis GOES G eostacionarus O operatyvinis IR aplinkosaugos S palydovai“, vienas stebi rytinę pakrantę (GOES-East), o kitas - vakarinę pakrantę (GOES-West).
Praėjus šešeriems metams po pirmojo polinio orbitos palydovo paleidimo, į orbitą buvo iškelti geostacionarūs palydovai. Šie palydovai „sėdi“ palei pusiaują ir juda tokiu pačiu greičiu, kaip sukasi Žemė. Dėl to jiems atrodo, kad jie stovi tame pačiame taške virš Žemės. Tai taip pat leidžia jiems nepertraukiamai peržiūrėti tą patį regioną (šiaurinį ir vakarų pusrutulius) per dieną, o tai idealiai tinka stebėti orus realiuoju laiku ir naudoti trumpalaikėms orų prognozėms, pvz., įspėjimai apie atšiaurų orą .
Kas yra vienas dalykas, kurio ne taip gerai veikia geostacionarieji palydovai? Darykite ryškius vaizdus arba „pamatykite“ ašigalius, nes tai yra poliarinės orbitos brolis. Kad geostacionarieji palydovai žengtų koja kojon su Žeme, jie turi skrieti nuo jos didesniu atstumu (tiksliai 22 236 mylių (35 786 km) aukštyje). Ir šiuo padidintu atstumu prarandamos tiek vaizdo detalės, tiek ašigalių vaizdai (dėl Žemės kreivumo).
Kaip veikia orų palydovai
Kanados nuotolinio stebėjimo centras
Subtilūs palydovo jutikliai, vadinami radiometrais, matuoja spinduliuotę (t. y. energiją), kurią skleidžia Žemės paviršius, kurio dauguma nematoma plika akimi. Energijos orų palydovų matavimo tipai skirstomi į tris elektromagnetinio šviesos spektro kategorijas: matomą, infraraudonųjų spindulių ir infraraudonųjų iki terahercų.
Visose šiose trijose juostose arba „kanaluose“ skleidžiamos spinduliuotės intensyvumas matuojamas vienu metu, tada išsaugomas. Kompiuteris kiekvienam matavimui kiekviename kanale priskiria skaitinę reikšmę ir konvertuoja juos į pilkos spalvos pikselius. Kai rodomi visi pikseliai, galutinis rezultatas yra trijų vaizdų rinkinys, kiekvienas rodo, kur šios trys skirtingos energijos rūšys „gyvena“.
Kitos trys skaidrės rodo tą patį JAV vaizdą, bet paimtą iš matomo, infraraudonųjų spindulių ir vandens garų. Ar galite pastebėti skirtumus tarp jų?
Matomi (VIS) palydoviniai vaizdai
NOAA
Vaizdai iš matomos šviesos kanalo primena nespalvotas nuotraukas. Taip yra todėl, kad panašiai kaip skaitmeninis arba 35 mm fotoaparatas, matomiems bangų ilgiams jautrūs palydovai registruoja nuo objekto atsispindinčius saulės spindulius. Kuo daugiau saulės šviesos objektas (pavyzdžiui, mūsų žemė ir vandenynas) sugeria, tuo mažiau šviesos jis atsispindi atgal į kosmosą ir tuo tamsesnės šios sritys atrodo matomoje bangos ilgyje. Atvirkščiai, objektai, turintys didelį atspindį, arba albedai (pavyzdžiui, debesų viršūnės) atrodo ryškiausiai balti, nes nuo jų paviršių atmuša daug šviesos.
Meteorologai naudoja matomus palydovinius vaizdus, norėdami prognozuoti / peržiūrėti:
- Konvekcinis aktyvumas (t. perkūnija )
- Krituliai (Kadangi debesų tipą galima nustatyti, kritulių debesys gali būti matomi prieš radare pasirodant lietui.)
- Dūmai iš gaisrų
- Pelenai iš ugnikalnių
Kadangi norint užfiksuoti matomus palydovinius vaizdus, reikia saulės šviesos, jie nepasiekiami vakaro ir nakties valandomis.
Infraraudonųjų (IR) palydovų vaizdai
NOAA
Infraraudonieji kanalai suvokia paviršių skleidžiamą šilumos energiją. Kaip ir matomuose vaizduose, šilčiausi objektai (pvz., žemė ir žemo lygio debesys), kurie sugeria šilumą, atrodo tamsiausi, o šaltesni objektai (aukšti debesys) atrodo šviesesni.
Meteorologai naudoja IR vaizdus, norėdami prognozuoti / peržiūrėti:
- Debesų funkcijos dieną ir naktį
- Debesų aukštis virš jūros lygio (nes aukštis yra susijęs su temperatūra)
- Sniego danga (rodoma kaip fiksuota pilkšvai balta sritis)
Vandens garų (WV) palydoviniai vaizdai
NOAA
garai aptinkama jo energija, skleidžiama spektro diapazone nuo infraraudonųjų spindulių iki terahercų. Kaip ir matomasis ir IR, jo vaizdai vaizduoja debesis, tačiau papildomas pranašumas yra tai, kad jie taip pat rodo vandenį dujinėje būsenoje. Drėgnas oro liežuvis atrodo miglotai pilkas arba baltas, o sausą orą vaizduoja tamsios sritys.
Vandens garų vaizdai kartais paryškinami, kad būtų geriau matomi. Patobulintiems vaizdams mėlynos ir žalios spalvos reiškia didelę drėgmę, o rudos – mažą drėgmę.
Meteorologai naudoja vandens garų vaizdus, norėdami numatyti tokius dalykus, kaip drėgmės kiekis, susijęs su artėjančiu lietumi ar sniegu. Jie taip pat gali būti naudojami ieškant reaktyvinis srautas (jis yra palei sauso ir drėgno oro ribą).