Geography | Studies, essays, thesises » Meteorológiai műholdak

METEOROLÓGIAI MŰHOLDAK Jelentőségük •A földi mérőhálózat kiegészítői, nehezen megközelíthető területek, óceáni térségek légtereinek adatait mérik – a Földfelszín min. 80%-a ide sorolható. •Dinamikusan fejlődő ágazat,jelentősége egyre nő. Az űrbázisú alrendszer űr-szegmensét képviselik, kiegészülnek a vevő- és feldolgozó állomásokkal (földi szegmens). A műholdak pályája • Akkor tudnak pályán maradni, ha a keringési sebességből származó centrifugális erő éppen egyensúlyt tart a Föld tömegvonzásával. Tehát, a keringési idő és a keringési magasság kölcsönösen meghatározzák egymást. Pl. minél alacsonyabb a pálya, annál nagyobb keringési sebességre – rövidebb keringési időre van szükség (Túl alacsony a súrlódási hő miatt nem lehet a pálya.) • A műhold pályasíkja és az Egyenlítő síkja által bezárt szög az inklináció (δ). (Keleti irány felől mérjük.) Speciális

esetben: 1. a műhold pályasíkja mindkét póluson áthalad (δ = 90°) – poláris pálya 2. a műhold pályasíkja az Egyenlítő síkjában fekszik (δ = 0°) – egyenlítői pálya. A pályasík, amennyiben külső erő nem hat rá, állandó marad. Típusaik 1) Kvázipoláris pályán keringő (napszinkron) műholdak 2) Geoszinkron pályán keringő műholdak (egyenlítői pályán keringő geoszinkron mh-k) Mindkettő feladata: adatgyűjtés, -feldolgozás és -továbbítás; a két típus kiegészíti egymást. Kvázipoláris műholdak Mi a valódi poláris pálya? A pályasík magában foglalja a Föld forgástengelyét, így ezek a műholdak minden keringés alkalmával áthaladnak a Föld mindkét pólusa fölött. A pályasík (abszolút koordináta-rendszerhez viszonyított állása) megadható: - a földi egyenlítő síkjához viszonyítva, - egy távoli csillag iránya alapján. • A Föld forgása miatt, a földi koordinátarendszerhez képest a műhold

pályasíkja fokozatosan elfordul, és csillagnaponként (23h 56m) egy teljes körülfordulást végez. • Így az Egyenlítő közelében levő ponton megfigyelt, helyi időben regisztrált poláris műhold áthaladásai naponta 4 perccel korábban következnek be. • Oka: a Föld Nap körüli keringése miatt a Nap delelései a csillagidőhöz képest 4 perc/napot késnek. Ha azt akarjuk, hogy a műholdpálya áthaladásai helyi időben mindig ugyanakkor történjenek, akkor a műholdpálya látszólagos elfordulását 4 perccel késleltetnünk kell (pl. az inklináció szögének napi 1°-kal, a Föld forgásával ellentétes irányban történő elforgatásával): ez már nem valódi poláris pálya lesz: kvázipoláris pálya Ez 800-1500 km-es magasságban, δ=100° során érhető el, – meteorológiai szempontból a legelőnyösebb (retrográd napszinkron pálya) TIROS-N műhold h ~ 858 km, δ = 99°, t = 102 perc • A pályasíkok eltolódása a Föld felszínén

nyugati irányú, pl. a TIROS-N esetén 25°-kal (hosszúság: 2775 km). • A TIROS I-et 1960. április 1-én lőtték fel – első meteorológiai célú mh. - előbb kvázipoláris, később geoszinkron műholdak • Megfigyeléseik: globális megfigyelések Ezek a műholdak nemcsak közvetlenül maguk alatt képesek mérni, hanem szélesebb sávban – pl. 1500 km magasságú pályán keringő műhold horizonttól horizontig terjedő sávot tud letapogatni radiométerei segítségével. Így az egymást követő pályák sávjai a pólusok felé haladva egyre növekvő mértékben átfedik egymást. Alacsonyabb szélességeken „rések” is előfordulhatnak. Pl. NOAA-12, NOAA-14 üzemelnek jelenleg is, 100 perc alatt kerülik meg a Földet, naponta kétszer haladnak el (mindegyik) ugyanazon pont fölött, egy területről 4 képet készítenek. Két fő mérőberendezésük: - Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) – nagy felbontású sugárzásmérő

egység, 5 hullámhossztartományban készít képeket: - látható tartomány (0,58-0,68µm) közeli infravörös tartomány (0,725-1,1µm) közeli infravörös tartomány (3,55-3,93µm) távoli infravörös tartomány (10,3-11,3µm) távoli infravörös tartomány (11,5-12,5µm) Képfelbontás: 1,1×1,1 km a műhold alatti pontban (jobb, mint a METEOSAT-képeké, viszont ritkábban állnak rendelkezésre. - TIROS-N Operational Vertical Sounder (TOVS) – vertikális szondázó egység, 3 műszerből áll: - High Resolution Infrared Radiation Sounder (HRIRS): 17,4 km vízszintes felbontású, 20 csatornás, - Microwave Sounding Unit (MSU): 109,3 km felb., 4 csat - Stratospheric Sounding Unit (SSU): 147,3 km felb., 3 csat Mérési programjaik • Felhőzet megfigyelése • Vertikális szondázás • Közvetlen real-time adatszolgáltatás • Adatgyűjtés Felhőképek felvétele - A felhőzetről, illetve a földfelszínről visszaverődő és kiinduló sugárzások

különbségének érzékelésével történhet; a látható fény sávjában (napsugárzás visszaverődése – albedó), ill. az infravörös sugárzások sávjában -Korábban TV-kamerát használtak, olyan felvételsűrűséggel, hogy legyen átfedés. Ma letapogatásos (scanning) technika használatos: sugárzásmérő teleszkóppal (távcsővel), mely a műholdpályára merőlegesen forogva-ingázva széles tartományt lát. - A képfelvevő egységének felbontó képessége: a két tartományban közepes (4 km) és nagy felbontású (1 km) képeket állítanak elő – nagytérségi felhőrendszerek áttekintésére, tengeri jég, gleccserek mozgásainak, hótakaró és belvizek kiterjedésének megfigyelésére. Vertikális szondázás •A hőmérséklet vertikális profilját lehet meghatározni; • A szén-dioxid és a vízgőz néhány infravörös elnyelési sávjában, ill. az oxigén és a vízgőz néhány mikrohullámú elnyelési sávjában dolgoznak; • Ún.

inverziós eljárással (sugárzásmérésen alapuló módszer, ill. azon, hogy a szén-dioxid vertikális csökkenése a légsűrűség változásával arányos. – adott elnyelési csatornákban mért intenzitások eloszlása jellemző az adott réteg léghőmérsékletére; szét kell választani a légkör különböző rétegeinek összintenzitását (spektrumokra bontva) – a földi mérések alapján ismernünk kell a szondázás helyén a felszíni légnyomást, így a hőmérsékleti profilból vertikális légnyomási profil is megadható) • Közvetlen real-time adatszolgáltatás a földi állomások számára: folyamatos sugárzás 136-137MHz-es sávban, ill. 1691-1695 MHz-en (Ssáv) A képek továbbítása: • közepes felbontású: APT (Automatic Picture Transmission) technológia • nagyfelbontású: HRPT (High Resolution Picture Transmission) technológia A vertikális szondázás adatainak továbbítása: • DSB (Direct Sounding Broadcast) rendszerben •

Adatgyűjtés olyan mérőplatformokról, melyek nem képesek saját pozíciójukat érzékelni (pl. sodródó bóják) Geoszinkron műholdak az időjárás időben történő folytonos követésére, • Mindig ugyanazon helyről gyűjtenek adatokat, 30 percenként szolgáltatnak adatokat. • Az Egyenlítő feletti 5 műhold 70 hosszúsági fokra van egymástól, a pólusok és környékük kivételével lefedik az egész Földet. • Kb. 35800 km-es magasságban keringenek – itt az egyensúlyi szögsebesség megegyezik a Föld forgásának szögsebességével. Az ilyen magasságú stabil pályán, az Egyenlítő síkjában keringő műhold azon sugár mentén helyezkedik el, mely a Föld középpontjából kiindulva halad át az Egyenlítő adott pontján (állandóan egy pont felett látszik lebegni). • Fontosságuk: nagy távolságuk miatt nagy területeket fednek le. Pl METEOSAT (Guineaiöböl fölött) Ezek kb 50 fr-i foknak megfelelő sugarú körön belül

szolgáltatnak jó minőségű képet. Elvileg 4, a gyakorlatban 5 ilyen műhold lefedi a teljes forró övezetet és a mérsékelt öv jelentős részét is. • Atlanti-európai térségről a METEOSAT készíti a képeket. Az Egyenlítő és a 0hosszúsági kör metszéspontja fölött helyezkedik el. 1995 óta az EUMETSAT-nak fizetni kell az adatokért (digitális képek), Mo. 3 óránként jut hozzájuk Az analóg képek félóránként elérhetők, ezekből kvázidigitális képeket készítenek. A METEOSAT 3 hullámhosszban készít képeket: - látható tartományban (0,4-1,1µm) - infravörös tartomány (10,5-12,5µm) - a vízgőz elnyelési tartományában (5,7-7,1µm). A felbontás a látható fény tartományában a legjobb (2,5×2,5 km a műhold alatt, hazánk térségében 3×3,75 km; másutt 5×5 km, ill. 6×7,5km) Az infravörös tartományban derült időben mért adatokból a talajfelszín sugárzási hőmérséklet származtatható (fagy-előrejelzés miatt

fontos), zárt felhőzetnél a felhőtető hőmérséklete mérhető. Mérési programjuk • • • • Képek felvétele Adattovábbítás Adatgyűjtés Adatszolgáltatás • Képek felvétele Spin/scan radiométerekkel vannak felszerelve: a szerkezet a radiométer távcsövével együtt körben forog a Föld tengelyével párhuzamos tengely körül, a távcső szögállása az Egyenlítő síkjához képest minden körülfordulásnál lépésszerűen változik. A képek felbontása a látható fény tartományában 1-2,5 km, az infravörös sávban 5-7 km. • Adattovábbítás Nagykiépítésű, speciálisan felszerelt földi vevőállomásokra van szükség, nagyteljesítményű számítógépekkel. Az adatok előfeldolgozása fedélzeti számítógépekkel történik – APT technológiával. Szokás, hogy a nagyobb nemzetközi központokban kidolgozott analíziseket és előrejelzési térképeket a geoszinkron műholdak veszik és APT-formátumban kisugározzák

a kisebb felhasználók számára. • Adatgyűjtés Különböző földfelszíni mérő- és adatgyűjtő platformok (automata állomások, bóják, úszó ballonok, hajók, repülők) adatait veszik és továbbítják a kijelölt adatfeldolgozó központok számára. • Adatszolgáltatás: - digitális – számformátum - analóg – képformátum (főleg felhőmozgás) Az OMSZ-nál METEOSAT (geoszinkron) analóg és digitális, és NOAA (kvázipoláris) digitális adásainak vétele, 1992-től rendszeresen veszik, feldolgozzák. Ezeken kívül számos más meteorológiai műhold kering, kvázipolárisok – TEOR, DMSP, ERS), geoszinkron (GOES, GMS). Ezekkel lehetőség van a csapadék mennyiségének becslésére, a hó és jég detektálására, a talajnedvesség becslésére, a tengerfelszín közelében fújó szél meghatározására, stb. A földi szegmens • Sokféle létesítmény (felbocsátó és irányító állomások, központi adatfeldolgozó

állomások, felhasználó állomások, stb.) rendszere - A műholdakat üzemeltető országok központi állomásai - A felhasználók vevő állomásai - VHF-vevőállomások, - S-sávban működő mérőállomások, - Műholdaknak jelentő földi mérőplatformok • VHF-vevőállomások – 136-138 MHz közötti frekvencián dolgoznak; – csak kvázipoláris műholdak adatainak vételére alkalmasak (pl. APT-képek, szondázási adatok fázismodulációval) • S-sávban működő vevőállomások – kvázipoláris műholdak HRPT-képeinek, vertikális szondázási adatok, geoszinkron műholdak által sugárzott analóg és digitális információk vételére képes speciális vevőállomások. •Műholdaknak jelentő földi mérőplatformok – Automatikus vagy félautomatikus, in situ mérésre alkalmas eszközök, melyek adataikat műholdak útján továbbítják a megfelelő központok számára. – Lehet saját mérőprogram alapján, meghatározott

időközönként sugárzó, ill. „lehívható” mérőplatform 401 MHz körüli sávban mérnek –Ellátnak riasztó szolgálatot is