Daljinska meteorološka mjerenja - sateliti


Slika 1. Fotografija prvog Meteosat satelita prije lansiranja 1977. godine.

Sateliti su se kao meteorološki instrumenti kojima se iz svemira može promatrati stanje atmosfere i trenutno vrijeme pri tlu počeli koristiti još krajem 50-ih godinama prošlog stoljeća. Početak ozbiljnije primjene satelita u meteorologiji u Europi započeo je u drugoj polovini 70-ih godina lansiranjem prvog Meteosat First Generation geostacionarnog satelita (MFG-1 ili Meteosat-1) od strane Europske svemirske agencije (ESA).

Taj je satelit (Slika 1) snimao u svega 3 spektralna kanala, to jest u području vidljivog dijela spektra, u dijelu spektra vodene pare i u infracrvenom području. Nakon 1986. godine EUMETSAT je zadužen za upravljanje, održavanje i razvijanje meteoroloških satelita te za prikupljanje i prosljeđivanje satelitskih podataka.

Danas, područje Europe, Afrike i Indijskog oceana snimaju 4 Meteosat satelita druge generacije (MSG, od eng. Meteosat Second Generation). Današnji Meteosat sateliti imaju 12 spektralnih kanala što omogućava proizvodnju raznih kombinacija i multispektralnih produkata (Slika 2) od kojih je svaki koristan za određeni fenomen (prašina, požari, vegetacija, zračne mase, mikrofizika oblaka, itd.). Meteosat-11 je primarni operativni geostacionarni satelit koji snima cijeli disk svakih 15 minuta, dok je Meteosat-9 njegov pričuvni satelit koji se stavlja u uporabu u slučaju tehničkih problema ili kvara. Meteosat-10 pruža satelitski snimku svakih 5 minuta, ali samo za područje Europe i dijela Afrike, a Meteosat-8 je smješten iznad Indijskog oceana i između ostalog koristi se za upozorenja u slučaju tsunamija.

Slika 2. Airmass RGB' - primjer kombinacije kanala MSG satelita .

Geostacionarna putanja

Geostacionarna orbita je poseban slučaj geosinhrone orbite, tj. to je kružna orbita pri čemu je period orbite satelita jednak periodu rotacije Zemlje. Ovaj tip satelita lebdi iznad sjecišta ekvatora i 0° Zemljine dužine na visini od 36 000 km i okreće se zajedno sa Zemljom što omogućava kontinuirano snimanje cijelog Zemljinog diska (Slika 3).

Slika 3: Snimka Zemljinog diska s MSG satelita – Natural Colour RGB produkt

Kako satelit snima Zemlju?

Satelitski radiometar SEVIRI koji se nalazi na Meteosat satelitima druge generacije Zemlju snima u trakama, od istoka prema zapadu krećući od Južnog pola. Primjer snimanja možete vidjeti na EUMETSAT-ovom Youtube kanalu. Za snimku cijele Zemljine polutke satelitu je potrebno 15 minuta, a nakon toga proces kreće ispočetka. Izmjereni podaci šalju se na zemaljske baze gdje se koriste za izradu satelitskih slika ili kvantitativno za izračunavanje temperature, koncentracija vodene pare i ostalih aktivnih plinova, kao i različitih svojstava Zemljine površine i atmosfere. Kako su podaci mjerenja dobiveni s različitih visina u atmosferi također mogu služiti za izradu vertikalnih profila atmosfere.

SEVIRI instrument snima Zemlju u 12 kanala, 4 u vidljivom i blisko infracrvenom spektralnom području i 8 u infracrvenom području (Tablica 1). Kanali u vidljivom dijelu spektra dostupni su samo tijekom svjetlog dijela dana zbog toga što instrument u tim kanalima detektira Sunčevo zračenje reflektirano s oblaka i površine Zemlje. U infracrvenom dijelu spektra radiometar detektira zračenje koje atmosfera emitira u svemir te su takvi podaci dostupni tijekom cijelog dana.

Horizontalna rezolucija snimanja je 1 km u širokopojasnom kanalu u vidljivom dijelu spektra (HRV, od eng. High Resolution Visible) u nadiru te 3 km u svim ostalim kanalima u nadiru, što znači da se udaljavanjem od ekvatora i 0° geografske duljine ta rezolucija smanjuje, tj. slika postaje grublja.

Broj kanala
Ime kanala
Raspon kanala (μm)
Središnja valna duljina (μm)
1VIS0.60.56 - 0.710.6
2VIS0.80.74 - 0.880.8
3NIR1.61.50 - 1.781.6
4IR3.93.48 - 4.363.9
5VW6.25.35 - 7.156.2
6VW7.36.85 - 7.857.3
7IR8.78.30 - 9.108.7
8IR9.79.38 - 9.949.7
9IR10.89.80 - 11.8010.8
10IR12.011.00 - 13.0012.0
11IR13.412.40 - 14.4013.4
12HRV0.4 - 1.1Široko pojasni
Tablica 1: SEVIRI spektralni kanali .

Što satelit može vidjeti?

Satelit vidi sve što ili emitira zračenje ili reflektira i raspršuje dolazno zračenje sa Sunca. Infracrveno zračenje (toplinu) emitira tlo, atmosfera, oblaci, prašina, vodene površine, led, itd. Na svim navedenim površinama dolazi također do refleksije i rasprišivanja Sunčevog zračenja. Procesi emitiranja i reflektiranja (raspršenja) su različiti za pojedine površine, određene površine emitiraju više zračenja (npr. tople površine), dok neke više reflektiraju (npr. oblaci). Karakteristike raznih površina i objekta koriste se kako bi se proizveli korisni produkti za analiziranje stanja atmosfere i Zemljine površine. Tako postoje produkti za analizu mikrofizike oblaka, tj. jesu li oblaci vodeni, ledeni, s malim ili velikim česticama, za analizu zračnih masa, pustinjske prašine, vulkanskog pepela i sumporovog dioksida te mnogi drugi.

Satelit ne vidi oborinu, ali vidi određene manifestacije oborine na tlu - naprimjer snijeg na tlu (Slika 4) i poplave.

Slika 4: Natural Colour RGB produkt - snijeg na Alpama prikazan je u tirkiznoj boji.