Universitatea "Ştefan cel Mare" Suceava Ianuarie, 2012Facultatea de Geografie, An I, IDMETEOROLOGIE ŞI CLIMATOLOGIE

Sateliţi meteorologiciBogdan A. Drăgoiu

Cuprins

1. Cuvinte cheie (pag. 2)2. Introducere (pag. 2)3. Scurt istoric (pag. 2)4. Tipuri de sateliţi meteorologici (pag. 3)5. Aplicaţii practice în cadrul Observatorului Astronomic Suceava (pag. 7)6. Concluzii (pag. 8)7. Bibliografie (pag. 8)

1. Cuvinte cheie

Satelit artificial; meteorologie; climat; orbită polară; orbită geostaţionară; radiaţie electromagnetică; radiaţie infraroşie; microunde; temperatură; nebulozitate; prognoză; GPS; Sputnik; Vanguard; TIROS; ATS; GOES; NOAA; NASA; APT.

2. Introducere

Sateliţii artificiali sunt obiecte de construcţie umană plasate pe orbită în jurul unui corp ceresc (planete, sateliţi naturali, etc.) Aceştia conţin dispozitive şi senzori şi au diverse scopuri, dintre care enumerăm: sateliţi de comunicaţii, sateliţi de poziţionare globală (GPS), sateliţi meteorologici, sateliţi civili şi militari de observaţie.

Înainte de apariţia sateliţilor, meteorologii aveau cunoştinţe limitate asupra stării atmosferei într-un anumit moment. Observaţiile meteorologice convenţionale se desfăşurau doar pe arii restrânse, astfel că pe o mare parte din suprafaţa globului terestru fenomenele atmosferice rămâneau necunoscute.

Informaţiile obţinute de la sateliţii meteorologici s-au dovedit a fi extrem de utile în urmărirea fenomenelor atmosferice, la îmbunătăţirea predicţiilor meteorologice şi la monitorizarea evoluţiei caracteristicilor climatice.

3. Scurt istoric

În anul 1947 o rachetă americană având la bord o cameră fotografică a înregistrat primele imagini ale Pământului vazut din spaţiu. Imaginile arătau formaţiunile noroase din atmosferă, clar vizibile, demonstrând utilitatea observaţiilor atmosferice din spaţiu.

Primul satelit artificial, Sputnik-1, a fost lansat în orbită terestră la data de 4 octombrie 1957 de către Uniunea Sovietică. Acesta era un satelit experimental, echipat cu un minim de instrumente.

Primul satelit meteorologic, Vanguard 2, a fost lansat la data de 17 februarie 1959 de către Statele Unite ale Americii. Vanguard 2 a fost proiectat să măsoare distribuirea formaţiunilor noroase şi să furnizeze informaţii despre densitatea atmosferei.

În 1960, NASA lansează programul TIROS (Television Infrared Observation Stallite), constând într-o serie de 10 sateliţi de mare succes, continuată prin programele ESSA TIROS şi, mai tîrziu, de NOAA ITOS. Pentru prima dată în istorie meteorologii au putut compara observaţiile de la sol cu imagini cuprinzătoare ale fenomenelor atmosferice extinse pe suprafeţe mari, iar sistemul de prognozare meteorologică a facut un important salt înainte. În anul 1966, Statele Unite ale Americii lansează ATS (Applications Technology Satellite), primul satelit meteorologic în orbită geostaţionară.

Odată cu avansurile tehnologice lucrurile s-au schimbat şi în acest domeniu, astfel că în ultimele decenii sateliţii meteorologici au devenit platforme complexe de observaţie dotate cu echipamente sofisticate. Aceşti sateliţi nu doar culeg informaţii prin senzorii proprii, ci şi recepţionează date de la staţiile automate terestre ce operează din locaţii izolate (fără intervenţia omului), date pe care le re-trimit centrelor de la sol spre procesare.

2

4. Tipuri de sateliţi meteorologici

În funcţie de orbita lor, sateliţii meteorologici pot avea orbită polară sau geostaţionară.

Orbitele polare trec pe deasupra polilor Pământului la o altitudine de aproximativ 850 kilometri. Sateliţii plasaţi pe astfel de orbite observă întreaga suprafaţă terestră într-un timp de 12 ore, timp în care parcurg 7 orbite. Astfel se pot obţine doua seturi de informaţii de pe întreaga suprafaţă a globului într-un timp de 24 ore, facilitând predicţiile meteorologice. Exemple de sateliţi cu orbită polară: NOAA, IRS, ERS, TRMM, Oceansat.

Sateliţii geostaţionari orbitează Pământul deasupra ecuatorului la o altitudine de aproximativ 36000 kilometri. Orbita lor este sincronizată cu mişcarea de rotaţie a Pământului, completând o orbită în 24 ore. Aceşti sateliţi rămân deasupra aceluiaşi punct de pe suprafaţa terestră. Avantajul acestui tip de satelit constă în obţinerea unor imagini complete a discului terestru într-un interval de timp foarte scurt, aproximativ 30 de minute (informaţia utilă este cuprinsă între latitudinile de 70 grade Nord şi Sud), cu dezavantajul unei rezoluţii spaţiale slabe datorită altitudinii mari la care se află. Exemple de sateliţi geostaţionari: GOES-W şi GOES-E, INSAT, METEOSAT, GEOS.

Imaginile satelitare se obţin prin radiometrie, adică prin măsurarea radiaţiei electromagnetice emise de soare, reflectată de atmosferă şi suprafaţa terestră.

Imaginile satelitare în uz la ora actuală sunt din spectrul vizibil, infraroşu, derivate din emisiile vaporilor de apă şi microunde.

Senzorii sateliţilor meteorologici se pot clasifica în doua tipuri, anume pasivi şi activi. Senzorii pasivi nu folosesc surse proprii de iluminare electromagnetică şi depind de radiaţia naturală reflectată de către obiectele studiate. Senzorii activi se folosesc de surse proprii generatoare de radiaţie electromagnetică. O parte din radiaţia emisă către obiectul de interes este reflectată înapoi spre satelit şi e procesată. Senzorii activi se pot împărţi la rîndul lor după tipul de date pe care le oferă: a) analiză spaţială – de exemplu înregistrarea suprafaţei şi temperaturii apei oceanelor, urmărirea integrităţii stratului de ozon, observarea formaţiunilor noroase, a vegetaţiei, a umezelii solurilor, etc.; b) analiză spectrală – analiza compoziţiei chimice a straturilor atmosferice, suprafeţei oceanice, etc. (sateliţii meteorologici folosesc aceste informaţii pentru a sonda atmosfera şi a crea o imagine pe verticală a temperaturii, umidităţii şi tipurilor de gaze componente); c) analiza intensităţii radiaţiei electromagnetice reflectate – stabilirea proprietăţilor dielectrice (de izolare

3

electrică) şi ale suprafeţei obiectului studiat, determinând pe această cale umiditatea solurilor, neregularitatea suprafeţei oceanice din care se poate calcula viteza şi direcţia vîntului, etc.Ca exemple concrete ale domeniilor studiate cu ajutorul sateliţilor, amintim:

• Determinarea opacităţii/transparenţei atmosferei, studiul aerosolilor.

• Studiul norilor (acoperire, tipuri) şi al ceţii.

• Detecţia şi monitorizarea incendiilor şi a fumului.

4

• Studierea stratului de ozon şi a compoziţiei chimice a atmosferei.

• Urmărirea şi predicţia precipitaţiilor atmosferice.

radiaţie absorbită radiaţie reflectată

• Înregistrarea volumului de radiaţie solară primit, absorbit şi reflectat.

5

• Sondarea atmosferei pentru determinarea temperaturii şi a cantităţii vaporilor de apă.

temperatură vapori de apă

• Urmărirea evoluţiei activităţii vulcanice şi raspândirea norului de cenuşă.

• Stabilirea vitezei şi direcţiei de deplasare a vânturilor.

6

5. Aplicaţii practice în cadrul Observatorului Astronomic Suceava

Recepţionarea şi decodarea imaginilor de la sateliţii meteorologici în cadrul Observatorului Astronomic Suceava se face prin intermediul sistemului APT (Automatic Picture Transmission). Sateliţii vizaţi sunt din seria NOAA (ai National Oceanic and Atmospheric Administration), anume NOAA-12, NOAA-15, NOAA-17 şi NOAA-18. Semnalul analog (audio) transmis de către satelit este recepţionat de un receptor radio in banda de 137 MHz şi decodat de un computer ce rulează un program specializat, “APT Decoder”.

Semnalul radio este transmis continuu de către satelit, recepţionarea lui facându-se în perioada de vizibilitate a satelitului (când acesta trece pe deasupra staţiei receptoare). Durata unei treceri care produce rezultate satisfăcătoare este de 8-15 minute. Pe lângă spectrul vizibil, sateliţii NOAA achiziţionează imagini şi în spectrul infraroşu. Imaginile sunt monocrome, cu posibilitatea de a se afişa în culori false cu ajutorul aceloraşi aplicaţii de decodare. Suprafaţa acoperită în aceste imagini este legată traiectoria satelitului, astfel putându-se recepţiona imagini doar cu zona unde se află amplasat receptorul (de ordinul a câtorva zeci de grade de latitudine si longitudine în jurul acestuia).

Prin achiziţionarea imaginilor de la aceşti sateliţi se poate urmări nebulozitatea atmosferică, direcţia de deplasare a norilor, suprafaţa acoperită de zăpadă, şi, în cazuri excepţionale de vizibilitate, deplasarea norilor de cenuşă vulcanică sau a fumului.

Mai multe informaţii despre sateliţii NOAA şi alte capturi realizate la Observatorul Astronomic Suceava se pot găsi pe pagina de internet http ://apt.opt.ro .

7

Imagine recepţionată la Observatorul Astronomic Suceava în data de 9 septembrie 2011,ora 12:49 UTC, în care se pot observa formaţiuni noroase în zona Europei.

6. Concluzii

Sateliţii meteorologici sunt o componentă importantă a meteorologiei şi climatologiei, dând posibilitatea observării în timp real a fenomenelor atmosferice. Acest lucru atrage cu sine predicţii meteorologice mai precise decât în trecut şi ajută la formarea unei imagini mai complete cu privire la evoluţia climei.

7. Bibliografie

1. “Meteorological satellites”, C.M. Kishtawal, World AgroMeteorological Information Service2. “Resources for Science Learning: Franklin’s Forecast”, Franklin Institute3. “First Steps in Setting Up an APT Ground Station”, Les Hamilton, Group for Earth Observation4. “Weather Satellites”, Wikipedia.org5. “Atmospheric Products”, The Office of Satellite Data Processing and Distribution, NOAA

8