สภาพอากาศ - ชุดของปรากฏการณ์บรรยากาศที่ค่อนข้างสั้น - คาดเดาได้ยากเนื่องจากมีปัจจัยจำนวนมากที่ส่งผลต่อสภาพอากาศ และความแปรปรวนของผลกระทบ ชั้นบรรยากาศของโลกเป็นระบบไดนามิกที่ซับซ้อน ดังนั้น เพื่อปรับปรุงความแม่นยำของการพยากรณ์ จึงจำเป็นต้องคำนึงถึงสถานะของมันในภูมิภาคต่างๆ ทุกขณะ เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาเป็นเครื่องมือที่จำเป็นสำหรับการวิจัยบรรยากาศในระดับโลก
การเริ่มสังเกตการณ์สภาพอากาศในอวกาศ
ดาวเทียมที่แสดงให้เห็นถึงความเหมาะสมพื้นฐานของยานอวกาศสำหรับการสังเกตการณ์อุตุนิยมวิทยาคือ TIROS-1 ของอเมริกาซึ่งเปิดตัวเมื่อวันที่ 1 เมษายน 1960
ดาวเทียมส่งภาพโทรทัศน์ภาพแรกของโลกจากอวกาศ ต่อจากนั้นบนพื้นฐานของอุปกรณ์ประเภทนี้ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาทั่วโลกที่มีชื่อเดียวกันได้ถูกสร้างขึ้นระบบ
ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาดวงแรกของสหภาพโซเวียต Cosmos-122 ถูกปล่อยเมื่อวันที่ 25 มิถุนายน พ.ศ. 2509 มีอุปกรณ์ออนบอร์ดสำหรับการถ่ายภาพในช่วงแสงและอินฟราเรด ทำให้สามารถศึกษาการกระจายตัวของเมฆ ทุ่งน้ำแข็ง และหิมะที่ปกคลุม ตลอดจนวัดลักษณะอุณหภูมิของชั้นบรรยากาศทั้งด้านกลางวันและกลางคืนของโลก ตั้งแต่ปี 1967 ระบบอุตุนิยมวิทยาเริ่มทำงานในสหภาพโซเวียต ซึ่งเป็นพื้นฐานของระบบอุตุนิยมวิทยาที่พัฒนาขึ้นในภายหลังเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ
ระบบสภาพอากาศของดาวเทียมของประเทศต่างๆ
ดาวเทียมหลายชุด เช่น Meteor-Nature, Meteor-2 และ Meteor-3 รวมถึงอุปกรณ์ของซีรีส์ Resurs กลายเป็นทายาทของ Meteor นับตั้งแต่ต้นยุค 2000 การสร้างกลุ่มอุกกาบาต-3M ยังคงดำเนินต่อไป นอกจากนี้จำนวนดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาของรัสเซียยังรวมถึงดาวเทียม Electro-L คอมเพล็กซ์สองดวง ด้วยคนแรกที่ทำงานในวงโคจรเป็นเวลา 5 ปี 8 เดือนการเชื่อมต่อขาดหายไปในปี 2559 ส่วนที่สองยังคงทำงานต่อไป มีการวางแผนการเปิดตัวดาวเทียมดวงที่สามของซีรีส์นี้
ในสหรัฐอเมริกา นอกเหนือจากระบบ TIROS แล้ว ยานอวกาศของซีรีส์ Nimbus, ESSA, NOAA, GOES ได้รับการพัฒนาและใช้งาน ซีรีย์ NOAA และ GOES หลายชุดกำลังให้บริการอยู่
ระบบสภาพอากาศผ่านดาวเทียมของยุโรปเป็นตัวแทนของ Meteosat, MetOp สองรุ่น รวมถึง ERS และ Envisat ที่เลิกผลิตแล้ว ซึ่งเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ที่ใหญ่ที่สุดที่ปล่อยสู่วงโคจรต่ำโดย European Space Agency
ญี่ปุ่น ("Himawari"), จีน ("Fengyun"), อินเดีย (INSAT-3DR) และประเทศอื่นๆ บางประเทศต่างก็มีดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาเป็นของตัวเอง
ประเภทของดาวเทียม
ยานอวกาศที่รวมอยู่ในอุตุนิยมวิทยาแบ่งออกเป็นสองประเภทตามพารามิเตอร์ของวงโคจรและตามวัตถุประสงค์:
- ดาวเทียมค้างฟ้า. พวกมันถูกปล่อยในระนาบเส้นศูนย์สูตรตามทิศทางการหมุนของโลก สู่ความสูง 36,786 กม. เหนือระดับน้ำทะเล ความเร็วเชิงมุมของมันสอดคล้องกับความเร็วในการหมุนของดาวเคราะห์ ด้วยลักษณะการโคจรดังกล่าว ดาวเทียมประเภทนี้จะอยู่เหนือจุดเดียวกันเสมอ ถ้าคุณไม่คำนึงถึงความผันผวนและ "ลอย" ที่เกิดจากข้อผิดพลาดในการโคจรและความผิดปกติของแรงโน้มถ่วง พวกเขาสังเกตพื้นที่หนึ่งอย่างต่อเนื่องซึ่งประมาณ 42% ของพื้นผิวโลก - น้อยกว่าซีกโลกเล็กน้อย ดาวเทียมเหล่านี้ไม่อนุญาตให้สังเกตบริเวณละติจูดสูงสุดและไม่ให้ภาพที่มีรายละเอียด แต่ให้ความเป็นไปได้ในการตรวจสอบสถานการณ์อย่างต่อเนื่องในพื้นที่ขนาดใหญ่
- ดาวเทียมโพลาร์ ยานพาหนะประเภทนี้เคลื่อนที่ในวงโคจรที่ต่ำกว่ามาก - จาก 850 ถึง 1,000 กม. อันเป็นผลมาจากการที่พวกมันไม่ได้ให้การครอบคลุมกว้างของอาณาเขตที่สังเกต อย่างไรก็ตาม วงโคจรของพวกมันจำเป็นต้องผ่านขั้วของโลก และดาวเทียมประเภทนี้หนึ่งดวงสามารถ "กำจัด" พื้นผิวทั้งหมดของดาวเคราะห์ในแถบแคบ (ประมาณ 2500 กม.) ที่มีความละเอียดดีในวงโคจรจำนวนหนึ่ง ด้วยการทำงานพร้อมกันของดาวเทียมสองดวงที่อยู่ในวงโคจรขั้วโลกแบบซิงโครนัสของดวงอาทิตย์ แต่ละภูมิภาคจะถูกสำรวจจากช่วงเวลา 6 ชั่วโมง
ลักษณะทั่วไปและลักษณะของดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา
ยานอวกาศที่ออกแบบมาสำหรับการสังเกตการณ์อุตุนิยมวิทยาประกอบด้วยสองโมดูล: โมดูลบริการ (แพลตฟอร์มดาวเทียม) และผู้ให้บริการขนถ่าย (เครื่องมือ) ห้องบริการมีอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ให้พลังงานจากแผงโซลาร์เซลล์ที่ติดตั้งร่วมกับหม้อน้ำและระบบขับเคลื่อน ศูนย์วิศวกรรมวิทยุที่มีเสาอากาศและเซ็นเซอร์หลายตัวสำหรับตรวจสอบสถานการณ์ heliophysical เชื่อมต่อกับโมดูลการทำงาน
น้ำหนักเปิดตัวของอุปกรณ์ดังกล่าวมักจะสูงถึงหลายตัน ส่วนบรรทุกคือตั้งแต่หนึ่งถึงสองตัน เจ้าของสถิติในหมู่ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา - European Envisat - มีน้ำหนักการเปิดตัวมากกว่า 8 ตันซึ่งมีประโยชน์ - มากกว่า 2 ตันด้วยขนาด 10 × 2.5 × 5 ม. ด้วยแผงที่ปรับใช้แล้วความกว้างถึง 26 เมตร ขนาดของ GOES-R ของอเมริกาคือ 6.1 × 5.6 × 3.9 ม. โดยมีน้ำหนักเปิดตัวเกือบ 5200 กก. และน้ำหนักแห้ง 2860 กก. Russian Meteor-M No. 2 มีเส้นผ่านศูนย์กลางลำตัว 2.5 ม. ยาว 5 ม. กว้างพร้อมแผงโซลาร์เซลล์ขนาด 14 ม. น้ำหนักบรรทุกของดาวเทียมประมาณ 1200 กก. น้ำหนักการเปิดตัวน้อยกว่า 2800 เล็กน้อย กิโลกรัม. ด้านล่างเป็นภาพถ่ายดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา "Meteor-M" หมายเลข 2
อุปกรณ์ดาวเทียมวิทยาศาสตร์
ตามกฎแล้ว ดาวเทียมสภาพอากาศจะมีเครื่องมือสองประเภทเป็นส่วนหนึ่งของอุปกรณ์:
- ภาพรวม. ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา ภาพโทรทัศน์และภาพถ่ายของพื้นผิวดินและมหาสมุทร เมฆ หิมะ และน้ำแข็งปกคลุม ในบรรดาอุปกรณ์เหล่านี้มีอุปกรณ์สร้างภาพหลายโซนอย่างน้อยสองเครื่องในช่วงสเปกตรัมที่แตกต่างกัน (มองเห็นได้ ไมโครเวฟ อินฟราเรด) พวกเขาถ่ายที่ความละเอียดต่างกัน ดาวเทียมยังติดตั้งเครื่องสแกนพื้นผิวเรดาร์
- วัด. ด้วยเครื่องมือประเภทนี้ ดาวเทียมจะรวบรวมลักษณะเชิงปริมาณที่สะท้อนถึงสถานะของบรรยากาศ ไฮโดรสเฟียร์ และสนามแม่เหล็ก ลักษณะดังกล่าวได้แก่ อุณหภูมิ ความชื้น สภาพการแผ่รังสี พารามิเตอร์ปัจจุบันของสนามแม่เหล็กโลก เป็นต้น
น้ำหนักบรรทุกดาวเทียมอุตุนิยมวิทยายังรวมถึงระบบรับและส่งข้อมูลบนเครื่องบินด้วย
การรับและประมวลผลข้อมูลบนโลก
ดาวเทียมสามารถทำงานทั้งในโหมดการจัดเก็บข้อมูลด้วยการส่งแพ็กเก็ตข้อมูลในภายหลังไปยังระบบรับและประมวลผลภาคพื้นดิน และดำเนินการส่งโดยตรง ข้อมูลดาวเทียมที่ได้รับจากคอมเพล็กซ์ภาคพื้นดินจะต้องทำการถอดรหัส ในระหว่างนั้นข้อมูลจะถูกเชื่อมโยงตามเวลาและพิกัดการทำแผนที่ จากนั้นข้อมูลจากยานอวกาศต่างๆ จะถูกรวมเข้าด้วยกันและประมวลผลต่อไปเพื่อสร้างภาพที่มองเห็นได้ชัดเจน
องค์การอุตุนิยมวิทยาโลกนำแนวคิด "ท้องฟ้าเปิด" มาประกาศให้เข้าถึงข้อมูลอุตุนิยมวิทยาได้ฟรี - ไม่มีการเข้ารหัสข้อมูลเรียลไทม์จากดาวเทียม ในการดำเนินการนี้ คุณต้องมีอุปกรณ์และซอฟต์แวร์ในการรับที่เหมาะสม
ระบบสังเกตการณ์อุตุนิยมวิทยาสากล
เนื่องจากมีวงโคจรค้างฟ้าเพียงดวงเดียว การใช้งานจึงต้องมีการประสานงานระหว่างหน่วยงานอวกาศและบริการอุตุนิยมวิทยา (รวมถึงความสนใจอื่นๆ) ของประเทศต่างๆ ใช่ และเมื่อเลือกโคจรขั้วต่ำในปัจจุบัน เป็นไปไม่ได้ที่จะทำโดยไม่ประสานกัน นอกจากนี้ ดาวเทียมตรวจสอบเหตุการณ์สภาพอากาศที่เป็นอันตราย (เช่น พายุไต้ฝุ่น) ทำให้จำเป็นต้องรวมความพยายามของบริการอุทกอุตุนิยมวิทยาและแลกเปลี่ยนข้อมูลที่เกี่ยวข้อง เนื่องจากสภาพอากาศไม่มีพรมแดนของรัฐ
การประสานกันของประเด็นระหว่างประเทศที่เกี่ยวข้องกับการใช้ระบบอวกาศในการพยากรณ์อากาศเป็นความรับผิดชอบของกลุ่มประสานงานสำหรับดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาภายใน WMO การแบ่งปันระบบสภาพอากาศผ่านดาวเทียมเริ่มขึ้นตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1970 การประสานงานในพื้นที่นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในขณะนี้ ท้ายที่สุด กลุ่มดาวบริวารอุตุนิยมวิทยาระหว่างประเทศที่วางอยู่ในวงโคจรของ geostationary รวมถึงยานอวกาศจากหลายประเทศ: สหรัฐอเมริกา ประเทศในยุโรป รัสเซีย อินเดีย จีน ญี่ปุ่น และเกาหลีใต้
อนาคตของเทคโนโลยีอวกาศในอุตุนิยมวิทยา
ดาวเทียมสภาพอากาศสมัยใหม่เป็นส่วนหนึ่งของระบบการสำรวจระยะไกลของโลก ดังนั้นจึงมีโอกาสในการพัฒนาอย่างจริงจัง
ประการแรก มีแผนที่จะขยายการมีส่วนร่วมในการติดตามภัยธรรมชาติ ภัยธรรมชาติ ปรากฏการณ์อันตราย ในการพยากรณ์การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในระยะยาว ประการที่สอง ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาของโลก ควรจะถูกใช้เป็นเครื่องมือมากขึ้นในการได้รับความรู้เกี่ยวกับกระบวนการในชั้นบรรยากาศและอุทกสเฟียร์ตลอดจนเกี่ยวกับสถานะของสนามแม่เหล็กโลกทั้งเชิงประยุกต์และคุณค่าทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน
