Jaroslav Heiniš - revize plynu, Ostrava a okolí, stavební práce, rekonstrukce, hodinový manžel (www.heinis.cz). Ženklava, Kopřivnice, Příbor, Nový jičín, Bělotín, Bílovec...=Jaroslav Heiniš - revize plynu, Ostrava a okolí, stavební práce, rekonstrukce, hodinový manžel (www.heinis.cz). Ženklava, Kopřivnice, Příbor, Nový jičín, Bělotín, Bílovec...
DOMŮ   ARCHIV   IBT   IAN 1-50   IAN 50-226   IAN 227-500   RÁDIO   PŘEKVAPENÍ  
STALO SE

Meteorologické družice - současnost a blízká budoucnost

Tématem tohoto povídání jsou operativní meteorologické družice -- nebudeme se tedy zabývat různými výzkumnými družicemi či vývojovými prototypy, ani vojenskými družicemi, k jejichž snímkům se běžný člověk nedostane (alespoň ne v reálném čase). Budeme se věnovat pouze těm družicím, bez jejichž údajů si již dnes, na prahu 21. století, nelze vůbec představit efektivní fungování všech vyspělejších meteorologických služeb.

Ilustrační foto...Od vypuštění první skutečně operativní meteorologické družice (TIROS-1, start 1. dubna 1960) již uplynuly čtyři desítky let a to je již dostatečně dlouhá doba, aby přístrojové a komunikační vybavení družic prošlo obrovským vývojem. Tomu samozřejmě odpovídá i vývoj systémů či stanic pro příjem a zpracování dat z družic. Zatímco vizualizace dat z prvních meteorologických družic byla založena na fotografickém papíru, přenos snímků se odehrával na principu televizního signálu a distribuce ke koncovým uživatelům probíhala na principu "telefota", jádrem současných příjimacích systémů jsou výkonné pracovní stanice (většinou pracující pod operačním systémem UNIX/Linux nebo Windows NT40).

Data jsou nyní přenášena jak v digitální podobě (profesionální uživatelské systémy), tak ve zvolna dožívajícím analogovém režimu (různé poloamatérské či školní systémy). Za čtyři desítky let se především rozšířilo množství využívaných spektrálních pásem, výrazně se zlepšilo geometrické rozlišení snímků, data je nyní již možné převádět na kalibrované fyzikální veličiny.

Významně se rozšířilo další přístrojové vybavení družic -- úkolem dnešních družic již není "pouhé" pořizování snímků, ale například též vertikální sondáž atmosféry, která významně doplňuje "klasickou" sondáž pomocí balónů (zejména v hůře dostupných či pustých oblastech). Dále je to například sběr meteorologických dat z automatických stanic a jejich retranslace meteorologickým službám po celém světě, nebo distribuce produktů vyspělých meteorologických služeb do technicky zaostalejších oblastí světa.

Vedle těchto dnes již klíčových úkolů existují (či se připravují) desítky dalších přístrojů nebo dlouhodobých experimentů, které se v různé podobě objevují na různých družicích. Pravděpodobně jedny z nejdůležitějších dlouhodobých experimentů jsou zaměřeny na celkovou radiační bilanci Země, na globální množství oblačnosti, teplotu moří a oceánů, na odražené ultrafialové záření (úzce svázané se stavem ozonosféry) a na celkové množství vegetace.

Většina z nás se však s meteorologickými družicemi setkává především prostřednictvím snímků, pořízených v různých spektrálních kanálech. Zatímco termín spektrální pásmo je definován fyzikálně (většinou nejkratší a nejdelší vlnovou délkou elektromagnetického záření), spektrální kanál v sobě již navíc zahrnuje i technické vlastnosti konkrétního přístroje, pracujícího v daném pásmu -- především propustnost filtrů, citlivost a geometrii čidla, způsob digitalizace a kalibrace dat.

Vzhled oblačnosti nebo zemského povrchu v jednotlivých spektrálních kanálech se od sebe významně liší -- je dán jak spektrálními vlastnostmi samotných objektů (propustností, odrazivostí a emisivitou konkrétního objektu či jeho teplotou), tak je ovlivněn vlastnostmi atmosféry v daném spektrálním pásmu (především její propustností). Kombinací jednotlivých kanálů pak lze dospět k poměrně přesnému vymezení typu objektu, zachyceném na multispektrálním snímku (tedy například stanovení konkrétního typu oblačnosti).

Globální systém meteorologických družic lze rozdělit na dvě podskupiny: družice na kvasipolárních dráhách a družice geostacionární. Obě skupiny mají svůj nezastupitelný význam a tak začneme těmi, které zde byly dříve -- první skupinou, kterým se většinou říká zkráceně (byť trochu nepřesně) družice polární.

Ilustrační foto...

Družice na kvasipolárních dráhách
Jednoznačně nejvýznamnějším zástupcem "polárních" družic jsou americké družice NOAA (jméno družic je odvozeno od National Oceanic and Atmospheric Administration, která tyto družice provozuje). Dráha těchto družic je přibližně ve výšce 810 až 870 km, oběžná doba zhruba 100 minut, sklon oběžné dráhy (vůči rovině rovníku) přibližně 98 až 99 stupňů, dráha je heliosynchronní.

Hlavním přístrojem těchto družic je Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR), nepřetržitě snímající pás území široký přibližně 3000 km. Rychlost skenování je 6 řádků za sekundu, každý řádek sestává z 2048 pixlů (základních obrazových elementů), každý pixel je nasnímán v 5 spektrálních kanálech, každý spektrální kanál je reprezentován 10-bitovou hodnotou.

Geometrické rozlišení (tj. zjednodušeně řečeno rozměr území zobrazeného jedním pixlem) v nadiru (poddružicovém bodě) je 1,1x1,1 km, na krajích snímaného pásu přibližně 2,5x5 km. Data jsou přenášena v reálném čase uživatelům -- jaké množství přenesených dat předchozí věta obnáší, nechť si každý spočte sám. Přenos digitálních dat (High Resolution Picture Transmission, HRPT) probíhá na frekvenci přibližně 1,7 GHz. Vedle digitálního přenosu jsou data šířena i analogově v pásmu 137 MHz (Automatic Picture Transmission, APT), přičemž jak rozlišení tak počet přenášených kanálů jsou zde výrazně redukovány.

Data z obou typů přenosu (HRPT i APT) jsou volně dostupná -- uživatel je limitován pouze kvalitou přijímacího systému, nemusí nikoho žádat o licenci (což je třeba zásadní rozdíl oproti geostacionární družici Meteosat, jak uvidíme později).

Ilustrační foto...První dva spektrální kanály AVHRR leží v oblasti viditelného a blízkého infračerveného záření, další tři jsou již v infračervené oblasti spektra. Jelikož podrobnější interpretace jednotlivých kanálů již přesahuje rozsah tohoto příspěvku, odkazuji případné zájemce na internetové stránky uvedené v závěru.

V současnosti jsou operativními družicemi této série družice NOAA-14 a NOAA-15, na 20. září 2000 je naplánován start nejnovější z těchto družic, NOAA-L (která by po úspěšném dosažení oběžné dráhy byla přejmenována na NOAA-16), a na květen příštího roku poslední družice této série, NOAA-M.

Dosavadní praxe byla taková, že družice NOAA byly v provozu vždy dvě -- jedna na ranní dráze, druhá na časně odpolední dráze. Termín "ranní dráha" či "odpolední dráha" vyjadřuje denní dobu (v místním čase), kdy se družice vyskytuje nejvýše nad obzorem libovolného místa na zemi. Jelikož dráha družic je téměř kruhová, přelétá každá družice konkrétní území též přibližně o 12 hodin později z opačného směru (od pólu či od rovníku). Tento systém zajišťuje pokrytí libovolného místa na Zemi alespoň 4x za 24 hodin (čím blíže k polům, tím je pak větší překrytí mezi sousedními přelety).

Přibližně od roku 2003 se plánuje vypouštění polárních družic nové generace, přičemž ranní polární družici by měla provozovat evropská organizace EUMETSAT, odpolední NOAA (přičemž základní snímkovací vybavení družic bude vzájemně identické).

Vedle těchto klíčových polárních družic jsou na kvasipolárních dráhách rovněž ruské a čínské operativní meteorologické družice (ruské družice série Meteor-3, čínské družice série FY-1), jejichž přínos celosvětové meteorologii je však zanedbatelný (jsou převážně využívány pouze "mateřskými" státy).

Ilustrační foto...Geostacionární meteorologické družice
Vzhledem k tomu, že dosažení geosynchronní (geostacionární) dráhy je podstatně složitějším manévrem než vypuštění družice na nízké dráhy, celkem nepřekvapí že první skutečně operativní meteorologická družice GOES-1 (Geostationary Operational Environmental Satellite) nese datum startu až 16 října 1975. První evropská meteorologická geostacionární družice, Meteosat 1, byla vypuštěna v listopadu 1977.

Postupně byl vybudován systém geostacionárních družic rozložených více-méně rovnoměrně kolem celé Země, sestávající ze dvou amerických družic GOES, japonského GMS, čínské družice FY-2, indické družice Insat, ruského GOMS a konečně pro nás středoevropany nejdůležitějšího evropského Meteosatu.

Družice Meteosat patří sdružení 17 evropských států EUMETSAT se sídlem v německém Darmstadtu. Družice je umístěna nad průsečíkem rovníku a nultého poledníku ve výšce přibližně 36 tisíc kilometrů, kam je vynášena nosičemi Ariane ze základny Kourou ve Francouzské Guyaně. Družice snímá ve třech spektrálních kanálech -- blízkém infračerveném (označovaném VIS), tepelném (IR) a v pásmu absorpce vodních par (WV). Za 24 hodin je nasnímáno 48 sekvencí, označovaných slot.

Snímání jednoho slotu začíná v nulté resp. třicáté minutě každé hodiny, trvá 25 minut, pět minut má družice na návrat přístrojů do výchozí polohy a stabilizaci před začátkem snímání dalšího slotu. Čas uváděný v hlavičce snímků je zaokrouhlován na nejbližší celou hodinu nebo třicátou minutu PO SKONČENÍ snímání daného slotu (příklad: slot číslo 31 má v hlavičce uveden čas snímku 15:30 UTC, byl snímán od 15:00 do 15:25 UTC, území Česka bylo snímáno přibližně v 15:22 UTC).

Veškerá data jsou nejprve přenášena do řídícího centra, odkud jsou po různých korekcích vysílána uživatelům retranslací přes stejnou družici, která je nasnímala. Přenos dat dosavadních Meteosatů je jak digitální (HRI -- High Resolution Imagery), tak analogový (režim WEFAX). Systémy pro příjem digitálních dat jsou označovány PDUS (Primary Data User’s Station), systémy pro příjem analogových snímků jako SDUS (Secondary Data User’s Station). Příjem HRI dat podléhá smluvním vztahům s EUMETSATem, příjem jednodužšího (a tedy i horšího) WEFAXu je neomezený. Česká republika má s EUMETSATem smlouvu o využívání dat HRI (která stanoví podmínky využívání a šíření dat HRI), Slovensko má statut přidružené země EUMETSATu (podobně jako Polsko a Maďarsko).

Současný Meteosat 7 je poslední družicí stávající generace, v první polovině roku 2002 by měla být vypuštěna družice nové generace MSG-1 (Meteosat Second Generation). Zásadní rozdíly budou ve frekvenci skenování (nový snímek každých 15 minut), v počtu spektrálních kanálů (osm místo stávajících tří) a v rozlišovací schopnosti (1 až 3 km dle kanálu). Na MSG již NEBUDE analogový přenos, uživatelské stanice budou dvojího typu: HRUS (High Resolution User’s Station) a LRUS (Low Resolution User’s Station). Příjem dat na obou typech zařízení bude možný pouze na základě licence EUMETSATu a příslušného dešifrovacího modulu. Tudíž ti, kteří ještě v současnosti zvažují koupi a instalaci systému pro příjem Meteosatu v režimu WEFAX, by si měli zvážit, zda se jim tato investice vůbec vyplatí -- životnost Meteosatu-7 se odhaduje do roku 2003 až 2004.

Ilustrační foto...

Družicová data a snímky na internetu
Na Internetu (viz např. "Odkazy ČHMÚ na družicově zajímavá místa na Internetu") lze nalézt několik internetových serverů, poskytujících družicová data v surovém (originálním) formátu a značné množství serverů poskytujících snímky zpracované do standardních obrazových formátů (především GIF a JPG, případně AVI či MPG). Pokud nemáte příslušné softwarové vybavení, nepokoušejte se zbytečně stahovat originální data (toto se týká především dat AVHRR/HRPT) -- jednak jsou značně objemná (řádově desítky MB), jednak mají komplikovanou vnitřní strukturu a do obrazové podoby je nepřevedete!

Většina uživatelů vystačí s běžně dostupnými snímky, pro náročnější potřeby jsou pak možnosti registrovaného komerčního přístupu ke kvalitněji zpracovaným snímkům (prostřednictvím Internetu).

ČHMÚ poskytuje na svých stránkách pouze "statické" snímky, přesto zájemci o "animace" nemusí zoufat. Jednak se na některých serverech postupně objevují možnosti animace pomocí browserů a Java Scriptu (nebo speciální programy označované jako "Slide Show přes Internet"), jednak je zde praktičtější možnost stáhnout si několik po sobě jdoucích snímků a následně si je prohlížet jako animaci "off-line". Na Internetu existuje více buď zcela volných nebo sharewarových programů (prohlížečů), umožňující projekci sekvence snímků pomocí "slide show". Autorovi se pro tyto účely a pro prostředí Windows nejvíce osvědčil prohlížeč ACDSee Classic (shareware, ke stažení a popis na adrese http://www.acdsystems.com/products/acdsee/classic.htm).

Výběr internetových odkazů:

RNDr. Martin Setvák, CSc.

| Zdroj: vedoucí družicového oddělení ČHMÚ IAN.cz
Probíhá experiment. Stránky se pomalu dostávají ze záhrobí zpět na světlo digitálního světa... Omluvte nedostatky, již brzy snad na této adrese najdete víceméně kompletní archiv IAN...
archiv zdroj
RULETA
Den, kdy přistál Discovery
Ilustrační foto...
Rokycanský přístrojový zvěřinec
Ilustrační foto...
Několik vět: Petr Pravec, Zdeněk Pokorný
Ilustrační foto...
Těleso větší než Pluto má měsíček!
Ilustrační foto...
Kometa C/2006 P1 McNaught očima SOHO
Ilustrační foto...
STALO SE
4.12.2012 -
Probíhá experiment. Stránky se pomalu dostávají ze záhrobí zpět na světlo digitálního světa... Omluvte nedostatky, již brzy snad na této adrese najdete víceméně kompletní archiv IAN...

WEBKAMERA
 Upice webcam / widecam
UPICE WEBCAM

Add to Google

 

Pridej na Seznam
 

  © 1997 - 2017 IAN :: RSS - novinky z astronomie a kosmonautiky SiteMap :: www :: ISSN 1212-6691