Використання штучних супутників землі у метеорологічних спостереженнях і прогнозах погоди
ПЛАН:
1) Крок уперед у розвитку метеорологічної науки
2) Оснащення метеорологічних штучних супутників Землі
3) Орбіти метеорологічних штучних супутників
4) Використання штучних супутників Землі в метеорології та інших сферах науки і життя
I. Крок вперед у розвитку метеорологічної науки.
Розвиток ракетної техніки дозволило метеорологам вже в середині 20-го століття проникнути з приладами, що встановлюються на ракетах, спочатку в середню і верхню стратосферу, а потім ще вище - в мезосферу і термосферу. Спеціально сконструйовані метеорологічні ракети в змозі зондувати атмосферу на висотах до 500 км, а виведені на орбіти навколо Землі за допомогою ракет метеорологічні супутники перетворилися на принципово новий засіб дослідження атмосфери, що збільшило у багато разів інформацію про погоду на нашій планеті, доступну повсякденного аналізу. Потік метеорологічної інформації, що надходить від метеорологічних штучних супутників Землі (МІСЗ), став таким великим, що зажадав впровадження більш досконалих машин. Разом зі звичайними засобами спостереження за погодою із земної поверхні за допомогою радіозондів, ракет, метео-радіолокатори МІСЗ дозволили стежити за всіма змінами погоди ще й зверху, з висоти сотень і тисяч кілометрів. Цінність подібної інформації зростає в сто крат в районах земної кулі, де кількість пунктів спостереження за погодою невелика: так йдуть справи на великих океанських просторах, у важкодоступних та малонаселених полярних, пустельних, високогірних областях. Перевага спостережень за погодою з космосу полягає ще й у тому, що інформація надходить безперервно.
Можна без перебільшення сказати, що ракетна і супутникова техніка, за допомогою якої людство почало завоювання космосу, попутно здійснила справжню революцію в методах дослідження атмосфери. Ця революція багато в чому змінила наші уявлення про атмосферу, особливо про її високих шарах. Величезну цінність для метеорологічної науки представляє величезну кількість інформації про маловивчених метеорологічних процесах та явищах. Над аналізом цих даних працюють зараз вчені всього світу.
У міру бурхливого розвитку космічних технологій виникла супутникова метеорологія. Це один з розділів науки про погоду - метеорології, що вивчає фізичний стан атмосфери і метеорологічні явища за допомогою штучних супутників Землі (ІЗС). Супутникова метеорологія - досить молода наукова дисципліна, яка розвинулася в третій чверті 20-го століття. Створення її стало можливим після появи нового, який опинився дуже перспективним, засоби дослідження атмосфери і космічного простору - штучного супутника Землі. Вперше він був виведений на орбіту навколо Землі російським вченими 4 жовтня 1957
II. Оснащення метеорологічних штучних супутників Землі.
Метеорологічні супутники оснащені оглядової і вимірювальною апаратурою. Оглядову апаратуру складають так звані телевізійні та інфрачервоні системи супутника, дозволяють у комплексі виробляти фотографування хмар і земної поверхні не тільки на денній (освітленої Сонцем), але і на нічний (тіньової) стороні нашої планети. Телевізійна зйомка хмарності проводиться у видимій частині сонячного спектру. При звичайній висоті польоту метеорологічного супутника (близько 900 км) роздільна здатність апаратури становить приблизно 1-2 км. Фотографування в інфрачервоній частині спектру в діапазоні хвиль довжиною 8-12 мкм здійснимо і в нічний час; роздільна здатність апаратури - приблизно 8 км. Обладнання метеорологічних супутників дозволяє вести роботу в режимах як безпосередньої передачі інформації, так і запам'ятовування її, з наступним зчитуванням по команді з Землі.
Застосування мікрохвильової радіометричної апаратури на ШСЗ розширює можливості супутникової метеорології, дозволяючи вивчати стан земної поверхні крізь хмарність, так як для розповсюдження хвиль сантиметрового діапазону вона не є перешкодою. Крім того, така апаратура дає можливість більш детально дослідити процеси, що протікають у самих хмарах.
В основі мікрохвильового дослідження атмосфери за допомогою ШСЗ лежить здатність усіх тіл в природі випромінювати і поглинати енергію. Зі зміною температури земної поверхні, її вологовмісту, наявності на ній води, снігу, опадів, кількості розчиненої у воді солі та інших показників її стану змінюються теплові потоки, які виходять від земної поверхні. Вимірюючи теплові потоки високочутливої апаратурою, що працює в діапазоні мікрохвиль, можна судити про багатьох процесах, що відбуваються на поверхні океану, суші, в хмарах і в атмосфері. Вимірювання теплового радіовипромінювання над малоосвещеннимі ділянками земної кулі, наприклад над океанами, дозволяє визначити наявність і потужність хмарного покриву, виявити зони випадання опадів і оцінити інтенсивність останніх. Це пов'язано зі здатністю крапельно-рідкої води, що міститься в хмарах і опадах, активно поглинати радіовипромінювання з довжиною хвилі менше 1 см. Таким чином, за інтенсивністю фіксованої супутником випромінювання можна судити про стан погоди над поверхнею океану, позбавленої інших засобів метеорологічних спостережень необхідної повноти.
III. Орбіти метеорологічних супутників.
Звичайна висота орбіт сучасних метеорологічних супутників близько 900 км, форма орбіт - майже кругова, орбіти близькі в напрямку до полярних. Ширина смуги огляду понад 2000 км (2400 км для телевізійної і 2600 км - для інфрачервоної апаратури). При одночасному польоті двох супутників спостереження за погодою над кожним районом земної кулі виробляються через 6 годин. Крім того, метеорологічні супутники можуть розташовуватися на геостаціонарних орбітах екваторіальних на висоті близько 36000 км. Вони призначені для менш детального, але постійного огляду земної поверхні. Обертаючись разом із Землею з однієї і тієї ж кутовою швидкістю, вони здатні забезпечити спостереження одного і того ж дуже великої ділянки земної поверхні, рівного для кожного такого супутника площі поверхні цілих континентів чи океанів.
Це дуже зручно для безперервного спостереження за еволюцією тропічних циклонів і хмарних систем в низьких широтах в районах можливого зародження тропічних штормів; вони також дозволяють простежувати лінії шквалів над океаном і виявляти торнадо. За допомогою геостаціонарних супутників можна стежити за переміщенням хмар і визначати швидкість і напрям вітру на висоті хмарності. Крім того, на ці супутники передбачається покласти збір даних з наземних автоматичних станцій і морських буїв, кількість яких, за проектом Всесвітньої Служби Погоди, досягне з часом кількох тисяч.
IV. Використання штучних супутників Землі в метеорології та інших галузях науки і життя.
Список використаної літератури
П. Д. Остапенко «Питання про погоду»
С. Л. Бєлоусов, А. А. Васильєв «Керівництво по короткострокових прогнозів погоди»
ПЛАН:
1) Крок уперед у розвитку метеорологічної науки
2) Оснащення метеорологічних штучних супутників Землі
3) Орбіти метеорологічних штучних супутників
4) Використання штучних супутників Землі в метеорології та інших сферах науки і життя
I. Крок вперед у розвитку метеорологічної науки.
Розвиток ракетної техніки дозволило метеорологам вже в середині 20-го століття проникнути з приладами, що встановлюються на ракетах, спочатку в середню і верхню стратосферу, а потім ще вище - в мезосферу і термосферу. Спеціально сконструйовані метеорологічні ракети в змозі зондувати атмосферу на висотах до 500 км, а виведені на орбіти навколо Землі за допомогою ракет метеорологічні супутники перетворилися на принципово новий засіб дослідження атмосфери, що збільшило у багато разів інформацію про погоду на нашій планеті, доступну повсякденного аналізу. Потік метеорологічної інформації, що надходить від метеорологічних штучних супутників Землі (МІСЗ), став таким великим, що зажадав впровадження більш досконалих машин. Разом зі звичайними засобами спостереження за погодою із земної поверхні за допомогою радіозондів, ракет, метео-радіолокатори МІСЗ дозволили стежити за всіма змінами погоди ще й зверху, з висоти сотень і тисяч кілометрів. Цінність подібної інформації зростає в сто крат в районах земної кулі, де кількість пунктів спостереження за погодою невелика: так йдуть справи на великих океанських просторах, у важкодоступних та малонаселених полярних, пустельних, високогірних областях. Перевага спостережень за погодою з космосу полягає ще й у тому, що інформація надходить безперервно.
Можна без перебільшення сказати, що ракетна і супутникова техніка, за допомогою якої людство почало завоювання космосу, попутно здійснила справжню революцію в методах дослідження атмосфери. Ця революція багато в чому змінила наші уявлення про атмосферу, особливо про її високих шарах. Величезну цінність для метеорологічної науки представляє величезну кількість інформації про маловивчених метеорологічних процесах та явищах. Над аналізом цих даних працюють зараз вчені всього світу.
У міру бурхливого розвитку космічних технологій виникла супутникова метеорологія. Це один з розділів науки про погоду - метеорології, що вивчає фізичний стан атмосфери і метеорологічні явища за допомогою штучних супутників Землі (ІЗС). Супутникова метеорологія - досить молода наукова дисципліна, яка розвинулася в третій чверті 20-го століття. Створення її стало можливим після появи нового, який опинився дуже перспективним, засоби дослідження атмосфери і космічного простору - штучного супутника Землі. Вперше він був виведений на орбіту навколо Землі російським вченими 4 жовтня 1957
II. Оснащення метеорологічних штучних супутників Землі.
Метеорологічні супутники оснащені оглядової і вимірювальною апаратурою. Оглядову апаратуру складають так звані телевізійні та інфрачервоні системи супутника, дозволяють у комплексі виробляти фотографування хмар і земної поверхні не тільки на денній (освітленої Сонцем), але і на нічний (тіньової) стороні нашої планети. Телевізійна зйомка хмарності проводиться у видимій частині сонячного спектру. При звичайній висоті польоту метеорологічного супутника (близько 900 км) роздільна здатність апаратури становить приблизно 1-2 км. Фотографування в інфрачервоній частині спектру в діапазоні хвиль довжиною 8-12 мкм здійснимо і в нічний час; роздільна здатність апаратури - приблизно 8 км. Обладнання метеорологічних супутників дозволяє вести роботу в режимах як безпосередньої передачі інформації, так і запам'ятовування її, з наступним зчитуванням по команді з Землі.
Застосування мікрохвильової радіометричної апаратури на ШСЗ розширює можливості супутникової метеорології, дозволяючи вивчати стан земної поверхні крізь хмарність, так як для розповсюдження хвиль сантиметрового діапазону вона не є перешкодою. Крім того, така апаратура дає можливість більш детально дослідити процеси, що протікають у самих хмарах.
В основі мікрохвильового дослідження атмосфери за допомогою ШСЗ лежить здатність усіх тіл в природі випромінювати і поглинати енергію. Зі зміною температури земної поверхні, її вологовмісту, наявності на ній води, снігу, опадів, кількості розчиненої у воді солі та інших показників її стану змінюються теплові потоки, які виходять від земної поверхні. Вимірюючи теплові потоки високочутливої апаратурою, що працює в діапазоні мікрохвиль, можна судити про багатьох процесах, що відбуваються на поверхні океану, суші, в хмарах і в атмосфері. Вимірювання теплового радіовипромінювання над малоосвещеннимі ділянками земної кулі, наприклад над океанами, дозволяє визначити наявність і потужність хмарного покриву, виявити зони випадання опадів і оцінити інтенсивність останніх. Це пов'язано зі здатністю крапельно-рідкої води, що міститься в хмарах і опадах, активно поглинати радіовипромінювання з довжиною хвилі менше 1 см. Таким чином, за інтенсивністю фіксованої супутником випромінювання можна судити про стан погоди над поверхнею океану, позбавленої інших засобів метеорологічних спостережень необхідної повноти.
III. Орбіти метеорологічних супутників.
Звичайна висота орбіт сучасних метеорологічних супутників близько 900 км, форма орбіт - майже кругова, орбіти близькі в напрямку до полярних. Ширина смуги огляду понад 2000 км (2400 км для телевізійної і 2600 км - для інфрачервоної апаратури). При одночасному польоті двох супутників спостереження за погодою над кожним районом земної кулі виробляються через 6 годин. Крім того, метеорологічні супутники можуть розташовуватися на геостаціонарних орбітах екваторіальних на висоті близько 36000 км. Вони призначені для менш детального, але постійного огляду земної поверхні. Обертаючись разом із Землею з однієї і тієї ж кутовою швидкістю, вони здатні забезпечити спостереження одного і того ж дуже великої ділянки земної поверхні, рівного для кожного такого супутника площі поверхні цілих континентів чи океанів.
Це дуже зручно для безперервного спостереження за еволюцією тропічних циклонів і хмарних систем в низьких широтах в районах можливого зародження тропічних штормів; вони також дозволяють простежувати лінії шквалів над океаном і виявляти торнадо. За допомогою геостаціонарних супутників можна стежити за переміщенням хмар і визначати швидкість і напрям вітру на висоті хмарності. Крім того, на ці супутники передбачається покласти збір даних з наземних автоматичних станцій і морських буїв, кількість яких, за проектом Всесвітньої Служби Погоди, досягне з часом кількох тисяч.
IV. Використання штучних супутників Землі в метеорології та інших галузях науки і життя.
За допомогою штучних супутників Землі можна отримати багато додаткової інформації, причому не тільки над малонаселеними і важкодоступними ділянками земної кулі. Зокрема, ШСЗ вельми оперативно забезпечують одержання даних про кордон сніжного покриву і всіх її зміни, про хмарність атмосферних фронтів і циклонів, доповнюючи й уточнюючи дані мережі наземних метеорологічних станцій. Дуже істотна отримується за ШСЗ інформація про димові хмарах над промисловими районами і над лісовими масивами, що виникають у результаті індустріального забруднення повітря і лісових пожеж. На знімках з космосу чітко видно вогнища забруднень над промисловими центрами, видно їх переміщення, особливості структури, що дозволяють судити про концентрацію домішок і висоти їх поширення. Димові шлейфи від заводів, морських суден і плями димки промислових забруднень можуть чітко бачити космонавти, але систематичне їх вивчення можливе тільки за космічними знімками, на яких чітко фіксуються всі вогнища забруднень.
Для вивчення атмосферних забруднень в планетарних і регіональних масштабах зручні геосинхронну супутники, які як би нерухомо висять над екватором або найближчими до нього широтами на дуже великій висоті, а також звичайні метеорологічні супутники, що літають на орбітах заввишки 900-1200 км і мають ТБ-апаратуру.Список використаної літератури
П. Д. Остапенко «Питання про погоду»
С. Л. Бєлоусов, А. А. Васильєв «Керівництво по короткострокових прогнозів погоди»