Um satélite terrestre artificial que realiza observações meteorológicas da Terra e de sua atmosfera do espaço sideral é a parte espacial do sistema de observação meteorológica do satélite. Os satélites carregam uma variedade de sensores remotos meteorológicos que podem receber e medir luz visível, radiação infravermelha e de micro-ondas da terra e sua atmosfera, e convertê-los em sinais elétricos para transmissão ao solo.
A estação terrestre restaura os sinais elétricos enviados pelos satélites e os atrai para várias imagens de nuvens, solo e superfícies do oceano. Após processamento e cálculos adicionais, vários dados meteorológicos podem ser obtidos. O uso de estações meteorológicas terrestres, balões, aviões e foguetes para observações meteorológicas tem grandes limitações, pois quase 80% das áreas da Terra não podem ser observadas.
Os satélites meteorológicos podem observar uma grande área, longo tempo de observação e rápida coleta de dados observacionais, portanto, podem melhorar a qualidade das previsões meteorológicas e desempenhar um papel mais importante nas previsões meteorológicas desastrosas. Os dados meteorológicos fornecidos por satélites meteorológicos têm sido amplamente utilizados em operações meteorológicas diárias, ciência meteorológica, oceanografia e pesquisa de hidrologia.
Classificação Os satélites meteorológicos têm diferentes métodos de classificação. Geralmente, os satélites são divididos em duas categorias de acordo com suas órbitas: satélites meteorológicos de órbita síncrona do Sol (também chamados de satélites meteorológicos de órbita polar) e satélites meteorológicos de órbita geoestacionária (referidos como satélites meteorológicos geoestacionários).
O satélite meteorológico de órbita sincronizada com o Sol patrulha a superfície global duas vezes por dia e só pode fazer duas observações meteorológicas por dia para uma determinada área, e o intervalo de observação é de cerca de 12 horas.
Sua vantagem é que dados meteorológicos globais podem ser obtidos. Os satélites meteorológicos de órbita geoestacionária podem conduzir continuamente observações meteorológicas em quase um quinto da Terra e enviar dados de volta ao solo em tempo real.
Com 4 satélites dispostos uniformemente sobre o equador, é possível monitorar continuamente a formação e o desenvolvimento de sistemas meteorológicos nas latitudes médias e baixas do mundo. Sua desvantagem é sua pouca capacidade de observar o clima em áreas de alta latitude (latitude maior que 55 °).
Esses dois tipos de satélites meteorológicos precisam se complementar.Para serviços meteorológicos regionais, os satélites meteorológicos de órbita geoestacionária ainda são o esteio. Os satélites meteorológicos são geralmente compartilhados por militares e civis.
A fim de atender às necessidades especiais das atividades militares, também existem satélites meteorológicos militares especiais. Por exemplo, o satélite meteorológico militar “Brock” em órbita sincronizada com o sol dos Estados Unidos (ver satélites militares). De acordo com a missão, os satélites meteorológicos podem ser divididos em dois tipos: satélites meteorológicos experimentais e satélites de aplicação de serviços meteorológicos.
Composição do sistema: Os satélites meteorológicos são geralmente compostos de duas partes: um sistema especial de observação meteorológica e um sistema de garantia. O principal equipamento do sistema especial de observação meteorológica é o instrumento de sensoriamento remoto meteorológico. Atualmente, existem três instrumentos de sensoriamento remoto meteorológico comumente usados:
① Radiômetro de varredura multicanal de alta resolução: Ele pode obter luz visível e imagens de nuvem infravermelha. A resolução do ponto sub-satélite da imagem da nuvem de luz visível e infravermelho do satélite meteorológico de órbita síncrona do Sol é de cerca de 1 km; a resolução do ponto sub-satélite da imagem da nuvem de luz visível do satélite meteorológico da órbita geoestacionária é de 0,9 a 2,5 quilômetros e a resolução do ponto sub-satélite da imagem da nuvem infravermelha é de 5 a 12 quilômetros.
②Espectrômetro infravermelho de alta resolução: pode obter a distribuição vertical da temperatura e a distribuição do vapor de água da atmosfera.
③Radiômetro de micro-ondas: Funciona com um espectrômetro infravermelho de alta resolução para obter a distribuição vertical da temperatura da atmosfera abaixo da camada de nuvem e o conteúdo de água na nuvem. O sistema especial de observação meteorológica também inclui dispositivos de armazenamento de dados e equipamentos de transmissão de dados, como unidades de fita transportadas pelos satélites.
Características técnicas Os satélites meteorológicos apresentam algumas características em termos de requisitos técnicos e de design.
① Órbita: Os satélites meteorológicos adotam uma órbita sincronizada com o sol ou uma órbita geoestacionária de satélite. Para garantir a qualidade das imagens das nuvens, a órbita sincronizada com o Sol dos satélites meteorológicos é circular, a excentricidade deve ser inferior a um milésimo, o ângulo de inclinação é superior a 90 ° e a altitude é geralmente de 800 a 1500 quilômetros a fim de obter imagens ao voar por várias regiões da Terra.
Têm as mesmas condições de iluminação. Os satélites meteorológicos de órbita geoestacionária não têm requisitos elevados para a precisão de manutenção da posição. A direção leste-oeste é cerca de 0,5 °, a direção norte-sul é cerca de 1 ° e a excentricidade é inferior a um milésimo.
② Controle de atitude: Para garantir a qualidade das imagens das nuvens, os satélites meteorológicos devem ter alta estabilidade de atitude.
Os satélites meteorológicos de órbita sincronizada com o Sol exigem uma taxa de mudança de atitude inferior a alguns milésimos por segundo, e os satélites meteorológicos de órbita geoestacionária exigem uma taxa de mudança de atitude de menos de 0,0002 graus por segundo e menos de 0,002 graus por meia hora. A precisão do controle de atitude dos satélites meteorológicos geralmente requer 0,5 ° ～ 1 °.
③ Transmissão de dados: Existem quatro tipos de transmissão de dados por satélites meteorológicos: os dados originais obtidos por instrumentos de sensoriamento remoto meteorológico são transmitidos para a estação central de processamento de dados terrestres, a banda de frequência comumente usada é 1700 MHz e a taxa de transmissão de dados é alta, até 28 Mbit / s; Meteorologia Após os dados obtidos por instrumentos de sensoriamento remoto serem processados inicialmente no satélite, dados meteorológicos, como imagens de nuvens, são enviados ao solo em tempo real.
As bandas de frequência comumente usadas são 137 MHz e 1700 MHz, e a taxa de transmissão de dados é baixa; os dados obtidos por instrumentos de sensoriamento remoto meteorológico são transmitidos ao solo para vários processamentos de dados e, em seguida, a transmissão de imagens de nuvens e outros dados meteorológicos para vários lugares por meio de satélites meteorológicos, a banda de frequência comumente usada é 1700 MHz ; coletar dados ambientais, como temperatura, pressão e umidade obtidos por estações meteorológicas terrestres, bóias automáticas marítimas e estações meteorológicas automáticas instaladas em áreas não tripuladas. As bandas de frequência são 401 e 468 MHz.
O desenvolvimento da série principal de satélites meteorológicos passou por duas fases de experimento e aplicação. Além dos Estados Unidos e da União Soviética, o Japão e a Agência Espacial Européia também lançaram satélites meteorológicos em 1977. Esses países e organizações participaram do primeiro teste global do Programa de Pesquisa Atmosférica Global organizado pela Organização Meteorológica Mundial (OMM) (Figura 1). As principais séries de satélites meteorológicos são:
① Série de satélites meteorológicos “Meteor”: consulte o satélite “Meteor”.
② Série de satélites meteorológicos “Tyros”: a primeira série experimental de satélites meteorológicos lançados pelos Estados Unidos. Um total de 10 satélites foram lançados de 1960 a 1965. Exceto os dois últimos em órbitas sincronizadas com o sol, os ângulos de inclinação orbitais restantes são 48 ° e 58 °. °.
③ Satélite “Isa”: a primeira geração do satélite de aplicação de serviço meteorológico de órbita síncrona do sol dos EUA. De 1966 a 1969, 9 satélites foram lançados sucessivamente, com uma inclinação orbital de cerca de 102 °, uma altitude orbital de cerca de 1.400 quilômetros e a resolução do ponto sub-satélite da imagem da nuvem era de 4 quilômetros.
④ Série de satélites “Tyros N / NOA”: consulte o satélite “Tyros N / NOA”.
⑤ “Gstationary Meteorological Satellite” (GMS): satélite de aplicação de serviço meteorológico de órbita geoestacionária do Japão (Figura 2), um total de dois, lançado em 1977 e 1981, respectivamente, a resolução do ponto sub-satélite de imagens de luz visível e nuvem infravermelha foi de 1,25 Quilômetros e 5 quilômetros.
⑥ “Meteosat” (Meteosat): O satélite do serviço meteorológico de órbita geoestacionária da Agência Espacial Europeia, um total de 2 satélites, lançado em 1977 e 1981, respectivamente, a resolução do ponto sub-satélite da luz visível, imagem de nuvem infravermelha e imagem de vapor de água são 2,5 quilômetros, respectivamente, 5 km e 5 km.
⑦ “Satélite de serviço de ambiente geoestacionário”: ver “Satélite de serviço de ambiente geoestacionário”.
⑧ “Insat” (Insat): satélite multifuncional da Índia para comunicações, radiodifusão e meteorologia. A resolução do ponto sub-satélite de suas imagens de luz visível e nuvem infravermelha é de 2,7 km e 11 km, respectivamente.