Satelliter förutspår jordens väder från rymden

Det finns inget fel på en satellitbild av moln eller orkaner. Men bortsett från att känna igen vädersatellitsbilder, hur mycket vet du om vädersatelliter?

I detta bildspel undersöker vi grunderna, från hur vädersatelliter fungerar till hur bilderna som produceras från dem används för att förutse vissa väderhändelser.

Liksom vanliga rymdssatelliter är vädersatelliter konstgjorda objekt som släpps ut i rymden och lämnas för att cirkla, eller kretsar runt jorden. Förutom istället för att överföra data tillbaka till jorden som driver din TV, XM-radio eller GPS navigationssystem på marken, de överför väder- och klimatdata som de "ser" tillbaka till oss i bilder.

Precis som utsikt över taket eller bergstoppen erbjuder en bredare utsikt över dina omgivningar, en vädersatellits position flera hundra till tusentals miles ovanför jordens yta tillåter vädret i en angränsande del av USA eller som inte ens har kommit in i väst- eller östkustgränserna ännu, att vara observeras. Denna utvidgade vy hjälper också

Eftersom moln är väderfenomen som "lever" högst i atmosfären är vädersatelliter känd för att övervaka moln och molnsystem (som orkaner), men moln är inte det enda de ser. Vädret satelliter används också för att övervaka miljöhändelser som interagerar med atmosfären och har bred areal täckning, såsom eldbränder, damm stormar, snö täcker, havsis och havstemperaturer.

Nu när vi vet vad vädersatelliter är, låt oss ta en titt på de två typerna av vädersatelliter som finns och väderhändelserna är bäst att upptäcka.

Förenta staterna driver för närvarande två polar-kretsande satelliter. Ringade POES (förkortning för Polar Oörelseresultatet Environmental Satellite), man arbetar under morgonen och en på kvällen. Båda är gemensamt kända som TIROS-N.

TIROS 1, den första vädersatelliten som existerade, var polarbanor, vilket innebar att den passerade över Nord- och Sydpolen varje gång den kretsade runt jorden.

Polar-kretsande satelliter cirklar jorden på ett relativt nära avstånd till den (ungefär 500 mil över jordens yta). Som du kanske tror gör detta dem bra på att ta bilder med hög upplösning, men en nackdel med att vara så nära är att de bara kan "se" ett smalt område med en gång på en gång. Emellertid, eftersom jorden roterar väst-till-öst under en polar-kretsande satellits bana, driver satelliten i huvudsak västerut med varje jordrevolution.

Polar-kretsande satelliter passerar aldrig över samma plats mer än en gång dagligen. Detta är bra för att ge en fullständig bild av vad som händer väderklart över hela världen och för av denna anledning är polaromloppssatelliter bäst för väderprognoser och övervakningsförhållanden på lång sikt tycka om El Niño och ozonhålet. Detta är dock inte så bra för att spåra utvecklingen av enskilda stormar. För det beror vi på geostationära satelliter.

Förenta staterna driver för närvarande två geostationära satelliter. Smeknamn GOES för "Geostationary Operational Environmental Satelliter, "den ena håller vakten över östkusten (GOES-öst) och den andra över västkusten (GOES-väst).

Sex år efter det att den första polar-omloppssatelliten lanserades placerades geostationära satelliter i omloppsbana. Dessa satelliter "sitter" längs ekvatorn och rör sig med samma hastighet som jorden roterar. Detta ger dem utseendet att stanna kvar på samma punkt ovanför jorden. Det gör att de kontinuerligt kan se samma region (norra och västra halvklotet) i hela regionen på en dag, vilket är idealiskt för att övervaka realtidsväder för användning vid kortvarig väderprognos, som varningar om hårt väder.

Vad är en sak som geostationära satelliter inte gör så bra? Ta skarpa bilder eller "se" polerna liksom det är en polar-kretsande bror. För att geostationära satelliter ska hålla jämna steg med jorden, måste de kretsa på ett större avstånd från den (en höjd av 22 236 miles (35,786 km) för att vara exakt). Och på detta ökade avstånd går både bilddetaljer och utsikt över polerna (på grund av jordens krökning) förlorade.

Delikata sensorer i satelliten, kallad radiometrar, mäter strålning (dvs energi) som avges av jordens yta, varav de flesta är osynliga för blotta ögat. Typerna av energiväder-satelliter mäter sig i tre kategorier av det elektromagnetiska ljusspektrumet: synligt, infrarött och infrarött för terahertz.

Strålningsintensiteten som avges i alla dessa tre band, eller "kanaler", mäts samtidigt och lagras sedan. En dator tilldelar ett numeriskt värde till varje mätning inom varje kanal och konverterar sedan dessa till en gråskalapixel. När alla pixlar visas är slutresultatet en uppsättning av tre bilder, var och en visar var dessa tre olika energislag "lever".

De följande tre bilderna visar samma vy över USA men tagits från den synliga, infraröda och vattenångan. Kan du märka skillnaderna mellan var och en?

Bilder från den synliga ljuskanalen liknar svartvita fotografier. Det beror på att en satellit som är känslig för synliga våglängder, som liknar en digital eller 35 mm kamera, registrerar solstrålar som reflekteras från ett objekt. Ju mer solljus ett objekt (som vårt land och havet) absorberar, desto mindre ljus reflekterar det tillbaka ut i rymden, och desto mörkare visas dessa områden i den synliga våglängden. Omvänt, föremål med hög reflektionsförmåga, eller albedos, (som molnens toppar) verkar ljusast vit eftersom de studsar stora mängder ljus från sina ytor.

Eftersom solljus krävs för att fånga synliga satellitbilder är de inte tillgängliga under kvälls- och nattetimmar.

Infraröda kanaler avkänner värmeenergi som avges av ytor. Liksom i synliga bilder, verkar de varmaste föremål (som land och moln på låg nivå) som drar upp värmen mörkast, medan kallare föremål (höga moln) verkar ljusare.

Vattenånga detekteras för sin energi som avges i spektrumets infraröda till terahertz-område. Liksom synlig och IR visar dess bilder moln, men en extra fördel är att de också visar vatten i dess gasformiga tillstånd. Fuktiga tungor av luft verkar som en dimmig grå eller vit, medan torr luft representeras av mörka regioner.

Vattenånga bilder är ibland färgförbättrade för bättre visning. För förbättrade bilder betyder blues och greener hög fuktighet, och browns, låg fuktighet.