По мере бурного развития космических технологий возникла спутниковая метеорология. Это один из разделов науки о погоде – метеорологии, изучающий физическое состояние атмосферы и метеорологические явления с помощью искусственных спутников Земли (ИЗС). Спутниковая метеорология – довольно молодая научная дисциплина, получившая развитие в третьей четверти XX-го века. Создание её стало возможным после появления нового, оказавшегося очень перспективным, средства исследования атмосферы и космического пространства – искусственного спутника Земли. Впервые он был выведен на орбиту вокруг Земли российскими учеными 4 октября 1957 г.

Спутниковая метеорология – раздел метеорологии, разрабатывающий методы получения и использования метеорологической информации с помощью аппаратуры, установленной на метеорологических спутниках. Телевизионная и инфракрасная аппаратура даёт возможность получать днём и ночью изображения Земли,  которые позволяют изучать особенности структуры и распределения её облачного покрова, а также определять температуру подстилающей поверхности или верхней границы облаков. Типизация крупномасштабных структур облачного покрова и установление их связи с погодообразующими процессами создали основу для спутникового анализа облачности (нефанализа), состоящего в дешифровании изображений облачности в целях определения синоптической ситуации (этим значительно дополняется информация о состоянии атмосферы, получаемая с наземных станций, особенно над океанами и в тропиках, что улучшает качество прогнозов погоды). Особенно важна роль спутниковой информации для своевременного распознавания, прослеживания и прогноза тропических штормов и ураганов; спутниковые изображения подстилающей поверхности позволяют получать и ценные сведения о ледяном и снежном покровах.

Получение данных с ИСЗ в Северо-Западном УГМС началось в 70-е годы XX века. К этим  данным сразу же был проявлен большой интерес, так как снимки с ИСЗ позволяли получать дополнительную информацию для краткосрочного прогноза погоды на территории Северо-Западного региона.

В 1995  году для приёма спутниковой информации  в Санкт-Петербургском ЦГМС-Р была установлена станция «Лиана».

К основным достоинствам работы со станцией приема космической информации относятся: наглядность приема космического снимка в режиме реального времени (т.е. в момент получения снимка) на экран компьютера и возможность изучения динамики природных процессов с течением времени (от нескольких часов до нескольких лет).

Станция «Лиана» была предназначена для приема информации в формате APT с полярно-орбитальных ИСЗ серии NOAA и аналогичных форматах ИСЗ Метеор, Ресурс О1 и др.

Пространственное разрешение – 3-3,5 км;

Ширина полосы обзора – до 3000 км;

Число спектральных каналов – 1 или 2 (ближний ИК и тепловой ИК).

В 1997 году  в Санкт-Петербургском ЦГМС-Р для приёма информации с орбитальных спутников серии NOAA была установлена станция «СканЭкс». В 2004 году вместо станции «СканЭкс» была установлена станция «Алиса», которая работает по настоящее время.

На фото - Аппаратно-программный комплекс «Алиса».

Приём спутниковой информации осуществляется в непрерывном режиме по расписанию.

Кратко о спутниках серии NOAA (США)

Тип орбиты: приполярная солнечно синхронная. Высота: 830 или 870 км. Пространственное разрешение: 1.1 км. Ширина полосы обзора: 3000 км. Оснащены: радиометрами высокого разрешения AVHRR , которые сканирует атмосферу и поверхность Земли в 5 диапазонах. Диапазоны (в мкм): 1) 0.58-0.68; 2) 0.725-1.1; 3) 3.55-3.93; 4) 10.3-11.3;  5) 11.4-12.4. Аппаратурой ATOVS атмосферного зондирования в составе ИК модуля HIRS/2 и МКВ модулей AMSU-A,-B; для восстановления профилей метеопараметров.

Обработанная информация используется прогностическими  подразделениями Санкт-Петербургского Гидрометцентра.

На фото - Приземная карта погоды за срок 06:00 25.03.2008, обработанная синоптиком с использованием спутниковых данных.

Для тёплого периода года в  ЦГМС-Р коллективом авторов под руководством  Е.Ф. Чичковой разработана программа тематической обработки спутниковой информации «Варяг», которая предназначена для распознавания различных типов подстилающих поверхностей и получения гидрометеорологических параметров облачности.  

В основе тематической (метеорологической) обработки лежит метод кластерного анализа данных AVHRR в 1-ом и 4-ом каналах.

При распознавании типов подстилающих поверхностей (суши и морской поверхности) применяются пороговые методики, использующие дополнительно данные 2-го и 5-го каналов. Идентификация типов облачности  происходит на основе пороговых  и статистических методик, специально разработанных для Северо-Западного региона России.

Карты-схемы зон неоднородностей поверхностного слоя моря строятся по данным 1-го канала AVHRR (0.58-0.68 мкм) в соответствии с методическими рекомендациями, изложенными в «Методических указаниях по комплексному использованию спутниковой информации для изучения морей» (Гидрометеоиздат, 1987 г.). При интерпретации полученных карт зон оптических неоднородностей поверхностного слоя моря должны учитываться  следующие данные : гидрометеорологические условия; типы внутримассовах включений (вероятных в данном районе); температура поверхности моря; динамика водных масс; возможные источники антропогенных загрязнений.

В дальнейшем своё развитие программа «Варяг» получила под названием «Метеогамма».

В настоящий момент в России наблюдается следующая ситуация: несмотря на обширную сеть метеорологических наблюдательных станций, сеть аэрологических станций, способных давать информацию о высотных профилях температуры и влажности, сейчас очень разрежена. На территории обслуживаемой Северо-Западным УГМС и вблизи от её границ находится лишь 12 станций аэрологического зондирования. Предоставляемая ими информация активно используется синоптиками Гидрометцентра для составления текущих прогнозов, усваивается численными прогностическими моделями и, в последствии, климатическими моделями. Однако, вследствие большого удаления станций аэрологического зондирования друг от друга, множество атмосферных процессов локального масштаба остаются без внимания.

Для восстановления вертикальных профилей температуры и влажности в Санкт-Петербургском ЦГМС-Р используется спутниковая информация ATOVS, поступающая с полярно-орбитальных спутников NOAA серии POES (Polar Orbital Environmental Satellites)  в одном потоке с информацией AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer). Примеры восстановления температуры и влажности на геопотенциальном уровне 1000 гПА представлены ниже.

 Результаты восстановления температуры и влажности на 1000 гПА, NOAA 18, 26.07.2009 09:42.

В апреле 2008 года установлено оборудование для приёма спутниковой информации с геостационарного спутника Eurobird 9, являющегося ретранслятором центра сбора и обработки спутниковой информации EUMETSAT в Германии.

 Оборудование для приема информации с геостационарного спутника Eurobird 9.

Через этот спутник передаются исходные и обработанные данные с орбитальных и геостационарных метеорологических спутников. В настоящее время в ЦГМС-Р с помощью данного спутника осуществляется приём информации с геостационарного метеорологического спутника Meteosat-8 в видимом и ИК-диапазонах. Приём информации лицензирован и проводится в непрерывном режиме. Обновление обработанной информации в виде растровых изображений происходит через каждые 15 минут.

Снимки с геостационарного спутника Meteosat-8 в ИК и в видимом диапазонах.

Помимо приема и обработки информации с Meteosat-8 в ЦГМС-Р ведутся работы по комплексированию спутниковой информации с орбитальных и геостационарных спутников  с другими видам информации, например, радиолокационной, грозопеленгационной, метеорологической, аэрологической и т.д. Эти вопросы требуют специального рассмотрения.

С апреля 2005 года ведется прием спутниковой информации MODIS/Terra из  ГУ «ААНИИ», которая используются для составления прогнозов ледовой  обстановки в зимний период года.

Более подробно эти вопросы будут освещены в следующих статьях.