Meteorologické družice sledují počasí
Existuje mnoho materiálů, ze kterých může meteorolog při předpovědi počasí čerpat. K matematickým modelům se jako doplňující informace používají například snímky pořízené z kosmu meteorologickými družicemi. Jak vypadá současná situace, aneb jaké družice sledují počasí nad námi a zda je budoucnost v tomto odvětví nakloněna dalšímu rozvoji, rozebereme v následujícím článku.
Vizualizace družice MetOp druhé generace, zdroj: ESA.int
Meteorologické družice mohou být umístěny na geostacionární dráze (družice se ve výšce zhruba 36 000 km nad Zemí pohybuje stejnou úhlovou rychlostí jako Země – to způsobí, že zdánlivě visí nad jedním místem) nebo nízké oběžné dráze (výška zhruba 800 km, někdy označovaná jako polární dráha letu – při svém obletu Země míjí oblasti pólů). Povrch Země a situaci nad ním skenují v různých kanálech v pásmu viditelného spektra záření (VIS), infračerveného (IR) a pohlcovaného vodní párou (WV). Každý z přístrojů, které k tomuto účelu družice nesou, se vyznačuje různým horizontálním rozlišením a různou snímací periodou. Data jsou poté odesílána do sběrných míst, kde dochází k jejich úpravě a následné distribuci k uživatelům (více o družicové meteorologii v článku Družicová meteorologie).
EUMETSAT nyní provozuje satelity jak na geostacionární, tak na nízké oběžné dráze. V minulosti byly nejprve vypuštěny družice MFG - Meteosat první generace (1-7, geostacionární dráha). Poslední ze série, Meteosat 7, je stále ještě aktivní (byť již dosluhující – letošní rok je předpokládán jako jeho poslední) a visí v oblasti nad Indickým oceánem. V současnosti jsou v operativním provozu družice MSG (Meteosat druhé generace - celkem čtyři). První byla vypuštěna v roce 2005 a poslední minulý rok. Jejich životnost se předpokládá ještě minimálně po roce 2020. Do budoucna (což by mělo být od roku 2020) se počítá s MTG (Meteosat třetí generace). Celkem půjde o šest družic – čtyři MTG-I (očekávaná doba použití dvacet let) a dvě MTG-S (očekávaná doba použití patnáct let).
Model Meteosatu první generace (MFG) v německém Darmstadtu, sídle organizace EUMETSAT, zdroj: Wikipedia
Když se podíváme o něco blíže Zemi (výška 817 km), tak na nízké oběžné dráze v současnosti krouží celkem dvě evropské družice, MetOp-A (od roku 2006) a MetOp-B (od roku 2012). Na říjen roku 2018 je ještě plánováno vypuštění posledního podobného satelitu, MetOp-C. Budoucnost (podle plánu roky 2020 až 2040) družic s polární drahou letu pod nadvládou EUMETSATu je vkládána do rukou série EPS-SG (EUMETSAT polar system – druhé generace). Ta zahrnuje celkem šest družic, a to vždy po třech MetOp-SG A (první v roce 2021) a MetOp-SG B (první na konci roku 2022).
Snímací zařízení
Hlavním meteorologickým zařízením na palubě družic je snímací zařízení, jehož úkolem je snímat povrch Země (v podstatě se jedná o dalekohled). Dříve byl hlavním snímacím zařízením na geostacionárních satelitech přístroj označovaný jako MVIRI (The Meteosat visible and infrared imager). Ten se nacházel na Meteosatech první generace a trvalo mu nasnímat celý zemský disk za půl hodiny. K dispozici byly pouze tři kanály (VIS, IR a WV) - rozlišení 5 km a u solárního kanálu 2,5 km (v bodě na Zemi nacházejícím se přímo pod družicí).
Nástupcem snímacího zařízení MVIRI se u družic druhé generace stal přístroj SEVIRI (Spinning enhanced visible and infrared imager). Ve srovnání s MVIRI prošel snímač mnoha vylepšeními. Rozlišení v poddružicovém bodě je u většiny kanálů 3 km, u HRV (kanál s vyšším rozlišením) je to dokonce 1 km. Celkem je využito dvanácti spektrálních kanálů a zlepšila se i četnost snímků. Při běžném skenování je perioda patnáct minut (zobrazen vždy celý zemský disk), u RSS (režim, při kterém je část zemského disku naskenována za období pěti minut – data jsou tedy k dispozici třikrát častěji při zachování stejného rozlišení) se jedná dokonce o pět minut, což je srovnatelné s dobou pro měření radarových odrazů.
Pokračovatelem SEVIRI bude na družicích třetí generace přístroj FCI (The flexible combined imager). Dojde opět k výraznému vylepšení vlastností v podobě rozšíření počtu spektrálních kanálů na šestnáct. Rozlišení by mělo být 2 km (v poddružicovém bodě) u kanálů IR a WV, 1 km u kanálů z viditelného spektra záření (VIS), a dokonce 0,5 km pro vybrané kanály služby RSS. Běžná skenovací doba je plánována na deset minut, u RSS se perioda zkrátí na pouhé 2,5 minuty při nasnímání čtvrtiny zemského disku. Novinkou u družic MTG bude přístroj k téměř reálné detekci bleskové aktivity na celé snímané hemisféře a další k sondáži atmosféry, a to jak horizontálně, tak i vertikálně. Budeme se tak moci dozvědět obsah vodní páry, teplotu a vítr v jednotlivých vrstvách atmosféry a půjde o dobrého pomocníka k radiosondážním výstupům (radiosonda+meteorologický balon). Navíc data z něj budou přicházet častěji. Zlepší se tak přesnost předpovědí.
Porovnání snímku pořízeného přístrojem SEVIRI (vlevo) na družici MSG a MODIS (vpravo), srovnatelný s budoucím FCI na satelitech MTG. Na pravém snímku s 1 km rozlišením je mnohem patrnější kouř (červeně vyznačen) ze Sicilské Etny z 26. listopadu 2006, zdroj: Eumetsat.int
Družice MetOp s polární drahou letu jsou momentálně osazeny snímacím zařízením AVHRR (The Advanced very high resolution radiometer). Z něj můžeme, podobně jako je tomu u geostacionárních družic, určovat jak charakteristiky oblaků, tak i zemského povrchu. Protože se jedná o družici na nízké dráze letu, je nevýhodou snímání jednoho místa na Zemi pouze dvakrát denně. Dalším mínusem je i menší počet spektrálních kanálů, kterých je šest (tři solární a tři termální). Naopak lepší je prostorové rozlišení, které činí v poddružicovém bodě 1 km.
Vizualizace družice MetOp druhé generace, zdroj: ESA.int
Meteorologické družice mohou být umístěny na geostacionární dráze (družice se ve výšce zhruba 36 000 km nad Zemí pohybuje stejnou úhlovou rychlostí jako Země – to způsobí, že zdánlivě visí nad jedním místem) nebo nízké oběžné dráze (výška zhruba 800 km, někdy označovaná jako polární dráha letu – při svém obletu Země míjí oblasti pólů). Povrch Země a situaci nad ním skenují v různých kanálech v pásmu viditelného spektra záření (VIS), infračerveného (IR) a pohlcovaného vodní párou (WV). Každý z přístrojů, které k tomuto účelu družice nesou, se vyznačuje různým horizontálním rozlišením a různou snímací periodou. Data jsou poté odesílána do sběrných míst, kde dochází k jejich úpravě a následné distribuci k uživatelům (více o družicové meteorologii v článku Družicová meteorologie).
Evropské družice
EUMETSAT (European organisation for the exploitation of meteorological satellites) je Evropská organizace zabývající se provozem a vývojem meteorologických družic. Sdružuje většinu evropských zemí a jedním z členů je i Česká republika (od roku 2005 jako spolupracující člen, od 14. dubna 2010 plné členství). Myšlenky na založení takové organizace se objevily po vypuštění družice Meteosat 1 (v roce 1977), ale samotná organizace EUMETSAT vznikla až v roce 1986, letos tedy slaví své třicáté narozeniny.EUMETSAT nyní provozuje satelity jak na geostacionární, tak na nízké oběžné dráze. V minulosti byly nejprve vypuštěny družice MFG - Meteosat první generace (1-7, geostacionární dráha). Poslední ze série, Meteosat 7, je stále ještě aktivní (byť již dosluhující – letošní rok je předpokládán jako jeho poslední) a visí v oblasti nad Indickým oceánem. V současnosti jsou v operativním provozu družice MSG (Meteosat druhé generace - celkem čtyři). První byla vypuštěna v roce 2005 a poslední minulý rok. Jejich životnost se předpokládá ještě minimálně po roce 2020. Do budoucna (což by mělo být od roku 2020) se počítá s MTG (Meteosat třetí generace). Celkem půjde o šest družic – čtyři MTG-I (očekávaná doba použití dvacet let) a dvě MTG-S (očekávaná doba použití patnáct let).
Model Meteosatu první generace (MFG) v německém Darmstadtu, sídle organizace EUMETSAT, zdroj: Wikipedia
Když se podíváme o něco blíže Zemi (výška 817 km), tak na nízké oběžné dráze v současnosti krouží celkem dvě evropské družice, MetOp-A (od roku 2006) a MetOp-B (od roku 2012). Na říjen roku 2018 je ještě plánováno vypuštění posledního podobného satelitu, MetOp-C. Budoucnost (podle plánu roky 2020 až 2040) družic s polární drahou letu pod nadvládou EUMETSATu je vkládána do rukou série EPS-SG (EUMETSAT polar system – druhé generace). Ta zahrnuje celkem šest družic, a to vždy po třech MetOp-SG A (první v roce 2021) a MetOp-SG B (první na konci roku 2022).
Snímací zařízení
Hlavním meteorologickým zařízením na palubě družic je snímací zařízení, jehož úkolem je snímat povrch Země (v podstatě se jedná o dalekohled). Dříve byl hlavním snímacím zařízením na geostacionárních satelitech přístroj označovaný jako MVIRI (The Meteosat visible and infrared imager). Ten se nacházel na Meteosatech první generace a trvalo mu nasnímat celý zemský disk za půl hodiny. K dispozici byly pouze tři kanály (VIS, IR a WV) - rozlišení 5 km a u solárního kanálu 2,5 km (v bodě na Zemi nacházejícím se přímo pod družicí).
Nástupcem snímacího zařízení MVIRI se u družic druhé generace stal přístroj SEVIRI (Spinning enhanced visible and infrared imager). Ve srovnání s MVIRI prošel snímač mnoha vylepšeními. Rozlišení v poddružicovém bodě je u většiny kanálů 3 km, u HRV (kanál s vyšším rozlišením) je to dokonce 1 km. Celkem je využito dvanácti spektrálních kanálů a zlepšila se i četnost snímků. Při běžném skenování je perioda patnáct minut (zobrazen vždy celý zemský disk), u RSS (režim, při kterém je část zemského disku naskenována za období pěti minut – data jsou tedy k dispozici třikrát častěji při zachování stejného rozlišení) se jedná dokonce o pět minut, což je srovnatelné s dobou pro měření radarových odrazů.
Pokračovatelem SEVIRI bude na družicích třetí generace přístroj FCI (The flexible combined imager). Dojde opět k výraznému vylepšení vlastností v podobě rozšíření počtu spektrálních kanálů na šestnáct. Rozlišení by mělo být 2 km (v poddružicovém bodě) u kanálů IR a WV, 1 km u kanálů z viditelného spektra záření (VIS), a dokonce 0,5 km pro vybrané kanály služby RSS. Běžná skenovací doba je plánována na deset minut, u RSS se perioda zkrátí na pouhé 2,5 minuty při nasnímání čtvrtiny zemského disku. Novinkou u družic MTG bude přístroj k téměř reálné detekci bleskové aktivity na celé snímané hemisféře a další k sondáži atmosféry, a to jak horizontálně, tak i vertikálně. Budeme se tak moci dozvědět obsah vodní páry, teplotu a vítr v jednotlivých vrstvách atmosféry a půjde o dobrého pomocníka k radiosondážním výstupům (radiosonda+meteorologický balon). Navíc data z něj budou přicházet častěji. Zlepší se tak přesnost předpovědí.
Porovnání snímku pořízeného přístrojem SEVIRI (vlevo) na družici MSG a MODIS (vpravo), srovnatelný s budoucím FCI na satelitech MTG. Na pravém snímku s 1 km rozlišením je mnohem patrnější kouř (červeně vyznačen) ze Sicilské Etny z 26. listopadu 2006, zdroj: Eumetsat.int
Družice MetOp s polární drahou letu jsou momentálně osazeny snímacím zařízením AVHRR (The Advanced very high resolution radiometer). Z něj můžeme, podobně jako je tomu u geostacionárních družic, určovat jak charakteristiky oblaků, tak i zemského povrchu. Protože se jedná o družici na nízké dráze letu, je nevýhodou snímání jednoho místa na Zemi pouze dvakrát denně. Dalším mínusem je i menší počet spektrálních kanálů, kterých je šest (tři solární a tři termální). Naopak lepší je prostorové rozlišení, které činí v poddružicovém bodě 1 km.
Encyklopedie počasí
Přečtěte si další články z naší rozsáhlé encyklopedie počasí, která shrnuje poznatky o meteorologii a počasí. Pochopíte řadu základních meteorologických prvků a způsob vytváření předpovědí počasí.
