Kutatói pályára felkészítı akadémiai ismeretek modul Környezetgazdálkodás Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI AGRÁRMÉRNÖK MSC
Megfigyelı alrendszer elemei: meteorológiai állomások (mőholdak) 3. elıadás 5.-6. lecke
Meteorológiai állomástípusok. Őrbázisú alrendszer elemei: a mőholdak. Mőholdtípusok 5. lecke
A meteorológiai állomások Jelen kurzus az alapfeladatok közül a mérést, mint a megfigyelési alrendszer kiemelkedı fontosságú kategóriáját tárgyalja. A mérések helyszínei legtöbbször a meteorológiai állomások, de emellett máshonnan is történhet, s gyakran történik is adatgyőjtés. A mozgó jármővek, így pl. hajók, repülıgépek a GPS elterjedése óta különösen jelentıs, ún. egyéb adatszolgáltató forrást jelent.
15. ábra A nemzeti megfigyelési rendszerünk felépítése Czelnai nyomán
Állomások csoportosítása Területi érintettség alapján 2 kategóriába sorolhatók: - Nemzeti célokat szolgáló állomások - Nemzetközi célokat is kiszolgáló állomások (lásd. korábban WMO szintjeit) A mőszerek szenzorainak elhelyezése alapján: - Őrbázisú alrendszer a szenzor a felszínen kívül van - Földbázisú alrendszer a felszínhez közvetlenül kötıdı állomás, melynek további két kategóriája mőködik: - Szárazföldi állomások - Tengeri állomások
16. ábra A mérések helyei, a meteorológiai állomások és egyéb potenciális helyszínek Czelnai, R. nyomán
1. Őrbázisú alrendszer elemei: a mőholdak Jelentıségük az idıjárás megfigyelésében nagy, mivel vannak a Földnek olyan térségei, ahonnét csak mőholdas adatgyőjtés keretében lehet információhoz jutni. Mással nem pótolható eljárást képviselnek. Becslések szerint a teljes földfelszín csaknem 4/5-e tartozik a nehezen megközelíthetı térségek közé. Két részbıl áll: - őr-szegmens (maga a mőhold) - Földi szegmens (a Földön lévı rész, a vevı központ, a feldolgozó egység és az irányító részleg)
Kevésbé ismert, hogy a légkör szennyezettség vizsgálatoknál is jól alkalmazható a mőholdas megfigyelés. A légkör összetevıi (szennyezık) légköri sugárzás méréssel beazonosíthatók. A mőhold alkalmas a légkör lebegı molekuláin, vagy a felhıelemeken (1) történı szóródás mérésére. Infravörös spektrométerrel a hosszú hullámú, felszínrıl visszaverıdı sugárzás (2) detektálható. Kitüntetett napmagasságnál a Nap a légkörön szinte átsüt, áthalad, s a sugárzás direkt módon éri el a mőhold szenzorát (3). Ezzel lehetıvé válik a különbözı légköri szintek eltérı információinak begyőjtése.
17. ábra Mőholdas mérések lehetıségei lásd. megelızı szöveget Elmar Uherek nyomán
A mőhold Föld körüli pályára bocsátott mesterséges égitest, melybıl manapság már több ezer kering bolygónk körül. Nemcsak a Föld, hanem más égitest körül is találhatunk mőholdakat (Hold, Mars, Vénusz, Jupiter stb.) A legelsı mőhold a Szputnyik -1 volt, amelyet 1957-ben lıttek fel a mai Oroszország jogelıdjének területérıl. Csoportosításuk méretük és alkalmazási területük alapján lehetséges: - mini-mőhold 500 és 200 kg tömeg között - mikro-mőhold 200 kg alatti - nano-mőhold 10 kg tömeg alatti
Alkalmazás szerint a mőholdak lehetnek: Csillagászati csillagászati mérésekhez használt Távközlési - kommunikációs feladatokra Földfigyelı - környezeti, térképezési vagy meteorológiai feladatokra (nem katonai célú) Navigációs helyzet meghatározásra Felderítı katonai célra (titkosak) Őrállomás (biomőhold) ember szállítására (élılényt tart.) Meteorológiai idıjárás/éghajlat megfigyelésre Geodéziai cm pontosságú helymeghatározásra alakítottak
A pályára bocsátás A mőhold pályára bocsátása akkor történhet meg, ha a Föld körüli keringésbıl származó centrifugális erı egyensúlyt tart a gravitációval. A mőhold magassága és keringési ideje közvetlen kapcsolatban állnak egymással. Minél közelebb van a mőhold a felszínhez, annál gyorsabban kering (rövidebb ideig tartózkodik a légtérben). A minimális magasságot a légkör sőrősége determinálja, mivel ha túl közel kerül a mőhold a felszínhez, a sőrőbb légköri rétegekben keletkezı súrlódási hı miatt elég. Egy éves üzemidıhöz legalább 500 km-re kell fellıni a mőholdat.
A geoszinkron mőholdak jellemzıi. A METEOSAT bemutatása 6. lecke
A két pályasíkú mőhold változat A mőholdak Egyenlítı síkjához viszonyított helyzetük alapján lehetnek: - geostacionárius (geoszinkron) és - kvázipoláris pályájúak. A geoszinkron mőholdak ugyanannyi idı alatt kerüli meg a Földet, mint amennyi a Föld egyszeri tengely körüli körülfordulásához szükséges (24 óra). Ebbıl adódik, hogy ha a Földrıl nézzük a mőhold helyzetét, az látszólagosan áll az Egyenlítı egy meghatározott pontja felett. A magassága adott, kb. 36 ezer km.
18. ábra Geostacionáris mőhold pályára állítása ceos.cnes.fr:8100/.../meteosat/meteosat.ht m
A geoszinkron mőhold sugárzás mérıje egy távcsıbe van behelyezve, mely a Föld tengelyével párhuzamos tengely körül forog, de a távcsı szöge minden körülfordulás után lépésszerően változik, amely által letapogatja a Föld felszínét. A fenti mőholdak az adatfelvételen kívül adattovábbítást is végeznek. Az adatok tömege miatt a feldolgozás speciális technikai hátteret igényel, amely során az információ a földrajzi koordinátáknak megfelelı helyre kerül. A mőhold is rendelkezik nagyteljesítményő számítógéppel, mely az elızetes feldolgozásban vesz részt.
Az adat terítésben a kevésbé felszerelt felhasználók számára történı alakításban a meteorológiai világközpontok is részt vesznek. (ATP formátumú kisugárzás alkalmazás) A geoszinkron mőholdak harmadik feladata többek között a nehezen elérhetı állomások adatainak összegyőjtése (automata állomások, különbözı célú hajók stb.) és megfelelı helyre történı eljuttatása. A célközpontok ebben az esetben a különbözı szintő adatfeldolgozó központokat jelentik.
19. ábra A METEOSAT geoszinkron mőhold felépítése ceos.cnes.fr:8100/.../meteosat/meteosat.htm Felül a kommunikációs egység, alatta a sugárzásmérı van. Kívülrıl napelemek borítják. Méretei: 3,2 m magas, 2,1 m átmérıjő, 320 kg. Élettartama: 5 év
20. ábra A METEOSAT mőhold képe és az irányítóterem ceos.cnes.fr:8100/.../meteosat/meteosat.htm
A geoszinkron mőholdak nem látják a teljes Föld felszínét, csak mindössze mintegy 40%-át. A mérések kezdetén 50 földrajzi foknyi területrıl adtak használható képinformációt (50 N-50 S). Ekkor összesen öt mőholddal lefedték a trópusok és a mérsékelt öv trópusokkal érintkezı területét. 1993-tól a látott területet más mőholdas intézmény bevonásával bıvítették 75 -ra. Meteorológiai mőholdunk a Meteosat félóránkét készít képet 2,5 x 5 km-es felbontásban. A képek azonban nem a szó valós értelmében képek, hanem számtalan sugárzási információt szolgáltató digitális jelek összességét jelentik.
A Meteosat sugárzási csatornái (képfelvétel): - a látható sugárzás (fény) tartományában (0,5-0,9µm) - a vízgız és (5,7-7,1µm) - az infravörös sugárzási sávban (10,5-12,5µm) A meteorológiai mőholdakkal figyelhetjük a felhızetet, a felhıborítás mértékét, a légnedvesség tartalmat, a légmozgásokat, valamint a felszínhımérsékletet. Az adatok az aktuális állapotot eredményezik, amely alapján az idıjárás elırejelzések készülnek. A mőholdak nagy elınye, hogy nagy területet egy idıben látnak, amelyre korábban egyetlen eljárás sem volt alkalmas.
21. ábra Európa felhıképe a Meteosat felvétele szerint http://tudasbazis.csillagaszat.hu/muholdak/ muholdak.html
22. ábra Júliusi felszínhımérsékleti térkép http://astro.uszeged.hu/szakdolg/vegiandras/felhasznalas/homerse kleteloszlas.html
23. ábra Geoszinkron mőholdak az Egyenlítı síkjában http://www.stevenswater.com/telemetry_co m/images/geo_info_clip1.jpg
Köszönöm figyelmüket!