気象衛星: 宇宙から地球の天気を予測する

雲やハリケーンの衛星画像を見間違えることはありません。しかし、気象衛星画像を認識すること以外に、気象衛星についてどれだけ知っていますか?

このスライドショーでは、気象衛星がどのように機能するかから、気象衛星から生成された画像が特定の気象イベントを予測するためにどのように使用されるかまで、基本を探ります。

気象衛星

iLexx / E + /ゲッティイメージズ

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iLexx / E + /ゲッティイメージズ

通常の人工衛星と同様に、気象衛星は宇宙に打ち上げられ、地球を一周または周回する人工物です。地上のテレビ、XM ラジオ、または GPS ナビゲーション システムに電力を供給するデータを地球に送り返す代わりに、彼らは天気と気候のデータを送信し、それを写真で私たちに送り返します。

利点

屋上や山頂の景色が周囲の広い視野を提供するのと同じように、地球の表面から数百から数千マイル上空にある気象衛星の位置は、米国の近隣地域の天気、または西海岸や東海岸にさえ入っていない天気を可能にします境界はまだありません。この拡張ビューも役立ちます 気象学者 地表観測機器によって検出される数時間から数日前に、気象システムとパターンを特定します。 気象レーダー .

雲は大気の最も高いところに「生息」する気象現象であるため、気象衛星は雲や雲システム (ハリケーンなど) を監視することで有名ですが、雲だけが見えるわけではありません。気象衛星は、山火事、砂塵嵐、積雪、海氷、海水温など、大気と相互作用し、広い範囲をカバーする環境イベントを監視するためにも使用されます。

気象衛星とは何かがわかったので、次に、存在する 2 種類の気象衛星と、それぞれが検出に最も適した気象イベントを見てみましょう。

極軌道気象衛星

COMET計画（UCAR）

米国は現在、2 つの極軌道衛星を運用しています。 POES（の略）と呼ばれる P できる 〇 動作中 と 環境 S アテライト)、1 つは朝に、もう 1 つは夜に動作します。両者を総称して TIROS-N と呼びます。

現存する最初の気象衛星である TIROS 1 は極軌道でした。つまり、地球の周りを公転するたびに北極と南極を通過しました。

極軌道衛星は、地球に比較的近い距離 (地表から約 500 マイル) で地球を周回しています。ご想像のとおり、これにより高解像度の画像をキャプチャするのが得意になりますが、非常に近くにいることの欠点は、一度に狭い範囲の領域しか「見る」ことができないことです.ただし、地球は極軌道衛星の軌道の下で西から東に自転しているため、衛星は基本的に地球の公転ごとに西にドリフトします。

極軌道衛星が同じ場所を 1 日に 2 回以上通過することはありません。これは、世界中で気象に関して起こっていることの全体像を提供するのに適しています。このため、極軌道衛星は、長期の天気予報や次のような状態の監視に最適です。 男の子 そしてオゾンホール。ただし、これは個々の嵐の発達を追跡するのにはあまり適していません。そのために、私たちは静止衛星に依存しています。

静止気象衛星

NOAA / NASA GOES プロジェクト

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NOAA / NASA GOES プロジェクト

米国は現在、2 つの静止衛星を運用しています。 「GOES」の愛称 G 静止した 〇 機能的な と 環境 S 1 つは東海岸 (GOES-East) を監視し、もう 1 つは西海岸 (GOES-West) を監視します。

最初の極軌道衛星が打ち上げられてから 6 年後、静止衛星が軌道に投入されました。これらの衛星は赤道に沿って「座り」、地球の自転と同じ速度で移動します。これにより、地球上の同じ点に静止しているように見えます。また、1 日を通して同じ地域 (北半球と西半球) を継続的に表示することもできます。 悪天候警報 .

静止衛星がうまくいかないことの 1 つを教えてください。鮮明な画像を撮影するか、極を「見る」だけでなく、極軌道を周回する兄弟でもあります。静止衛星が地球と歩調を合わせるためには、地球からより遠い距離 (正確には 22,236 マイル (35,786 km) の高度) を周回する必要があります。そして、この増加した距離では、画像の詳細と極のビュー (地球の曲率による) の両方が失われます。

気象衛星のしくみ

カナダ リモート センシング センター

放射計と呼ばれる衛星内の繊細なセンサーは、地球の表面から放出される放射線 (エネルギー) を測定しますが、そのほとんどは肉眼では見えません。気象衛星が測定するエネルギーの種類は、光の電磁スペクトルの 3 つのカテゴリ (可視、赤外線、赤外線からテラヘルツ) に分類されます。

これら 3 つの帯域 (「チャネル」) のすべてで放出される放射線の強度が同時に測定され、保存されます。コンピュータは、各チャネル内の各測定値に数値を割り当て、これらをグレースケール ピクセルに変換します。すべてのピクセルが表示されると、最終結果は 3 つの画像のセットになり、それぞれがこれら 3 つの異なる種類のエネルギーが「生きている」場所を示します。

次の 3 つのスライドは、米国の同じビューを示していますが、可視、赤外線、および水蒸気から取得されています。それぞれの違いがわかりますか？

可視 (VIS) 衛星画像

NOAA

可視光チャネルからの画像は、白黒写真に似ています。これは、デジタル カメラや 35 mm カメラと同様に、可視波長に敏感な衛星が、物体から反射した太陽光線を記録するためです。オブジェクト (陸地や海など) が吸収する太陽光が多いほど、空間に反射される光が少なくなり、これらの領域が可視波長でより暗く表示されます。逆に、反射率の高いオブジェクト、つまりアルベド (雲のてっぺんなど) は、表面から大量の光を反射するため、最も明るい白に見えます。

気象学者は、可視衛星画像を使用して予測/表示します。

• 対流活動（すなわち、 雷雨 )
• 降水量（雲の種類が判別できるため、雨が降る前に降水雲がレーダーに映る可能性があります。）
• 火災からの煙の噴煙
• 火山灰

可視衛星画像を取得するには太陽光が必要なため、夕方や夜間は利用できません。

赤外線 (IR) 衛星画像

NOAA

赤外線チャネルは、表面から放出される熱エネルギーを感知します。可視画像と同様に、熱を吸収する最も暖かい物体 (陸や低層の雲など) は最も暗く表示され、より冷たい物体 (高い雲) はより明るく表示されます。

気象学者は IR 画像を使用して予測/表示します。

• 昼と夜のクラウド機能
• 雲高度（高度は気温に連動するため）
• 積雪 (灰色がかった白色の固定領域として表示)

水蒸気 (WV) 衛星画像

NOAA

蒸気 スペクトルの赤外線からテラヘルツ範囲で放出されるエネルギーが検出されます。可視光や赤外線と同様に、その画像は雲を表していますが、追加の利点は、気体の状態の水も示していることです。湿った空気の舌は霧のような灰色または白に見えますが、乾燥した空気は暗い領域で表されます。

水蒸気の画像は、見やすくするために色が強調されることがあります。画像を強調するために、青と緑は水分が多く、茶色は水分が少ないことを意味します。

気象学者は水蒸気画像を使用して、今後の雨や雪のイベントに関連する水分の量などを予測します。また、それらを使用して ジェット気流 （乾燥した空気と湿った空気の境界に沿って位置しています）。