Фрэнк Форрестер - Тысяча и один вопрос о погоде

891. Какая аппаратура устанавливается на метеорологических спутниках Земли?Кроме служебной аппаратуры, в которую входит система ориентации и стабилизации спутника, программное устройство, радио- и телеметрические системы, на метеорологических спутниках устанавливаются телевизионные камеры для передачи изображений облачности на освещенной Солнцем стороне Земли и многоканальные радиометры — приборы, служащие для измерения радиационных потоков тепла. Каждый из каналов производит измерение в некотором участке спектра и, следовательно, имеет определенное назначение. Например, радиометры спутников «Тайрос» имеют пять каналов. Первый канал соответствует области спектральной чувствительности 5,7–6,9 микрон и предназначается для исследования теплового излучения в полосе поглощения водяного пара, что дает возможность определить общее содержание его в атмосфере. Второй канал соответствует спектральной полосе 8—12 микрон, которую принято называть «атмосферным окном». Тепловое излучение в этой полосе очень слабо поглощается газами, составляющими атмосферу. В связи с этим второй канал предназначен для измерения уходящего излучения и, следовательно, для получения данных о распределении облачного покрова на ночной стороне Земли, для определения температуры поверхности Земли на участках, свободных от облачности, а также для получения температуры верхней границы облаков, по которой можно оценить ее высоту. Третий канал работает в полосе 0,2–5,5 микрон и служит для измерения уходящей коротковолновой радиации и отражательной способности системы Земля — атмосфера. Четвертый канал служит для измерения суммарного длинноволнового излучения. Он работает в полосе 7,5—30 микрон. Наконец, канал 0,55—0,75 микрон служит для исследования яркости планеты в видимом участке спектра.

В радиометрах могут использоваться каналы, работающие и в других участках спектра. Перспективным оборудованием метеорологических спутников, по-видимому, являются радиолокационные установки, которые позволят определять положение зон осадков и очагов гроз.

892. Что представляет собой телевизионная информация метеорологических спутников?Система ориентации и стабилизации метеорологических искусственных спутников все время направляет оптическую ось телевизионной камеры по местной вертикали. Следовательно, пролетая над поверхностью Земли, метеорологический спутник с помощью телевизионных камер обозревает определенную полосу, находящуюся под ним. Изображение земной поверхности и покрывающих ее облачных полей в пределах угла зрения телевизионных камер разлагается на строки и записывается на магнитную ленту. Когда спутник находится в пределах радиовидимости наземного приемного пункта, он по определенной команде передает по радиолинии информацию на Землю. Эта информация записывается на магнитную ленту приемной аппаратурой наземного пункта, затем воспроизводится на видеоустройстве и фотографируется. Таким образом, метеорологи получают снимки облачных полей, покрывающих земную поверхность, которые используются в научных исследованиях для анализа и прогноза погоды.

893. Что такое система Эй-Пи-Ти (АРТ)?Описанный выше способ получения телевизионных изображений облачных полей обладает крупным недостатком. Он заключается в том, что очень часто между моментами обзора и получения снимков проходит много времени, что затрудняет оперативное использование снимков. Поэтому метеорологические спутники стали оснащать системой автоматической передачи снимков — системой Эй-Пн-Ти (APT). Система APT состоит из подсистемы, установленной на спутнике, и наземной подсистемы. Первая из них содержит телевизионную камеру и радиопередатчик, позволяющие получать в дневное время телевизионные снимки облачности, которая находится непосредственно под спутником во время передачи, производящейся автоматически в момент съемки. Наземная подсистема состоит из антенны, приемника и воспроизводящей факсимильной аппаратуры. Прием снимков может быть осуществлен, когда спутник находится в зоне радиовидимости. Система APT была установлена на метеорологических спутниках «Тайрос-8», «Нимбус-Н» и «Эсса-2». Она сможет содержать также и инфракрасную аппаратуру.

894. Как фотографические изображения облачных полей, получаемые с помощью метеорологических спутников, используются для анализа и прогноза погоды?В настоящее время на земном шаре имеются многочисленные метеорологические станции, ведущие систематические метеорологические и аэрологические наблюдения. Результаты этих наблюдений наносятся на карты погоды, которые после тщательного анализа используются как основное средство прогнозирования погоды. Однако 4/ 5поверхности Земли занято океанами и морями, которые покрыты очень редкой сетью метеорологических станций. Кроме того, большая часть суши представляет собой труднодоступные районы. В этих условиях метеорологические спутники являются очень ценным дополнительным средством получения метеорологической информации, оказывающей большую помощь в уточнении процессов, происходящих в атмосфере.

Фотографические изображения облачности, полученные с помощью телевизионной и инфракрасной аппаратуры спутника, должны быть привязаны к географической сетке Земли и дешифрированы. Дешифрирование снимков состоит в распознавании по характеру облачных полей различных особенностей барического поля атмосферы, а также в изучении процессов более мелкого масштаба. Успешность последнего зависит от разрешающей способности аппаратуры, которая определяется размером наименьшего облачного образования, которое еще можно выделить на снимке. Разрешающая способность телевизионной камеры системы APT, например, при высоте орбиты 1390 км составляет около 3 км. Разрешающая способность инфракрасной аппаратуры примерно на один порядок ниже. Дешифрированные снимки облачных полей помогают синоптикам уточнить положение и степень развития циклонов, атмосферных фронтов, струйных течений, положение и интенсивность тропических циклонов, а также различные характеристики внутримассовых облаков, включая грозовые облака.

895. Какими особенностями на фотографических изображениях характеризуются циклоны умеренных широт?Циклонические возмущения в атмосфере характеризуются спиралевидной облачностью, которая легко распознается на фотографиях, полученных со спутника. Вид облачной системы на фотографии зависит от стадии развития циклона. Хорошо развитые циклоны имеют облачность, которая похожа на спираль, закручивающуюся к центру вихря против часовой стрелки. К спирали облаков примыкает безоблачная спираль. Облачное поле циклона, который возник сравнительно недавно и который метеорологи называют «молодым», отличается от облачного поля развитого циклона главным образом тем, что безоблачная спираль не достигает центра циклона.