Выполнил:
студент группы 09-ОЗИ 2
Воробьев А.А.
1.Ведение 3
2.История метеорологии. Гидрометеорологический Центр Российской Федерации. 4
3.Характеристика метеорологической спутниковой информации. 6
4.Инфракрасная спутниковая информация. 7
5.Система «ИТОС» 8
6.Метеорологические спутники Советского Союза и других стран. 10
7.Система NAVTEX. 12
8.Заключение. 14
Тема погоды является самой актуальной и популярной в среде человеческого общения. От погоды зависит многое, и наше настроение, и самочувствие, наши планы и, конечно, их осуществление. С давних пор человечество интересуется погодой.
В русских летописях первые свидетельства о погоде появляются в описании событий, относящихся ко второй половине IX века. Во второй половине XVII века по приказу царя Алексея Михайловича стали вестись ежедневные записи состояния погоды в Москве и ее окрестностях. А после изобретения барометра были предприняты попытки предсказания погоды по изменению атмосферного давления. Первого декабря 1725 года при Академии наук в Санкт-Петербурге были начаты первые в России регулярные инструментальные метеорологические наблюдения за погодой.
«Еще на заре своей истории человек сталкивался с неблагоприятными атмосферными явлениями. Не понимая их, он обожествлял грозные и стихийные явления, связанные с атмосферой (боги – Перун, Зевс, Дажбог и др.).
По мере развития цивилизации в Китае, Индии, странах Средиземноморья делаются попытки регулярных метеорологических наблюдений, появляются первые научные представления о климате. Первый труд об атмосферных явлениях был составлен Аристотелем. Современная научная метеорология ведет начало с XVII в., когда были заложены основы физики. Великим ученым Галилеем и его учениками были изобретены термометр (1610г.), барометр, дождемер, то есть появилась новая возможность инструментальных наблюдений.
Начиная с середины XVII в. академия экспериментирования в Тоскане организовало первую немногочисленную сеть инструментальных наблюдений, которые проводились в нескольких пунктах Европы. Кроме того, непременной частью программ всех морских плаваний было проведение наблюдений за погодой.
В это же время появились первые метеорологические теории. Э. Галлей дал первое объяснение муссонов, а Э. Гадлей опубликовал трактат о пассатах. К середине XVIII в. М. В. Ломоносов считал метеорологию самостоятельной наукой, главной задачей которой было "предзнание погоды".
В середине XIX в. возникают государственные сети станций. А в начале века трудами А. Гумбольдта и Г. Дове в Германии закладываются основы климатологии. Около 1820 года Г. В. Брандесу в Германии пришла мысль нанести на географические карты наблюдения Мангеймской сети станций. Таким образом, появились первые синоптические карты, позволившие обнаружить области высокого и низкого давления. Они оказались подвижные и двигались, как правило, с запада на восток. После изобретения телеграфа, с 50-х годов, по инициативе астронома У. Леверье во Франции и адмирала Р. Фицроя в Англии синоптический метод исследования атмосферных фронтов быстро вошел в общее употребление. На его основе возникла новая отрасль метеорологии – синоптическая метеорология.
К середине XIX в. относится организация первых метеорологических институтов, в том числе Главной физической обсерватории в Петербурге (1849г.). Во второй половине XIX столетия были заложены основы динамической метеорологии, т. е. применения законов гидромеханики и термодинамики к исследованиям атмосферных процессов.
В XX в. появились новые, углубленные подходы к климатологическим исследованиям. Особенно большой вклад в разработку проблем климатологии в России внесен трудами А. А. Каминского, Л. С. Берга, М. И. Будыко, М. М. Сомова и др.
Современная метеорологическая служба России считает датой своего основания 21 июня 1921 года, когда В.И.Ленин подписал декрет Совета Народных Комиссаров "Об организации единой метеорологической службы в РСФСР".
1 января 1930 года в Москве в соответствии с Постановлением Правительства о создании единой метеорологической службы страны было образовано Центральное бюро погоды СССР.
В настоящее время исследовательский Гидрометеорологический Центр Российской Федерации занимает ключевые позиции в развитии основных направлений гидрометеорологической науки.»4
«Системный поход к изучению погодообразующих процессов и явлений в атмосфере обусловливает определенные требования к метеорологической спутниковой информации: она должна быть глобальной, трехмерной, комплексной, синхронной, регулярной и оперативной.
Требование глобальности научной информации МС3 удовлетворяется использованием запоминающих бортовых устройств, совершенствованием схемы сбора и распространения данных наблюдений оперативных и геостационарных спутников.
1. Комплексность – наблюдений обеспечивается установкой на борту МС3 научной аппаратуры различных, а также его использованием для сбора и ретрансляции метеорологической информации от других источников.
2. Синхронность информации обеспечивается выбором орбит оперативных метеорологических спутников (например, солнечно-синхронной орбиты).
3. Регулярность наблюдений зависит от качества работы бортовой и наземной систем управления и определяется периодичностью традиционных наземных гидрометеорологических измерений и наблюдений.
4. Оперативность получения метеорологической информации обусловлена особенностями измерения, обработки и представления; обеспечивается широким использованием современной вычислительной техники.
5. Точность измерений метеорологической информации зависит от технических возможностей аппаратуры МС3, а также от методов расчета.»2
«Сигналы сканирующей инфракрасной аппаратуры МС3 могут быть использованы для количественной оценки энергетического состояния естественных объектов, их классификации и распознавания.
Вычисление интенсивности и других количественных характеристик излучения по заданным функциям пропускания и известным распределениям параметров состояния атмосферы составляет содержание прямой задачи, а восстановление распределений метеорологических параметров по измеренным спектральным яркостям - содержание обратной задачи спутниковой метеорологии.
Основным преимуществом использования метеорологических космических систем, включающих несколько однотипных космических аппаратов, является оперативное получение в глобальном масштабе метеорологических данных с необходимым разрешением.
Основные задачи метеорологических спутников:
1.Получение глобальных и региональных изображений облачности в видимом и инфракрасном диапазонах спектра для синоптического анализа и уточнения синоптических процессов.
2. Получение глобальных данных и региональных данных о температуре поверхности океана и на высоте верхней границы облачности;
3. Определение местоположения и динамки перемещения атмосферных вихрей.
4. получение данных о ледовой обстановке на акваториях морей и океанов, границах снежного покрова.
5. Получение глобальных данных температурно-влажностного зондирования атмосферы, зонах интенсивных осадков, интегральном водозапасе облаков.»2
«Спутники системы «ИТОС» функционируют на солнечно-синхронной1 круговой орбите высотой 1463 км. За период обращения спутника, равный 115 мин, Земля поворачивается на угол 28,5°. Углы обзора датчиков обеспечивают наблюдение смежных областей с соседних орбит, а также по трассам полета; в результате глобальное наблюдение осуществляется в течение 12,5 витка ежесуточно.
Система «ИТОС»/«НОАА» обеспечивает как непосредственную передачу информации в реальном масштабе времени на приемные станции типа АПТИ (англ. APT — Automatic Picture Transmission TV — Автоматизированная Передача Телевизионных Изображений) по всему миру, так и с записи на две станции КДА (англ. CDA — Command and Data Acquisition — получение информации по командам) в США для последующей передачи в Национальную спутниковую метеослужбу в г. Сьютленд, шт. Мэриленд, для обработки и распределения. Данные в реальном масштабе времени для местных потребителей включают: информацию в видимом и инфракрасном диапазонах, полученную с помощью сканирующего радиометра с разрешающей способностью 3,7 и 7,4 км соответственно; информацию в инфракрасном и видимом диапазонах, полученную с помощью радиометра с разрешающей способностью 0,9 км, и вертикальные профили температур атмосферы от поверхности Земли до высоты около 30 500 м, также полученные с помощью радиометра.
Записанные данные, предназначенные для передачи на станции КДА, включают информацию от радиометров, а также от датчика, регистрирующего протонную и электронную составляющие потока солнечного излучения на высоте орбиты. Данные радиометров записываются в глобальном масштабе. Накопление информации от радиометра с очень высокой разрешающей способностью ограничено временем видения выбранного района Земли с каждого витка, составляющем 9 мин.
Система управления ориентацией спутника «ИТОС» постоянно ориентирует его таким образом, что датчики направлены непосредственно на Землю и сканируют в плоскости, перпендикулярной плоскости ее орбиты. Точность ориентации по осям крена, рыскания и тангажа постоянно поддерживается в пределах менее ±0,5°.
Спутник имеет прямоугольную коробчатую конструкцию с приблизительными размерами 102 x 102 x 122 см. Масса аппарата серии «ИТОС-D» 340 кг.»1
«В СССР один из спутников серии «Космос» является метеорологическим спутником с высотой орбиты 900 км, наклонением орбиты к экватору 81,3°.
В последние десять лет эксплуатационным метеорологическим космическим аппаратом в СССР стал спутник «Метеор». Два или три спутника этой серии находятся на орбите одновременно. Спутники «Метеор» собирают информацию о состоянии атмосферы, тепловом излучении Земли, потоках заряженных частиц. Метеоданные с борта спутников могут непосредственно принимать более пятидесяти метеостанций на территории СССР.»2
::
Рис 2: Система «МЕТЕОР»1::
1. Центр управления.
2.Командная радиолиния.
3. Автоматическая обработка данных о техническом состоянии спутника.
4. Антенна командной радиолинии.
5. Данные о техническом состоянии спутника.
6. Метеорологическая информация.
7. Станция приема метеорологической информации.
8. Обработка телевизионой информации.
9. Обработка данных о солнечном нагреве.
10. Обработка информации, полученной в инфракрасных лучах.
11. В Гидрометеоцентр СССР.
12. Информация для самолетов.
13. Информация для сельского хозяйства.
14. Информация для судов.
15. Заблаговременное предупреждение об опасных погодных условиях.
16. Оценка снежного и ледяного покровов.1
«Полезный груз спутника в основном состоит из оптико-механического телевизионного оборудования, работающего в видимой области спектра. Кроме того, имеется сканирующая инфракрасная аппаратура для получения данных о содержании влаги в атмосфере и вертикальном профиле температур. Предупреждения о внезапных изменениях погоды по объединенным данным с метеорологических радиолокационных станций и спутников передаются по радио из Москвы, Ленинграда и других центров, а специальная служба сообщает эту информацию на суда и самолеты. Внизу. Выставочная модель советского метеорологического спутника «Метеор» с трехосной стабилизацией и питанием от солнечных батарей. Основные приборы для наблюдения поверхности Земли - телевизионная система получении изображений и инфракрасный радиометр.
Советские метеорологические спутники «Метеор» начали функционировать в рамках программы экспериментов серии «Космос». Таковыми были спутники «Космос-44, -58, -100, -118, -122 и -144».
Спутник «Космос-122», запущенный в июне 1966 г., имеет две системы ориентации. Одна система обеспечивает ориентацию цилиндрического центрального тела с установленными на нем телевизионными камерами и инфракрасными датчиками по вертикали к Земле, другая постоянно ориентирует две большие панели солнечных батарей на Солнце, чтобы вырабатывать максимальную электроэнергию для питания бортовых систем. Конструктивно система ориентации спутника была выполнена как трехосная маховиковая система.
Запуск спутника «Космос-156» предварял развертывание национальной системы распределения метеоданных. «Метеор-1» был запущен 26 марта 1969 г. на орбиту с высотами перигея 644 км и апогея 713 км и наклонением орбиты к экватору 81,2°.
В настоящее время спутники «Метеор», разработанные на базе предшествующих моделей, постоянно наблюдают за Землей от полюса до полюса, ежечасно охватывая территорию площадью 30 000 кв. км. Находясь на теневой стороне Земли, спутники получают изображения с помощью инфракрасных датчиков, реагирующих на тепловое излучение поверхности Земли, океанов и облаков.
Типичным спутником этого семейства является «Метеор-2-04», запущенный 1 марта 1979 г. на орбиту с высотами 839 X 897 км и наклонением орбиты к экватору 81,22°. Обычно на орбите находятся три спутника на угловом расстоянии 90—180°, которые проходят над определенным районом с интервалами 6 и 12 ч. Спутники накапливают информацию и передают ее на наземные станции по команде.
Приемные центры Гидрометеорологической службы СССР обеспечивают максимально возможное распространение метеорологической информации. Основные центры расположены в Москве, Новосибирске и Хабаровске.
Спутниковая система «Метеор» пользуется большим спросом; она обеспечивает регулярное прогнозирование погоды, включая оповещение о быстро развивающихся тропических бурях. Такая служба информации имеет особо важное значение для предсказания схода снежных лавин с гор и для планирования систем ирригации в отдаленных районах. Она продемонстрировала большие преимущества при прокладке маршрутов судов вне районов бурь, штормовых морей, сильных ветров и скоплений льда, что дало экономический эффект, оцениваемый миллионами рублей.»1
«NAVTEX — (NAVigational TEXt Messages) - международная автоматизированная система оповещения.
Среди любителей радиомониторинга в последнее время появилось много любителей приема сообщений в формате NAVTEX. Сообщения этого типа можно принимать как в коротковолновом, так и в средневолновом диапазонах.
В судоходной навигации служит для передачи навигационной и метеорологической информации безопасности и служит компонентом Глобальной морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности (ГМССБ) Международной морской организации в соответствии с конвенцией СОЛАС-74/88.» 5
«Сообщение NAVTEX передается в режиме излучения F1B, FEC Collective (т.е. сообщение для всех).
FEC - система исправления ошибок методом упреждения. Применяется для исправления сбоев и ошибок при передаче данных, путем передачи изначально избыточной информации, на основе которой может быть восстановлена первоначальное содержание посылки. На практике широко используется в компьютерных ЛВС, LAN и различных телекоммуникационных сетях.
F1B представляет собой частотную модуляцию несущей цифровым сигналом, содержащим набор данных в режиме узкополосного буквопечатания. Необходимая ширина полосы 304 Гц.
J2B представляет собой однополосную амплитудную модуляцию с полностью подавленной несущей (как правило верхняя боковая полоса USB), один канал, содержащий цифровую информацию с использованием поднесущей. На сегодняшний день все передатчики ИБМ и NAVTEX работают в режиме J2B.» 5
В итоге в настоящее время спутник стал практически признанным инструментом метеорологов в большинстве стран мира. Карты погоды, которые вечером появляются на наших телевизионных экранах, со всей очевидностью свидетельствуют о ценности наблюдений со спутников в обеспечение метеорологических систем.
В настоящее время разрабатывается новая аппаратура для спутников, предназначенная для зондирования атмосферы Земли днем и ночью, в любую погоду, и это заслуга не только США и СССР; большая и важная работа в этом направлении ведется в странах Европы.
Развивающиеся страны также пользуются плодами этих исследований, которые сделали возможным заблаговременные предупреждения об ураганах, шквалах, муссонах и ливнях, приводящих к наводнениям. Такие страны, как Япония, Индия и Китай, в настоящее время разрабатывают собственные специальные приборы для «наблюдения погоды». Большинство этих исследований все более расширяет границы обзора Земли.
1. Статья «Космическая метеорология» URL: http://epizodsspace.narod.ru/bibl/getlend/06.html.
2. Презентация «Основные виды метеорологической информации, получаемой с метеорологических спутников» URL: http://meteovlab.meteorf.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=227&Itemid=123&lang=ru.
3. Статья «МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВВС США» URL: http://commi.narod.ru/txt/1988/0512.htm.
4. Реферат «История метеорологии» URL: http://www.inmoment.ru/holidays/meteorology.html.
5. Статья «ГЛОБАЛЬНАЯ МОРСКАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ ПРИ БЕДСТВИИ (ГМССБ). NAVTEX » URL : http://www.radioscanner.ru/info/article377/.