Погода в эфире

Погода в  эфире

Существует несколько  способов получения информации о  погоде в реальном времени.

• Карты погоды на КВ.
• Ретрансляция спутников на КВ.
• Передача обзорной информации на КВ телетайпом.
• Система NAVTEX
• Геостационарные спутники
• Низкоорбитальные спутники

Карты погоды на КВ

Для передачи карт погоды на КВ используется построчное сканирование. При этом на приемной и передающей сторонах должны быть установлены одинаковые скорости передачи строк (RPM) и шаг между строками (IOC). Несоблюдение первого условия  приводит к тому, что карта воспроизводится под наклоном, а второго - к нарушению пропорций между вертикальными и горизонтальными размерами изображенных на ней объектов. Обычно значение RPM равно 120, а IOC - 576. Станции, находящиеся в республиках бывшего СССР, как правило, используют стандарт RPM=60, IOC= 90. На коротких волнах можно еще услышать и станции, передающие газетные полосы со стандартом RPM=60, IOC=352.

Для передачи карт погоды на КВ используется однополосная модуляция с частотной модуляцией поднесущей. При этом передатчик излучает частоту поднесущей, равную 1500 Гц при отображении черных объектов и 2300Гц при отображении белых.

При передаче полутоновых  изображений частота поднесущей принимает промежуточные значения. Половина разности между частотами, отображающими белые и черные объекты, называется девиацией. Таким образом, в нашем случае стандартная девиация составляет (2300-1500)/2=400Гц. Такая девиация используется на КВ, в то время как при передаче в диапазоне длинных волн ее значение уменьшается до 150 Гц. При этом число градаций яркости, как правило, равно четырем.

Для приема карт погоды на КВ нужно использовать однополосный приемник, установив на нем режим  приема верхней боковой полосы. При  этом, настраиваясь на станцию, необходимо установить частоту приемника на 1,9 КГц (среднее значение поднесущей) ниже частоты, приведенной в справочнике. Соединив низкочастотный выход приемника с входом звуковой карты компьютера, Вы сможете на его экране наблюдать карту погоды.

Для того чтобы  использовать аппаратуру приема/передачи карт погоды на КВ в необслуживаемом режиме, используется стандарт APT (Automatic Picture Transmission). При этом перед началом передачи карты в течение нескольких секунд передается стартовый тон, распознаваемый приемной станцией как сигнал к началу приема, а по окончании передачи - стоповый тон, снова переводящий аппаратуру приемной станции в режим ожидания.

Справочник, содержащий частоты станцй, передающих карты  погоды на КВ, можно получить в [1], а  расписание работы этих станций - в [2].

Ретрансляция  спутников на КВ.

Несколько станций  в разных частях Света (USCG, Токио, Гонолулу, Тайбей и Дели-Метео) ретранслируют  на КВ карты погоды, передающиеся с  геостационарных спутников GOES и GMS в  стандарте RPM=120, IOC= 576. При этом число градаций яркости равно 256.

Передача  обзорной информации на КВ телетайпом.

Несколько мереорологических  станций круглосуточно передают обзорную информацию о погоде телетайпом. Для приема этой информации нужен  однополосный приемник и компьютер  со звуковой картой, или телетайпным модемом и соответствующая программа декодировки. Подробности на интернет-страницах [3].

Система NAVTEX

Для обеспечения  безопасности судов в прибрежных водах информация о погоде передается через международную систему NAVTEX, функционирующую на частоте 518 kHz телетайпом в стандарте SITOR-B. При этом для обеспечения безпомеховой работы, все станции NAVTEX передают одну и ту же информацию в режиме временного разделения и регулировки мощности.

Каждое сообщение  в системе NAVTEX начинается с четырехсимвольного заголовка (В1-В4).

Первый символ (В1) - буква, играет роль идентификатора станции в системе. В зависимости  от географического положения судна  и условий приема, аппаратура судна  принимает решение о том, информацию с каких станций принимать и обрабатывать, а с каих - нет. Система NAVTEX построена таким образом, что любая другая станция с аналогичным идентификатором расположена заведомо за зоной уверенного приема, составляющей 400 морских миль.

Второй символ заголовка (В2)-определяет класс сообщения. На каждом из судов заранее определяются классы сообщений, которые будет принимать его аппаратура. Сообщения других классов отфильтровываются.

Третий и четвертый  символы заголовка (В3-В4) представляют собой порядковый номер сообщения.

Для приема сигналов системы NAVTEX необходим однополосный приемник и компьютер со звуковой картой, или телетайпным модемом и соответствующим программным обеспечением.

Подробности на интернет-страницах [4]. Список станций – в [5].

Стандарт  передачи погодных факсов WEFAX

WEFAX (Weather Facsimile) представляет  собой разновидность факса, ориентированную  на передачу погодных карт. В  настоящее время три спутниковые  системы осуществляют передачу  в этом стандарте: GOES (США), Meteosat (Европейское  Сообщество), а также GMS (япония). WEFAX дает возможность принимать монохромное изображение аналоговым способом в звуковом канале приемника. В зависимости от конкретного стандарта изображение передается со скоростью от нескольких сотен до нескольких тысяч точек в секунду. Изменение уровня яркости передается изменением значения поднесущей частоты передатчика.

Земля сканируется каждые полчаса, и необработанные данные поступают  на наземную станцию, оборудованную  полутораметровой "тарелкой" и  другими сложными устройствами. Получаемые данные обрабатываются в реальном времени. При этом на них накладывается изображение политических границ государств. Затем данные передаются обратно на спутник, который ретранслирует их на землю на частоте 1691 МГц. Таким образом, для приема сигналов в стандарте WEFAX необходимы приемник (конвертер) на частоту 1691 МГц и небольших размеров "тарелка".

"Картинка", передаваемая  в стандарте WEFAX представляет  собой аннотированное изображение  с разрешением 800 на 800 точек. На  передачу каждойстроки затрачивается  250 мс, таким образом, полное изображение передается три с половиной минуты. Существует точное расписание, по которому можно определить, когда какое изображение и по какому каналу передается со спутника.

Интерпретация изображений

Радиометры, устанавливаемые  на метеорологических спутниках, измеряют излучение Земли в различных участках частотного спектра, называемых "атмосферными окнами". Излучение в таких "окнах" не подвергается сильному ослаблению со стороны атмосферы. На погодных спутниках не устанавливают датчиков, позволяющих передавать изображение земной поверхности во всех цветах видимого участка спектра. Датчики таких спутников перекрывают часть спектра от красного в видимом свете до инфракрасного. Сделано это потому, что видимое изображение формируется отражением от земной поверхности солнечного света и наблюдается лишь в освещенной части земной поверхности.

В видимом спектре можно  наблюдать облачность. При этом участки  белого цвета на полученных изображениях соответствуют облачности, в то время  как темные - чистому небу. Так происходит оттого, что чем толще слой облаков, тем выше его отражающая способность и тем белее он будет выглядеть.

Наиболее важным для изучения погоды диапазоном как  дневное, так и в ночное время  является инфракрасный диапазон. Инфракрасные изображения, передающиеся со спутников в псевдоцветах, показывают распределение температуры по поверхности Земли. Как правило, чем темнее участок земной поверхности, тем он теплее и наоборот. Низкая облачность очень часто способствует повышению температуры.

Как правило, спутниковые  снимки погоды, которые Вы видите в телепередачах, сделаны в инфракрасном диапазоне.

По изображениям, получаемым в спектре поглощения водяных паров, определяют уровень  влажности в том или ином месте. Такие изображения содержат информацию о раскручивающихся тропосферных вихрях и тропосферных потоках. При этом более темные участки изображения соответствуют более сухим участкам на земной поверхности и наоборот.

Геостационарные спутники

В настоящее  время в соответствии с программой Европейских Геостационарных спутников работает Метеосат 7. Высота его орбиты составляет 36000 км, и он как бы «висит» над одной и той же точкой на поверхности Земли, находящейся на экваторе.

Главной особенностю  данных, получаемых с геостационарных  спутников, является оперативность, поскольку каждые 4 минуты передается новый блок данных.

Каждые полчаса  производится сканирование поверхности  Земли. Затем данные группируются поблочно и передаются на Землю по особому  расписанию.

Изображения европейского сегмента передаются каждые полчаса. Поскольку спутник находится на геостационарной орбите, становится возможным создание анимации погодных карт, с помощью которой становится наглядным движение изображенных на них погодных объектов. Изображения всей поверхности Земли, видимой со спутника, передаются по каналу N2 спутника. Эти изображения называются Всемирными и идентифицируются как CT0T, DT0T или ET0T. При этом первыя буквы идентификаторов C,D и E обозначают изображения в видимом, инфракрасном спектре и спектре поглощения водяных паров соответственно. Всемирные изображения делятся на 9 сегментов, передающихся с более высоким разрешением. Сегменты передаются по каналу N1 каждые четыре минуты и идентифицируются как C1; C2 ...; D1; D2 ...; E1; E2 .… При этом назначение буквы такое же, как и в предыдущем случае, а цифра – это номер сегмента.

Для того чтобы  принимать информацию с Метеосата  у Вас должна быть «тарелка», направленная на юг и приемник, подключенный к  компьютеру, с установленным на нем  специальным программным обеспечением.

Геостационарные спутники «видят» друг друга и могут обмениваться данными. Поэтому с Метеосата можно получить информацию, полученную с российского спутника GOMS, японского GMS, а также американского GOES East, что дает нам практически полное покрытие поверхности Земли.

Геостационарные спутники обеспечивают непрерывное наблюдение за земной поверхностью, необходимое для экстенсивного анализа данных. Полученные изображения обрабатываются в реальном времени, оцифровываются и направляются в центры предсказания погоды.

Главной задачей большинства геостационарных спутников является формирование изображений видимой земной поверхности. При этом сканирование в горизонтальной плоскости обеспечивается за счет вращения спутника вокруг своей оси со скоростью 100 оборотов в минуту. Сканирование в вертикальной плоскости с периодом, составляющим 20 минут, производится при помощи подвижного зеркала.

Первичные данные передаются на землю с большим  разрешением в цифровом виде, что  требует специального оборудования для их приема и отображения. Наземные высокоскоростные компьютеры обрабатывают эти данные, решая две задачи. Во-первых, исходные данные ретранслируются в другом цифровом формате, обладающем меньшим разрешением. Во-вторых, сформированные на спутнике изображения делятся на отдельные квадранты и ретранслируются в аналоговом виде в стандарте WEFAX.

Основными инструментами  на борту погодного спутника являются фотодатчик и ИК-датчик. Первый реагирует  на излучаемую энергию и энергию, отраженную от земной поверхности и  атмосферы. Второй формирует данные о вертикальной температуре атмосферы и профилях влажности, температуре земной поверхности и распределении озона.

Изображения, полученные с геостационарных спутников, используются для отслеживания движения холодных фронтов и штормов, вулканических  облаков. Характеристики ветров, определяются по движению облачности. Дожди оцениваются по наблюдаемым грозам и ураганам. По этим же признакам выдаются штормовые предупреждения. Изображения дают возможность оценить запасы снега в конкретном районе и общую площадь снежного покрова.

Страны, обладающие большой территорией и не имеющие  возможности запустить собственный  спутник, могут пользоваться первичной  информацией со спутников других стран. Так Австралия по двухстороннему соглашению с японией имеет полный доступ в реальном времени ко всем даным японских геостационарных метеорологических спутников (GMS). Сейчас из этой серии работает GMS-5, занимающий позицию 140 градусов восточной долготы и покрывающий Восточную Азию, западную часть Тихого океана и Австралию.

Также как и на КВ, для автоматического приема сигналов со спутников, используется стандарт APT (Automatic Picture Transmission).

Подробности на интернет-страницах [6], [7], [8].

Низкоорбитальные  спутники

Карты погоды можно  принимать и с низкоорбитальных спутников, движущихся по полярным орбитам. Этот вариант может оказаться самым удобным и дешевым, хотя заведомо имеет некоторые ограничения. Весь комплект аппаратуры в этом случае может состоять из УКВ-антенны (подходит проволочный диполь), ЧМ приемника с диапазоном 137МГЦ и полосой пропускания по ПЧ не менее 30 кгц, компьютер со звуковой картой и соответствующее программное обеспечение.

Полярными орбиты спутников, о которых идет речь, называются потому, что проходят вблизи от обоих  полюсов. Находясь на полярной орбите, спутник движется почти на постоянной высоте, причем довольно низко над Землей (800-1000км), что обеспечивает получение изображений с высоким разрешением. Спутник при этом передает на Землю то, что он в данный момент видит под собой. При этом сканирование производится лишь в плоскости поперек направления движения спутника. Развертка в продольном направлении производится за счет быстрого движения самого спутника по орбите. Таким образом, снимается проблема наблюдения высокоширотных районов, возникающая из-за «кривизны» Земли, присущая геостационарным спутникам.