Ugrás a tartalomhoz

Műholdakról távérzékelt adatok feldolgozása és hasznosítása

Mika János, Utasi Zoltán, Biró Csaba, Pénzesné Kónya Erika (2011)

EKF TTK

1. Műholdképek az ultra-rövidtávú előrejelzés (nowcasting) szolgálatában

1. Műholdképek az ultra-rövidtávú előrejelzés (nowcasting) szolgálatában

A műholdak alkalmazásának legfontosabb területe a meteorológián belül a nowcasting, vagyis az időjárás analízise és néhány órás előrejelzése. A gyorsan fejlődő, sokszor veszélyes időjárási képződmények jól megfigyelhetők az egyre jobb időbeli, térbeli és spektrális felbontású műholdképeken. Nowcasting számára az időbeli felbontás elsődleges, így a geostacionárius műholdakat lehet leginkább használni ezen a téren.

A műholdmeteorológia területén az elmúlt tíz év legjelentősebb változásának lehettünk tanúi a 2002-2004-es években, és a fejlődés további felgyorsulása várható. A rég várt második generációs Meteosat műholdak első tagja, az MSG-1, melyet 2002 augusztusában lőttek fel, 2004 január 29-től vált operatívvá Meteosat 8 néven. Az első generációs Meteosathoz képest kétszeres az időbeli és a térbeli felbontás is (15 perc és a műhold alatti pontban 3 km), az eddigi 3 spektrális tartomány helyett 11 tartományban végez méréseket. Ezen kívül a 12. csatorna egy széles sávú látható tartományban mérő műszer, amelynek felbontása 1 km a műhold alatt. Ez a térbeli felbontás különösen alkalmas a nowcasting céljaira, a gyorsan fejlődő zivatarfelhők is jól követhetők és már a kezdeti, kis átmérőjű fázisukban is felismerhetők.

Az EUMETSAT irányításával egy nemzetközi kutatócsoport kidolgozott nowcasting céljára egy speciális feldolgozó programcsomagot az MSG műholdadatokra vonatkozóan (SAFNWC/MSG), amelynek béta-tesztelésében 2003 óta részt veszünk a Magyar Űrkutatási Iroda támogatásával. Az első operatív programverzió 2004. június végére készült el, melynek installálása és számítástechnikai tesztelése után, augusztus 12-étől a legfontosabb, és általunk leginkább megbízhatónak tartott produktumok bekerültek a HAWK rendszerbe: felhőmaszk, borultság, felhőfajták, felhőtető nyomás, felhőtető magasság, felhőtető hőmérséklet, a gyenge ill. közepes és a heves csapadék valószínűsége. A produktumok közül néhány példa egy kompozit képpel kiegészítve a 8.1 ábrán látható.

8.1 ábra: Példák az MSG kompozitokkal azonosítható időjárási képződményekre, részben kombinálva a más forrásokból történő megfigyelés és adatkezelés termékeivel: (felhődetektálás (bal felső), légnyomás a felhőtető szintjében (jobb felső), felhőfajta (bal alsó), felhőtető-hőmérséklet (jobb alsó). (Diószeghy M., et al., 2004)

Az Országos Meteorológiai Szolgálatnál (OMSZ) került kidolgozásra került az az automatikus ultrarövidtávú előrejelző és nowcasting rendszer (MEANDER), amelyben szintén kicserélték a korábbi Meteosat képekből számolt felhő-produktumokat az új műholdból számolt mezőkre, melyek fontos bemenő adatai a rendszernek.

A programcsomag kis rácstávolsággal dolgozik és a lehető legtöbb meteorológiai információt, továbbá numerikus modelleredményeket is felhasználva egy döntési mechanizmus végén 3 órás előrejelzést készít. Sőt, ha indokolt, riasztást is küld a szolgálatos meteorológusnak a veszélyes légköri folyamat megindulásáról.

Az MSG holdak számos új lehetőséget kínálnak, például a szélmezők különböző magasságokban (tehát nemcsak a felhők tetőszintjében) számítása terén, amelyhez a felhőzet, a vízgőz és az ózoneloszlás alakzatainak változását kell nyomon követnünk, szintén megbízhatóbbá vált a sűrűbb mintavételezésnek köszönhetően. Az MSG hold fedélzetén elhelyezett GERB mérőberendezés az első geostacionárius pályán mozgó sugárzásháztartás-mérő műszer, amely új megvilágításba helyezheti a felhőkkel és vízgőzzel kapcsolatos folyamatokat. A SEVIRI és GERB műszerek egyidejű adatai segíthetnek feltárni a nagy magasságokig fejlődő, ún. mély konvekció (zivatarfelhők) eddig ismeretlen folyamatait.

Az EUMETSAT munkacsoportokat hozott létre az új műholdas adatok feldolgozására (Satellite Application Facility – SAF). Ezek a következők: Nowcasting, Ózon megfigyelés, Numerikus előrejelzés, Talajfelszín megfigyelés, Gras (légköri vízgőz tartalom meghatározása), Klíma, Óceán és tengerjég SAF. A feladatuk meteorológiai paramétereket meghatározó programcsomagok kidolgozása.

A programcsomagok az EUMETSAT tagországok nemzeti meteorológiai szolgálatainak és kutató központjainak együttműködésben készültek és még mindig készülnek. Az EUMETSAT tervei szerint minden tagország megkapja a kész szofvert vagy az ezekből származó produktumokat.

1999-től Magyarország (az OMSZ) a Nowcasting SAF egyik béta-tesztelője lehetett, illetve a verifikálásában is részt vesz. A Nowcasting SAF programcsomag bétatesztelési időszaka 2004. júniusában zárult le. A programcsomag produktumait 12 csoportba sorolták, mindegyik csoporthoz tartozik egy minőségi mutató is, amely pontonként ad információt, mennyire megbízható az adott eredmény (Putsay M. és Kocsis Zs., 2009).

A 12 produktum csoport a következő:

  1. Felhő detektálás

(felhő, részben felhő, derült, hó/csak nappal/);

  1. Felhő típus

(20 kategória; derült: szárazföld, tenger, hó, jég, felhő több szinten, optikailag vastag vagy vékony, réteges v. gomolyos, halmazállapot a felhő tetején);

  1. Felhőtető

(hőmérséklet, magasság, nyomás);

  1. Csapadékot adó felhő

(gyenge intenzitású csapadék (0.1-5.0 mm/h) valószínűsége, nagy intenzitású csapadék (>5.0 mm/h) valószínűsége);

  1. Kihullható vízmennyiség

(derült területen teljes légoszlopban);

  1. Vízgőztartalom rétegenként

(derült területen, 3 rétegben és a teljes légoszlopban);

  1. Konvektív csapadék intenzitása

(éjszaka kevesebb csapadék int. osztály);

  1. Stabilitási index

(derült területeken LI /lifted index/, a borult területeken IR kép);

  1. Légtömeg analízis

(légtömeg osztályozás, sötét csík a vízgőzképen hideg-front mögött,

a gerinc tengelye, az ekvivalens potenciális hőmérséklet legnagyobb

gradiensének területe);

  1. Szélvektorok

(szélvektorok helye, iránya, nagysága, minősége);

  1. Automatikus műholdkép interpretálás

(osztályozás, alakfelismerés konceptuális modellek alapján);

  1. Gyorsan fejlődő zivatarfelhők

(konvektív felhők nyomon követése, vonalak, területek megjelölése).

A nowcasting SAF produktumai mellett, van néhány olyan mennyiség is, amit az Eumetsat központjában állítanak elő és küldenek operatív rendben minden 15 percben a tagországok meteorológusainak. Ilyen produktum például az ún. “Lifted Index” (8.2 ábra), mely a légkör instabilitását kifejező mérőszám. Minél instabilabb a légkör, az index értéke annál kisebb. A térképen a sárgával, valamint pirossal jelölt területek felett instabil rétegződésű levegő van.

8.2. ábra: Lifted Index, 2003. június 5. 09:00 UTC. (Forrás: EUMETSAT.)