Geostasjonære satellitter                     

En geostasjonær ligger i ro over samme punkt på ekvator. En geostasjonær satellitt vil derfor bruke 24 timer på ett omløp rundt jordens akse.  Fra sin høyde 35 800 km over jordoverflaten, "ser" den rundt 42% av jorden til enhver tid.

De meteorologiske geostasjonære satellittene måler strålingen fra jorden og atmosfæren. En måling av hele jordskiven er ferdig etter 15, eller 30 minutter avhengig hvor ny satellitten er. Den hyppige tilgangen på data sammen med informasjon om atmosfærens vanndampinnhold, gjør de meteorologiske geostasjonære satellittene svært godt egnet til overvåking av storstilte værsystemer. I særlig grad kan de gi verdifull informasjon om kraftige lavtrykk som utvikler seg raskt.

Les mer

Kort historikk
Satellitter og dekningsområder
Meteosat, kort historisk oversikt
METEOSAT 8
   SEVIRI - Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager
   VIS0.6, VIS0.8, IR1.6 og HRV - Synlige og nær infrarød kanal
   IR3.9, IR8.7, IR9.7 IR10.8, IR12.0 og IR13.4 - Infrarøde kanaler
   WV6.2 og WV7.3 - Vanndamp kanaler
   Kombinasjon av ulike kanaler
METEOSAT 5, 6 og 7
   MVIRI - Meteosat Visible and Infra Red Imager
   VIS - Synlig og Nær Infrarød Kanal
   WV - Vanndamp Kanal (Termisk Infrarødt)
   IR - Termisk Infrarød Kanal
   RGB - Kombinasjon av flere kanaler
Andre tjenester
Meteorologisk institutt - en PDUS (Primary Data User Station) Stasjon

Kort historikk:

Den første geostasjonære meteorologiske satellitten, ATS-1 (Application Technology Satellite), ble skutt opp i 1966 av NASA, som ledd i utforskingen av verdensrommet.
For første gang fikk man hyppige bilder av hele jordskiven. Senere, i 1974, ble SMS-1 (Synchronous Meteorological Satellite) satt i operasjonell drift i geostasjonær bane. Formålet med SMS-1 var å observere meteorologiske fenomen på jorden. De amerikanske GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite) satellittene videreførte SMS programmet. GOES-1 ble skutt opp i 1975. Japan fulgte etter med GMS-1 i 1977. ESA (European Space Agency) sammarbeidet som startet i 1958, resulterte i oppskytingen av den første europeiske meteorologiske geostasjonære satellitten i 1977, Meteosat-1. Dette var den første satellitten som kunne observere vanndamp i atmosfæren. Basert på internasjonalt sammarbeid, ble EUMETSAT opprettet i 1986 for å sikre medlemslandenes interesser innen meteorologiske satellitt systemer. I 1992 kom India med blant landene med geostasjonære meteorologiske satellitter i rommet. INSAT-2 er en delt kommunikasjons- og meteorologisk satellitt. Et uhell med drivstoff under oppskytingen av Feng-Yun 2 i 1994, forhindret Kina å få sin første geostasjonære meteorologiske satellitt i bane. I 1997 var derimot oppskytingen vellykket og Feng-Yun 2A observererte jorddisken for Kina fra 105° øst. Russland fikk sin første geostasjonære meteorologiske satellitt i 1994, ELEKTRO. Den ble plassert over det Indiske Hav på 76 E for å bidra til global dekning, men er ikke operasjonell i dag. Meteosat-5 på 63 E dekker for tiden det Indiske Hav.
Meteosat8 (MSG1 (Meteosat Second Generation)) ble skutt opp i 2003 og er i dag operasjonell over Europa og Afrika. Mens MTSAT1R ligger over 140°øst og ble operasjonell i September 2005 og dekker Stillehavet.

Satellitter og dekningsområder:

I dag finnes følgende satellitter i geostasjonær bane: 
 

Nasjonalitet	Satellitt	Posisjon
Eumetsat (Europeisk)	Meteosat-8(2003)	3.4 W
Eumetsat (Europeisk)	Meteosat-7 (1997)	0 W
Eumetsat (Europeisk)	Meteosat-6 (1993)	9 W
Eumetsat (Europeisk)	Meteosat-5 (1991)	63 E
USA	GOES-10 (1997)	135 W (GOES-W)
USA	GOES-11 (2000)	106 W
USA	GOES-12 (2001)	90 W
Japan	MTSAT1R	140 E

Hvilke områder de ulike satellittene observerer kan man få en indikasjon på, ved å sammenholde posisjonen til satellitten med figurene nedenfor:

Meteosat, kort historisk oversikt 

Meteosat-1 ble skutt ut i bane i 1977. I dag er fire Meteosat satellitter i geostasjonær bane, Meteosat-5, -6, -7 og -8. Meteosat-5 ligger over det Indiske Hav på 63°øst. Denne vil i løpet av våren 2006 gå tom for drivstoff og vil ble dekonterminert. Meteosat-6 ligger på 10° vest. Meteosat-7 ligger pr. oktober 2005 0° vest, med skal i løpet av første halvdel av 2006 flyttes til 63°E for å erstatte Meteosat-5. Meteosat-8 ligger ved 3.4° vest og er Eumetsat sin operasjonelle satellitt for Europa og Afrika samt østlige deler av Atlanterhavet.  For å øke stabiliteten har satellittene en egenrotasjon på 100 omdreininger per minutt. Siden 1995 har alle høyoppløselige bildedata fra Meteosat blitt kryptert, bortsett fra data klokken 00, 06, 12 og 18 UTC.

Onsdag 21. desember klokken 23.33 norsk vintertid ble MSG2 skutt opp. Den vil bli hetende Meteosat9 når den blir operasjonell og skal plasseres ved 0.0°Vest og blir hovedsatellitten for Europa og Afrika.

METEOSAT 8

MSG-1 (Meteosat Second Generation) ble vellykket skutt opp fra Kourou i Fransk Guiana med Ariane-5 22:45:10 UTC 29. august 2002, og ble operasjonell fra 2004. Fra da av heter den METEOSAT 8. Meteosat 8 byr på en rekke nye muligheter sammenlignet med forgjengeren Meteosat-7. MVIRI instrumentet ombord i Meteosat-7 er erstattet med SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infra Red Imager) som har 12 kanaler. METEOSAT 8 blir, som sine forgjengere, stabilisert ved hjelp av en egenrotasjon på omtrent 100 omdreininger per minutt. SEVIRI bruker egenrotasjonen tilsvarende MVIRI, til å observere jorden linjevis (øst-vest) og bygger linje på linje fra sør mot nord. SEVIRI bruker 13 minutter per målesekvens, i motsetning til MVIRI som bruker 25 minutter. SEVIRI sender kontinuerlig rådata til jorden (3.2 Mbit/sekund) og leverer ett komplett datasett hvert 15. minutt. Oppløsningen for SEVIRI er også bedre enn i MVIRI. HRV (High Resolution Visible) kanalen har, rett under satellitten, en oppløsning på 1 km. De andre kanalene har en oppløsning på 3 km rett under satellitten.

SEVIRI - Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager

Ombord i Meteosat-8 er SEVIRI, et høyoppløselig radiometer for observasjon av meteorologiske fenomen i tre ulike bølgelengdeområder, VIS, WV og IR.  

Klikk på figuren for større bilde.
© Eumetsat

SEVIRI benytter egenrotasjonen til Meteosat-8 til observasjon av jorddisken. Hver gang Meteosat-8 roterer, vil SEVIRI observere en linje av jorddisken, fra øst mot vest. Hver linje består av en rekke målinger, pixler, - 3712 for alle kanaler uttatt HRV kanalen som har 5568. Men HRV dekker ikke hele jordisken i øst og vest. Når observasjonen av den sørligste linjen er ferdig, vil en endring i et speil i instrumentet sørge for at den neste linjen som observeres ligger rett nord for den forrige. Speilet vil flytte seg 3712 ganger før hele jorddisken er blitt observert. HRV kanalen benytter tre sensorer samtidig. Et bilde fra Meteosat HRV kanalen vil derfor bestå av 11136 linjer. I løpet av 13 minutter er hele jorddisken observert. De neste 2 minuttene brukes til kalibrering av sensorer og til å flytte speilet til utgangsposisjonen. Data fra Meteosat-8 er tilgjengelig hvert 15. minutt. Men fra Meteosat-6 kan man få enda hyppigere bilder av Europa. Denne tjenesten blir referert til som 'rapid-scans'.

Etter Meteosat-8 ble skutt opp ble det oppdaget et problem med en vital del av systemet for videresendig av data. Dette systemet kunne derfor ikke benyttes og en annen løsning måtte finnes. Alle data fra Meteosat-8 blir nå send via en Hotbird satellitt som er en kommersiell satellitt. Data sendes som en DVB (Digital video broadcasting) og forholdsvis enkelt utstyr trengs for å lese ned data; en vanlig satellittantenne med hode samt en DVB router/kort i en vanlig PC. Alle data fra Meteosat-8 kommer via dette systemet som heter EUMETCast. Andre instrumenter/tjenester på Meteosat-8 er MDD (Meteorological Data Distribution) og distribusjon av DCP (Data Collection Platform). Meteosat-8 har også GERB (Geostationary Earth Radiation Budget) instrumentet ombord. GERB inngår i et eksperiment for å beregne jordens strålingsbudsjett, og skal bidra med data for å kunne måle reflektert solstråling og termisk stråling fra toppen av atmosfæren med en nøyaktighet på rundt 1%. 

VIS0.6, VIS0.8, IR1.6 og HRV - Synlig og Nær Infrarød Kanal

Solen har en forholdsvis høy temperatur sammenlignet med jorden og vil stråle med kortere bølgelengder enn jorden. Solen stråler mest i bølgelengdeområdet til de synlige (VIS0.6 og VIS0.8) og den nærinfrarøde (IR1.6) kanalen (Se bildene nedenfor). I dette bølgelengdeområdet vil atmosfæren absorbere svært lite av den innkommende solstrålingen, - det meste reflekteres fra bakken eller skyer. I tillegg stråler jorden svært lite i dette bølgelengdeområdet. Disse kanalene vil derfor hovedsakelig måle reflektert solstråling fra jorden. Og disse kanalen gir bare data om dagen når solen stråler på områdene vi ønsker å måle. Det er grunnen til at satellittbilder målt i den synlige delen av spekteret er mørke om natten.  Spesielt for Meteosat 8 er HRV (High resolution Visible) kanalen. Det dekker ikke hele jorddisken, men har til gjengjeld 3 ganger bedre oppløsningen enn de 3 nevnt over.

Meteosat-8 SEVIRI VIS0.6 Meteosat-8 SEVIRI VIS0.8
© met.no

Meteorat-8 SEVIRI IR1.6
© met.no
 

IR3.9, IR8.7, IR9.7 IR10.8, IR12.0 og IR13.4 - Infrarøde kanaler

De termisk infrarøde kanalene måler langbølget stråling fra jorden og atmosfæren i bølgelengde områder fra 3.9µm til 1, 3.4µm. Hver av kanelene har litt ulike egenskaper avhengig av absorpsjonen i atmosfæren ved det bølgelengde området.

Kanalene IR10.8 og IR12.0 ligger i det vi kaller "det atmosfæriske vindu", fordi atmosfæren praktisk talt ikke absorbere ved disse bølgelengdene. Skyer høyt oppe i atmosfæren er kalde og stråler med lav intensitet, mens bakken er varm og stråler med høyere intensitet. Satellittbilder fra disse kanalene (IR10.8 og IR12.0) gir derfor kalde områder som mørke og varme områder lyse. Men siden bildene fra de visuelle kanalene gir lyse skyer over mørkere landområder, inverterer vi IR bildene, slik at kalde områder er lyse og varme områder mørke (Se bildene under). Siden kanalene IR10.8 og IR12.0 ligger i det atmosfæriske vindu, er det en direkte sammenheng mellom temperaturen og det vi ser på bildene. Så ofte bruker en disse IR bildene til å finne skytopp temperaturer.

Kanal IR3.9 er litt spesiell fordi den ligger helt i ytterkanten av strålingsspekteret fra solen og i ytterkant av den termiske strålingen fra jorden. På dagen har denne kanalen derfor bidrag fra både solstråling og termisk jordstråling, og om natten bare fra sistnevnte (se denne figuren). Denne kanalen kan brukes til å se tåke om natten, som er er vanskelig med IR10.8 og IR12.0. Og en kan oppdage skogbranner. IR3.9 ligger også i et atmosfæriske vindu, men de øvre delene av kanalen ligger i et CO2 absorpsjons bånd og kan derfor brukes i beregninger av CO2 innhold i atmosfæren.

Kanalen IR8.7, IR9.7 og IR13.4 gir ikke så mye annen visuell informasjon en de kanalen nevnt over. Men IR8.7 er en vindus kanal, IR9.7 ligger i et ozon absorpsjons bånd og IR13.4 ligger i et CO2 absorpsjons bånd.

  
Meteosat-8 SEVIRI IR3.9  Meteosat-8 SEVIRI IR8.7
© met.no

 
Meteosat-8 SEVIRI IR9.7   Meteosat-8 SEVIRI IR10.8
© met.no

   
Meteosat-8 SEVIRI IR12.0  Meteosat-8 SEVIRI IR13.4
© met.no

WV6.2 og WV7.3 - Vanndamp kanaler

I bølgelengdeområdene som disse kanalene WV6.2 og WV7.3 ser i, er det kraftig absorpsjon av vanndamp i atmosfæren. Kanalen WV6.2 ligger i området hvor absorpsjonen er kraftigst og gir vanndamp innholdet i atmosfæren høyt oppe. Mens WV7.3 ligger i et område som litt mindre absorpsjon og gir vanndampinnholdet i atmosfæren noe lavere enn WV6.2.

Som IR kanalene nevnt over, er Vanndamp kanalene basert på termisk stråling. Områder med mye vanndamp vil derfor angi områder med skyer som er kalde, og vises som mørke områder. Mens områder med lite vanndamp angir bakken som er varm, og vises som lyse områder. Vi pleier derfor å invertere disse kanalene også slik at lyse områder angir skyer, og mørke områder angir tørre.

 
Meteosat-8 SEVIRI WV6.2  Meteosat-8 SEVIRI WV7.3
© met.no

Kombinasjon av ulike kanaler

Med 12 kanaler til disposisjon, er det en hel vitenskap å sette sammen kanaler til falske fargebilder. En vanlig kombinasjon er kanal 3,2 og 1. Dette gir ganske likt fargespakter i forhold til hva et vanlig bilde gir. Se bildet under. Legg merke til siden bildet er fra 18 desember, så ligger alt nord for polarsirkelen i mørket.

Meteosat-8 SEVIRI Ch 030201 (RGB)
© met.no

 METEOSAT 5, 6 og 7

MVIRI - Meteosat Visible and Infra Red Imager

Ombord i Meteosat-7 (tilsvarende er også i Meteosat 5 og 6) er MVIRI, et høyoppløselig radiometer for observasjon av meteorologiske fenomen i tre ulike bølgelengdeområder, VIS, WV og IR.
 

Kanal	Bølgelengdeområde
VIS - Synlig og nær infra rødt	0.45-1.00  µm
WV - Vanndampkanal (termal infra rødt)	5.7-7.1  µm
IR -  Termal infra rødt	10.5-12.5 µm

MVIRI benytter egenrotasjonen til Meteosat-7 til observasjon av jorddisken. Hver gang Meteosat-7 roterer, vil MVIRI observere en linje av jorddisken, fra øst mot vest. Hver linje består av en rekke målinger, pixler, - enten 2500 eller 5000, avhengig av kanal. Når observasjonen av den sørligste linjen er ferdig, vil en endring i et speil i instrumentet sørge for at den neste linjen som observeres ligger rett nord for den forrige. Speilet vil flytte seg 2500 ganger før hele jorddisken er blitt observert. Den synlige og nær infra røde kanalen benytter to sensorer samtidig. Et synlig Meteosat bilde vil derfor bestå av 5000 x 5000 pixler. Et vanndamp bilde eller et infra rødt bilde vil bestå av 2500 x 2500 pixler. I løpet av 25 minutter er hele jorddisken observert. De neste 5 minuttene brukes til kalibrering av sensorer og til å flytte speilet til utgangsposisjonen. Data fra Meteosat-7 er tilgjengelig hvert 30. minutt. Men ved å kombinere data fra Meteosat-6 og -7 kan man få hyppigere bilder av Europa. Denne tjenesten blir referert til som 'rapid-scans'.

 
© EUMETSAT

VIS - Synlig og Nær Infrarød Kanal

Solen har en forholdsvis høy temperatur sammenlignet med jorden og vil stråle med kortere bølgelengder enn jorden. Solen stråler mest i bølgelengdeområdet til den synlige og nær infrarøde kanalen, VIS. I dette bølgelengdeområdet vil atmosfæren absorbere svært lite av den innkommende solstrålingen, - det meste reflekteres. tillegg sråler jorden svært lite i dette bølgelengdeområdet. VIS kanalen vil derfor hovedsakelig måle reflektert solstråling fra jorden. VIS kanalen gir bare data om dagen når solen stråler på områdene vi ønsker å måle. Det er grunnen til at satellittbilder målt i den synlige delen av spekteret er mørke om natten. 

Meteosat-7 MVIRI VIS
© met.no

WV - Vanndamp Kanal (Termisk Infrarødt)

Jorden sender ut langbølget stråling. I bølgelengdeområdet  6-7 µm absorberer vanndamp mye av den langbølgede strålingen fra jorden. Vanndampen stråler med en bølgelengde bestemt av temperaturen. Strålingen som kommer fra vanndamp i lavere nivåer vil absorberes av vanndamp i øvre del av atmosfæren. Vanndampen i øvre atmosfære er kald og vil stråle med mindre intensitet enn den noe varmere vanndampen i lavere nivåer. Områder med lav intensitet vil da bli mørke mens områder med høy intensitet blir lyse. Høye kalde og fuktige skyer vil ut fra dette være mørke i ett vanndamp bilde. Siden hvite farger representerer skyer (ofte i øvre del av atmosfæren) med høy reflektivitet i VIS bildet, blir WV bildet endret slik at hvitt representerer stråling fra kalde fuktige områder i atmosfæren. I et WV bilde vil derfor områder med mye vanndamp i øvre del av atmosfæren være hvite (kalde områder), mens tørre områder vil være svarte. Fuktige områder i lavere nivåer vil bli grå siden temperaturen er høyere enn i øvre del av atmosfæren. 

 
Meteosat-7 MVIRI WV: Original gråskala og invertert gråskala
© met.no

IR - Termisk infrarød kanal

Den termiske infrarøde kanalen, IR, måler langbølget stråling fra jorden og atmosfæren i bølgelengdeområdet 10.5-12.5 µm. Stråling fra jorden vil i dette bølgelengdeområdet påvirkes lite av absorberende gasser, - området kalles et atmosfærisk vindu. Høye skyer er kalde og stråler med forholdsvis lav intensitet, mens bakken er varm og stråler med høyere intensitet. En sky høyt oppe i atmosfæren vil ut fra dette være mørk, mens landområder som stråler med en høyere intensitet skulle være hvite. Siden VIS bildet har hvite skyer over mørke landområder, blir også IR bilde endret slik at høye kalde skyer representeres i hvitt og varme områder ved bakken blir mørke. Siden strålingen fra bakken og atmosfæren ikke påvirkes i særlig grad av absorberende gasser, vil intensiteten på strålingen fra et område direkte si noe om temperaturen. Ofte brukes IR bilder for å finne sky-topp temperaturen.

 
Meteosat-7 MVIRI WV: Original gråskala og invertert gråskala
© met.no

RGB - Kombinasjon av flere kanaler

Ved å kombinere data fra ulike kanaler og sette dette sammen til ett bilde, kan vi oppnå en bedre grafisk fremstilling av dataene. Et eksempel er et RGB-bilde, der hver kanal har fått hver sin farge (rød, grønn og blå). For Meteosat-8 er kombinasjon av ulike kanaler en hel vitenskap. Ved å kombinere alle kanaler på alle mulige åter finnes det flere hundretusen muligheter.

 
Meteosat-7 MVIRI RGB (VIS,VIS,IR) Europa  og ditto MVIRI RGB (VIS,VIS,IR) Fulldisk. ©met.no

Andre tjenester

I tillegg til å distribuere høyoppløselige bildedata fra MVIRI, tilbyr Meteosat-7 en rekke andre tjenester.  Blant disse tjenestene finnes redistribusjon av data fra andre geostasjonære satellitter, distribusjon av DCP (Data Collection Platform) data, MDD (Meteorological Data Dissemination) og WEFAX tjenesten.

Bildedata fra andre geostasjonære satellitter (Meteosat-5, GOES-E, GOES-W og GMS) blir også redistribuert via Meteosat-7. Digitale data fra disse satellittene kan mottas på en PDUS (Primary Data User Station) eller analogt via WEFAX med enklere nedlesingsutstyr.

En DCP (Data Collection Platform) kan være en automatisk værstasjon eller  meteorologiske instrumenter ombord i en båt eller et fly, eller data fra en flytende bøye. Data fra en DCP blir sendt via Meteosat-7 til Meteosat sin primære bakke stasjon i Fucino, Italia. Deretter sendes data til Darmstadt i Tyskland for videre prosessering. Utvalgte data blir deretter sendt ut over GTS (Global Telecommunications System) nettverket. 

For å kunne tilby gode meteorologiske tjenester er man avhengig av god kommunikasjon for distribusjon av observasjonsdata. For områder med dårlig kommunikasjon er dette et problem, f.eks Afrika. Etter nedlesing av DCP data i Fucino blir derfor et utvalg data redistribuert over DRS (Data Retransmission System) og Meteosat-7. Disse dataene kan leses ned med forholdsvis enkelt nedlesingsutstyr, som går under betegnelsen SDUS (Secondary Data User Station). Dette systemet muliggjør ikke mottak av grafiske produkter som analyse kart, prognoser og andre typer observasjoner. For å oppnå dette ble MDD (Meteorological Data Distribution) tjenesten utviklet. MDD systemet består av 4 kommunikasjonskanaler ombord i Meteosat-7 og 3 'up-link' stasjoner, - Toulouse, Bracknell og Roma.

WEFAX systemet tilbyr analoge satellittbilde data. Bildedata fra MVIRI ombord i Meteosat-7 blir delt opp i mindre utsnitt og konvertert til analogt format før dataene redistribueres via Meteosat-7. I tillegg distribueres analoge satellittbilde data fra GOES-E og GMS over WEFAX. WEFAX data kan mottas med enkelt nedlesingsutstyr.

Meteorologisk institutt - en PDUS (Primary Data User Station) Stasjon

Meteorologisk Institutt på Blindern i Oslo er en PDUS stasjon, der høyoppløselige bildedata fra MVIRI, data fra andre geostasjonære satellitter og MDD data leses ned, prosesseres og distribueres. Data fra  MVIRI behandles hvert 30. minutt. 

MSG-1 ble vellykket skutt opp 29. august 2002. MSG-1 vil etter hvert overta for Meteosat-7. MSG-1 blir da operasjonell på 0 grader vest. Meteorologisk Institutt forbereder nytt nedlesingsutstyr for MSG-1.

Mer informasjon om MSG og andre geostasjonære satellitter finner du på EUMETSAT sine hjemmesider. 

Fjermålingsavd./Obs.Div.

Artikkelen ble oppdatert desember 2005.