Sääsatelliitti

Sääsatelliitti on maata avaruudessa kiertävä satelliitti, jonka mittauksia käytetään sään havainnoimiseen. Satelliittihavainnot perustuvat maan ja meren pinnasta, pilvistä ja ilmakehästä avaruuteen heijastuvan tai emittoituvan eri aallonpituuksien sähkömagneettisen säteilyn mittaukseen.

GOES-8, yhdysvaltalainen sääsatelliitti.

GOES-2-sääsatelliitti.

Satelliitteja on käytetty sään seurantaan 1960-luvulta alkaen. Niitä ovat operoineet Yhdysvallat, Kiina, Japani, Intia, Neuvostoliitto ja yhteisessä sääsatelliittijärjestössä toimivat Länsi-Euroopan maat.

Sääsatelliittien historia

Ensimmäinen kiertoradalla olevasta satelliitista otettu kuva Maasta. Explorer 6:n 14. elokuuta 1959 ottamassa kuvassa näkyy Tyynenmeren pilvipeitettä auringonvalossa.

Yhdysvalloissa sään seuranta avaruudesta alkoi Explorer 7 -satelliitista (kaksi ensimmäistä, Vanguard 2 ja Explorer 6 epäonnistuivat) vuonna 1959. Sen alun voimahahmoja oli tohtori Verner Suomi. Ensimmäinen todellinen sääsatelliitti oli TIROS vuonna 1960 ja ensimmäinen operatiivinen sääsatelliittisarja oli ESSA (laukaistiin vuosina 1966-1969). Sittemmin NOAA ja Yhdysvaltain ilmavoimat ovat tehneet omia sääsatelliittejaan. Yhdysvaltain ilmavoimien satelliittisarja on nimeltään DMSP(Lähitulevaisuudessa NOAA- ja DMSP-satelliitit yhdistetään NPOESS-satelliittisarjaksi). Ensimmäinen geostationaarinen satelliitti ATS laukaistiin vuonna 1966, mutta ensimmäinen operatiivinen GOES-satelliitti vasta vuonna 1975.

Neuvostoliitto laukaisi ensimmäiset operatiiviset Meteor-naparatasatelliittinsa vuonna 1969. Japani laukaisi oman geostationaarisen satelliittinsa vuonna 1977 ja EUMETSAT ensimmäisen Meteosat-satelliitin vuonna 1978. Intia laukaisi laukaisi ensimmäiset naparatasatelliittinsa vuonna 1979 ja geostationaarisen satelliitin vuonna 1983.

Kaikkiaan 1960-2008 on laukaistu 169 sääsatelliittia :

• 75 venäläistä
• 67 yhdysvaltalaista
• 10 länsieurooppalaista
• 9 kiinalaista
• 8 japanilaista

Satelliittidatan käyttö on levinnyt asteittain. Heti alusta lähtien kuvamuotoista dataa on käytetty mm. pilvihavaintoina. Datasta on laskettu myös erilaisia tuotteita, kuten merenpintalämpötila tai tuulitietoa pilvien liikkeen perusteella. Datan laajamittainen käyttö numeerisissa sääennusteissa pääsi kuitenkin täyteen vauhtiin vasta 1990-luvulla (katso lisää artikkelista Ilmakehän kaukokartoitus).

Nykyiset sääsatelliitit

Tärkeimmät nykyiset operatiiviset sääsatelliitit ovat lueteltu seuraavassa taulukossa.

Lähettäjä	Satelliitti tai satelliittisarja	Tärkeimmät instrumentit	Lisätietoja
Geostationariset satelliitit
EUMETSAT	MSG, MTG	SEVIRI MSG:ssä	MSG laukaistu 2000-luvulla, MTG vuoden 2015 jälkeen
NOAA	GOES
Intia	Kalpana-1 (MetSat 1)	Radiometri	Laukaisu vuonna 2002
Kiina	Feng-Yun		Laukaisu vuonna 2008.
Japani	MTSAT
Korea	COMS	Sää- ja merikamera	Laukaistiin vuonna 2010
Venäjä	Elektro alias GOMS		Laukaistiin vuonna 2011, seuraava vuonna 2012.
Naparataiset satelliitit
EUMETSAT	METOP	AVHRR, ATOVS, IASI	Korvaa NOAA-sarjan aamupäiväsatelliitin
NOAA	NOAA	AVHRR, ATOVS
NOAA ja DOD	NPOESS	VIIRS	Ohjelma keskeytettiin vuonna 2010. NPOESSin piti korvata NOAA-sarjan iltapäiväsatelliitin.
NASA	NPP		Laukaistaan vuonna 2011
NASA	EOS-ohjelman satelliitit	MODIS, AIRS	Terra, Aqua ja Aura satelliitit (otsoni, laukaisu 2004)
Kiina	Feng-Yun		Laukaisu vuonna 2010.
Venäjä	Meteor	Tutka	Laukaisut vuosina 2008 ja 2009.

• METEOSAT-satelliiteista pyritään pitämään yksi pituuspiirillä 0°.
• EOS-satelliitit ovat tutkimussatelliitteja, mutta niiden instrumentteja käytetään myös operatiivisesti.

Kansallisten satelliittien ongelma on, ettei niiden aineisto ole useinkaan yleisesti saatavilla tai aineistosta puuttuu olennaista tietoa kuten kalibrointitieto. Esimerkiksi venäläisten RESURS-satelliiteista ei ole paljoakaan tietoa Venäjän ulkopuolella. Kiinalaisten FY-1-sarjan satelliittien kalibrointitieto on myös hankalasti saatavilla. ECMWF, joka hanakasti käyttää saatavilla olevaa satelliittidataa, ei käytä näiden satelliittien dataa lainkaan.

Myös kaupalliset edut ja sotilaalliset näkemykset voivat erota. Esimerkiksi eurooppalaiset toimijat ovat pitäneet hyvinkin tiukasti kiinni omasta datastaan, kun taas yhdysvaltalaisten satelliittien aineisto on ollut yleisesti saatavilla. Toisaalta yhdysvaltalaisten näkemys turvallisuusnäkökohdista on eurooppalaista tiukempi, ja he pidättävät oikeuden rajoittaa satelliittiaineiston saatavuutta kriisitilanteessa. Esimerkiksi EUMETSATin METEOSAT-satelliittien kaikki data on salattu, mutta EUMETSATin METOP-satelliittien mukana olevien yhdysvaltalaisten instrumentin data on salaamatonta. Mahdollisessa kriisitilanteessa tämä data voidaan kuitenkin salata.

Kiertoradat

Satelliitteja on kahta päätyyppiä: geostationaariset satelliitit kiertävät Maata päiväntasaajan yläpuolella samalla nopeudella kuin Maa pyörii. Ne pysyvät jatkuvasti saman alueen yläpuolella. Naparatasatelliitit kulkevat melkein navalta navalle, mutta hiukan vinoon, ikään kuin lankaa kierrettäisiin kerälle. Ne kulkevat jokaisen maapallon pisteen yli, mutta saman paikan yli vain kahdesti vuorokaudessa.

Mittauskanavat

Sääsatelliiteissa on useita mittausinstrumentteja. Aallonpituusaluetta, jolla instrumentti toimii, kutsutaan kanavaksi. Kanavat voidaan jakaa kahteen päätyyppiin: kuvakanaviin ja luotauskanaviin. Kuvakanavien mittauksista (tai eri kanavien mittaustulosten yhdistelmistä) voidaan laskea fysikaalisia suureita (esimerkiksi merenpinnan lämpötila tai pilvien yläpinnan korkeus) tai ihminen voi tulkita niistä tehtyjä kuvia subjektiivisesti (Katso Satelliittikuvien RGB-yhdistelmät). Luotauskanavien mittaukset ovat ensisijaisesti syöttötietoa ilmakehää numeerisesti kuvaaville sääennustusmalleille. Kanavien määrä vaihtelee instrumentin käyttötarkoituksesta riippuen muutamasta (kuvaavat instrumentit) jopa tuhansiin (luotausinstrumentit).

Sääsatelliittien kartoittamat aallonpituusalueet voidaan jakaa karkeasti maapallolta heijastuvaan auringon lyhytaaltoiseen säteilyyn ja maapallon ja ilmakehän partikkelien kuten pilvien säteilemään pitkäaaltoiseen säteilyyn. (Katso myös Sähkömagneettinen spektri)

• Auringon heijastama säteily voidaan jakaa näkyvän valon alueeseen (0,5–1,1 mikrometriä) ja lähi-infrapuna-alueeseen (1,1–3,9 mikrometriä). Havaintoja käytetään esimerkiksi pilvien kartoittamiseen, lumen ja jään havainnointiin sekä kasvillisuuden kehityksen tarkkailuun.
• Pitkäaaltoista säteilyä käytetään pilvien kartoittamiseen öin ja päivin. Infrapunasäteily kertoo säteilijän lämpötilasta, joten vähemmän säteilevät pilvet ovat kylmempiä, ja koska lämpötila laskee troposfäärissä ylöspäin, voidaan yleensä päätellä että kylmemmät pilvet ovat korkeampia. Niin sanotuilla "ikkuna-alueilla", joilla säteily läpäisee koko ilmakehän, voidaan arvioida myös maanpinnan lämpötilaa. Jos ilmakehä on vain osaksi läpäisevä, kuten vesihöyrykanavilla (5,7–7,1 mikrometriä), saadaan tietoa myös ilmakehän lämpötilan ja kosteuden pystyrakenteesta (lisää artikkelissa Ilmakehän kaukokartoitus).

Lähteet

• Kidder, S. Q. & Vonder Haar, T. H.: Satellite Meteorology: An Introduction. San Diego: Academic Press, 1995.

Aiheesta muualla

• Ilmatieteen laitoksen sivuilla
  • NOAA-kuva
  • Meteosat-kuva (päivitetään 6 tunnin välein)
  • satelliittitietoa
• Euroopan sääsatelliittijärjestö EUMETSAT
  • Uuden sukupolven Meteosatin kuvien tulkintaopas (Arkistoitu – Internet Archive)
• http://www.noaa.gov
• http://www.knmi.nl/satrep/ (Arkistoitu – Internet Archive)
• Meteosat-kuva (päivitetään tunnin välein) (Arkistoitu – Internet Archive)
• GOES-kuva
• Miravi (päivitetään kahden tunnin välein) (Arkistoitu – Internet Archive)
• Sääsatelliittien yleiskatsaus URSAn sivuilla