Ilmakehän kaukokartoitus

Ilmakehän kaukokartoitus on ilmakehän ominaisuuksien havaitsemista laitteilla, jotka eivät ole kosketuksissa ilmakehän mitattavan osan kanssa: radioluotaus ei ole kaukokartoitusta, sääsatelliitti-  ja säätutkahavainnot ovat.  Ilmakehän kaukokartoitus on olennainen osa kaukokartoitusta. Meteorologiassa ollaan kiinnostuneita ilman lämpötilan ja kosteuden pystyjakaumasta. Muissa yhteyksissä ollaan kiinnostuneita poistamaan ilmakehän vaikutus. Ilmakehäkorjaukseksi kutsutaan menetelmiä joilla maanpinnan mittaukset eri ajanhetkinä ja erilaisista mittauskulmista saadaan vertailukelpoisia.

Luotaustieto infrapunamittauksilla satelliitista

Ilmakehän läpinäkyvyys eli läpäisevyys sähkömagneettiselle säteilylle vaihtelee eri aallonpituuksille. Pinnan ilmiöitä mitattaessa keskitytään ikkuna-alueille, joilla ilmakehän on mahdollisimman läpinäkyvä. Tarkasteltaessa aallonpituusalueita, joilla ilmakehän on osittain läpinäkyvä, saadaan informaatiota ilmakehän eri kerroksista. Läpäisevyyden muutoksessa korkeuden funktiona saadaan niin sanottu painofunktio, joka kertoo miltä korkeudelta ilmakehää kanava saa suurimman osan informaatiostaan.

Ensimmäisissä luotausinstrumenteissa oli kymmenkunta kanavaa (kapeaa aallonpituusaluetta, joita instrumetti mittaa), joista laskettiin ilmakehän lämpötila- ja kosteusprofiilit. Ilmakehämalleissa oli kuitenkin hyvin nopeasti enemmän tasoja kuin instrumenteissa kanavia, joten oli epäselvää kuinka paljon tällaisesta mittauksesta tehty luotaus voisi antaa lisätietoa mallille. Lisäksi koska samasta mittauksesta voidaan johtaa mielivaltainen määrä luotauksia, tarvittiin jonkinlainen alkuarvaus luotaukselle. Tällä alkuarvauksella on oma virheensä, joka aiheuttaa lisää epävarmuutta mallin alkutilaan. Alun optimismi katosi ja tarvittiin uusia menetelmiä satelliittitiedon käyttöön malleissa.

1990-luvun puolenvälin tienoilla tietokoneiden teho oli kasvanut tarpeeksi, jotta voitiin alkaa käyttää variaatiolaskentaan perustuvia menetelmiä. Nyt mallinnettiin suoraan mallin alkutilan perusteella minkälainen satelliittimittauksen tulisi olla ja alkutilaa muokattiin havaitun eron perusteella. Tämän tiedon operatiivisessa hyödyntämisessä sään ennustamiseen on pisimmällä eurooppalainen ECMWF-keskus.

Uusissa luotausinstrumenteissa, kuten AIRS ja IASI, kanavien määrä on kasvanut jolloin myös mittauksen pystyerottelukyky on kasvanut. Näin luotaustuotteiden laatu on kasvanut ja niitä tuotetaan operatiivisesti käyttäjille.

Ilmakehän kosteus GPS-signaaliin perustuvilla mittauksilla

GPS-satelliittien signaali vääntyy ilmakehän kosteuden mukaan. Tästä voidaan laskea tietoja ilmakehän kosteudesta. Mittausinstrumentti voi olla maanpinnalla tai toisessa satelliitissa. Jälkimmäisessä tapauksessa puhutaan okkultaatiomittauksista.

Saksalaisen tutkimussatelliitin CHAMPin mukana oli intrumentti GPS-okkultaatiomittausten tutkimiseen. METOP-satelliitin GRAS-instrumentti on tarkoitettu näiden mittausten operatiiviseen tuottamiseen. Tätä tukee EUMETSATin GRAS SAF-projekti.

Lähteet 
Kidder, S. Q., and T. H. Vonder Haar, 1995: Satellite Meteorology: An Introduction, Academic Press, San Diego, 466 pp.
ECMWF:n kurssi Data Assimilation and the Use of Satellite Data

Viitteet

Kaukokartoitus