Tài liệu KHÍ TƯỢNG VỆ TINH ppt

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (16.77 MB, 154 trang )

1
NGUYỄN VĂN TUYÊN

KHÍ TƯỢNG VỆ TINH

Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội

2
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 5
CHỮ VIẾT TẮT TRONG GIÁO TRÌNH 6
CHƯƠNG 1, KHÍ TƯỢNG VỆ TINH VÀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN 9
1.1 Hệ thống quan trắc khí tượng trước khi vệ tinh ra đời 9
1.1.1 Hệ thống quan trắc và thám sát khí tượng trước khi vệ tinh ra đời 9

1.1.2 Những hạn chế của hệ quan trắc trước vệ tinh 10
1.2 Vệ tinh ra đời và vệ tinh khí tượng đi vào nghiệp vụ 11
1.2.1 Vệ tinh ra đời và vệ tinh khí tượng trong giai đoạn thực nghiệm 11
1.2.2 Vệ tinh khí tượng bước vào nghiệp vụ 12
1.2.3 Hệ thống vệ tinh khí tượng toàn cầu 13
1.3 Bộ môn Khí tượng vệ tinh ở Trung tâm dự báo Khí tượng Thuỷ văn
(KTTV) Trung ương
15
1.4 Các loại vệ tinh 16
1.4.1 Vệ tinh quỹ đạo cực 16
1.4.2 Vệ tinh địa tĩnh 19
1.5 Các thiết bị cảm biến từ xa chủ yếu của vệ tinh khí tượng 21
1.5.1 Các loại cảm biến của vệ tinh cực và vệ tinh địa tĩnh 21
1.5.2 Thiết bị ghi hình quét quay thị phổ và hồng ngoại VISSR 22
1.5.3 Thiết bị viễn thám khí quyển thẳng đứng 23
1.6 Hệ thống thu nhận số liệu 24
1.6.1 Bộ phận mặt đất 24
1.6.2 Truyền nhận và format số liệu 25
1.7 Các lĩnh vực ứng dụng của vệ tinh khí tượng 27
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VỆ TINH KHÍ TƯỢNG 29
2.1 Bức xạ và các định nghĩa về bức xạ mặt trời 29
2.1.1 Thành phần khí quyển trái đất và phổ bức xạ mặt trời 29
2.1.2 Bức xạ sóng điện từ và các định nghĩa về bức xạ 30
2.2 Các thành phần bức xạ 32
2.2.1 Truyền xạ 33
2.2.2 Tán xạ 33
2.2.3 Hấp thụ 35
2.2.4 Phản xạ 36
2.3 Phát xạ 40
2.4 Khả năng phát xạ 42

2.4.1 Khả năng phát xạ của vật thể 42
2.4.2 Định luật Planck và nhiệt độ chói 43
2.4.3 Khả năng phát xạ của mây 44
2.5 Cân bằng bức xạ vào – ra trong hệ thống khí quyển và trái đất 46
2.6 Cơ sở toán – lý 47
2.6.1 Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton 47
2.6.2 Định luật chuyển động Kepler 47
2.7 Nguyên tắc quan trắc vệ tinh từ không gian 48
2.7.1 Đo thụ động và đo chủ động 48
2.7.2 Các dải phổ điện từ trong viễn thám 49

3
2.7.3 Nguyên tắc dựa vào tương tác của 3 thành phần bức xạ 51
2.7.4 Nguyên tắc dựa vào đặc thù phổ điện từ của đối tượng đo 52
2.8 Các kênh vệ tinh quan hệ với dải phổ 53
2.8.1 Sự khác biệt giữa năng lượng dải phổ mặt trời và trái đất 53
2.8.2 Các cửa sổ của khí quyển 54
2.8.3 Các kênh và ảnh vệ tinh 56
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH ẢNH MÂY VỆ TINH 66
3.1 Phân tích cơ bản đặc điểm chủ yếu của từng loại ảnh mây vệ tinh 66
3.1.1 Ảnh viễn thám vệ tinh và khái niệm phân tích ảnh 66
3.1.2 Các ảnh thị phổ (VIS) 68
3.1.3 Các ảnh hồng ngoại (IR) 69
3.1.4 Ảnh hồng ngoại tăng cường màu 71
3.1.5 Các ảnh hơi nước (WV) 72
3.2 Những kiến thức cơ bản về tăng cường độ nét ảnh mây vệ tinh 73
3.2.1 Sự cần thiết phải tăng cường độ nét ảnh mây vệ tinh 73
3.2.2 Tăng cường ảnh mây vệ tinh hồng ngoại nhiệt 74
3.3 Ước lượng nhiệt độ đối tượng quan trắc bằng ảnh hồng ngoại 80
3.3.1 Nguyên tắc ước lượng nhiệt độ từ số liệu ảnh hồng ngoại 80

3.3.2 Ước lượng nhiệt độ từ số liệu ảnh hồng ngoại của vệ tinh GOES 81
3.3.3 Ước lượng nhiệt độ bề mặt biển từ số liệu AVHRR 83
3.3.4 Ước lượng nhiệt độ mặt nước biển từ số liệu VISSR 84
3.4 Kỹ thuật ảnh động 86
3.5 Nhận biết loại mây trên ảnh mây vệ tinh 86
3.5.1 Mây và phân loại mây 87
3.5.2 Nhận biết mây trên cơ sở các ước lượng và so sánh 89
3.5.3 Những điểm cơ bản về nhận biết mây dạng tích và dạng tầng 90
3.5.4. Nhận biết mây tầng cao Ci, Cs và Cc 92
3.5.5 Nhận biết mây đối lưu vũ tích (Cb) 93
3.5.6 Nhận biết mây tầng trung 95
3.5.7 Nhận biết mây thấp 95
3.5.8. Phân loại mây tự động 98
3.6 Phân biệt mây Stratus và sương mù 99
3.6.1. Phân biệt sương mù và mây Stratus dựa vào các ảnh hồng ngoại liên tục 99
3.6.2 Nhận biết sương mù bằng tổ hợp kênh 101
CHƯƠNG4. ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH THỜI TIẾT NHIỆT ĐỚI 103
4.1 Phân tích front 103
4.1.1 Một số kiến thức chung về front lạnh 103
4.1.2 Nhận biết hệ thống mây front lạnh 108
4.1.3 Phân tích các giai đoạn của front lạnh trên khu vực nước ta 110
4.1.4 Chỉ dẫn về sử dụng ảnh mây vệ tinh trong phân tích front lạnh 112
4.2 Phân tích dải hội tụ nhiệt đới 113
4.2.1 Đại cương về dải hội tụ nhiệt đới (ITCZ) 113
4.2.2 ITCZ trên khu vực nước ta 114
4.3. Phân tích áp thấp nhiệt đới và bão 116
4.3.1 Đại cương về xoáy thuận nhiệt đới (XTNĐ) và bão 116
4.3.2 Những bước tiến bộ trong thám sát XTNĐ và bão bằng vệ tinh 119

4

4.3.3 Sự phát sinh và phát triển của ATNĐ và bão qua ảnh mây vệ tinh 120
4.3.4 Theo dõi và phát hiện sự phát sinh XTNĐ bằng ảnh mây vệ tinh 122
4.3.5 Đặc điểm dải mây bão trên ảnh vệ tinh 123
4.4 Ứng dụng thông tin vệ tinh phân tích đối lưu 125
4.4.1 Đại cương về đối lưu 125
4.4.2 Đối lưu trên biển 125
4.4.4 Phân tích các đặc trưng đối lưu 128
4.4.5 Một vài phương pháp khác trong phân tích mây dông 133
4.5 Sử dụng thông tin vệ tinh trong phân tích ước lượng mưa 134
4.5.1 Về thông tin vệ tinh cho phân tích và ước lượng mưa 134
4.5.2. Phương pháp ước lượng mưa dựa trên ảnh hồng ngoại 135
4.5.3 Phương pháp ước lượng mưa dựa trên viễn thám vi sóng 140
TÀI LIỆU THAM KHẢO CHỦ YẾU 143
DANH SÁCH CÁC WEBSITES ĐÃ THAM KHẢO 145
CÁC ẢNH MÀU 147

5

LỜI NÓI ĐẦU

Giáo trình Khí tượng Vệ tinh được biên soạn dựa trên kinh nghiệm giảng dạy
trong nhiều năm của các bạn đồng nghiệp và tác giả. Nội dung giáo trình có hạn chế
dung lượng phù hợp với thời lượng giảng dạy (30 tiết) và phù hợp với điều kiện ứng
dụng số liệu vệ tinh trong Khí tượng.
Mục tiêu giáo trình nhằm trang bị cho sinh viên kiến thức cơ bản về Khí tượng
Vệ tinh, kỹ
năng ban đầu về lý giải các ảnh mây vệ tinh cơ bản trong phân tích và dự
báo thời tiết, đặc biệt chú ý những thời tiết khắc nghiệt như không khí lạnh, giải hội tụ
nhiệt đới, mưa, dông và bão.
Giáo trình được biên soạn nhờ sự động viên và giúp đỡ của Khoa Khí tượng
Thuỷ văn và Hải dương học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Trung tâm Dự báo
KTTV Trung ương, Bộ Tài nguyên và Môi trườ
ng, đặc biệt là các đồng nghiệp ở bộ
môn Khí tượng Vệ tinh. Nhân đây tác giả xin chân thành cám ơn tất cả.
Chắc chắn không tránh khỏi những khiếm khuyết trong giáo trình, vì vậy tác giả
rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của đồng nghiệp và bạn đọc.

Tác giả

PGS. TS. Nguyễn Văn Tuyên

6

CHỮ VIẾT TẮT TRONG GIÁO TRÌNH

AIRS Atmospheric Infrared Sounder (Thám trắc kế khí quyển hồng ngoại)
AMSU Advanced Microwave Sounder Unit (Bộ thám trắc kế vi sóng tiên tiến)
AMV Atmosphere Motion Vector (vec-tơ chuyển động của khí quyển)
APT Automatic Picture Transmission (Truyền ảnh tự động)

ATNĐ Áp thấp nhiệt đới
ATS-1 Applications Test Satellite (Vệ tinh ứng dụng thử nghiệm)
AVHRR Advanced Very High Resolution Radiometer (Bức xạ kế tiên tiến độ phân
giải rất cao)
CGMS Co-ordination Group for Meteorological Satellite (Nhóm phối hợp vệ tinh khí
tượng)
DCP Data Collection Platform (Dàn/ bệ máy thu thập s
ố liệu)
DMSP Defense Meteorological Satellite Program (of the USA) (Chương trình vệ tinh
khí tượng quốc phòng của Hoa kỳ)
DPI Derived product images (Ảnh sản phẩm chuyển hoá)
ERS Erth Radiation Sensor (Cảm biến kế bức xạ Trái đất)
ESSA Environmental Science Services Administration (Tổng cục Khoa học Môi
trường – tên cơ quan tiền thân của NOAA ngày nay)
Far IR (Viễn hồng ngoại)
FGGE First Global GARP Experiment (Thực nghiệm toàn cầu đầu tiên của GARP)
GARP Global Atmospheric Research Programme (Chương trình nghiên cứu khí quyển
toàn cầu)
GMS Geostationary Meteorological Satellite (Vệ tinh khí tượng địa tĩnh)
GOES Geostationary Operational Environmental Satellite (Vệ tinh địa t
ĩnh môi trường
nghiệp vụ)
GOMS-1 (hay Elektro) Geostationary Operational Meteorological Satellite (Vệ tinh
khí tượng địa tĩnh nghiệp vụ của Nga)
GTS Global Telecommunication System (Hệ thống viễn thông toàn cầu)
GVAR VARiable data transmission format (Format truyền số liệu của GOES I-M)
HIRS High Resolution Infrared Radiation Sounder (Thám trắc kế bức xạ hồng ngoại
độ phân giải cao)
HNT HaNoi Time (Giờ Hà nội)
HRPT High Rate Picture Transmission (Truyền ảnh tốc độ cao)

HRIT High Rate Information Transmission (Truyền thông tin tốc độ cao)
IGY International Geophysical Year (Năm Vật lý Địa cầu Quốc tế)
INSAT Indian geostationary multi-function Satellite (Vệ tinh địa tĩnh đa năng của Ấn
độ)
IR Infrared (Hồng ngoại)

7
ITCZ Intertropical Convergence Zone (Dải hội tụ nhiệt đới)
JMA Japan Meteorological Agency (Cơ quan Khí tượng Nhật bản)
LRIT Low Rate Information Transmission (Truyền thông tin tốc độ thấp)
LRPT Low Rate Picture Transmission (Truyền ảnh tốc độ thấp)
MDD Meteorological Data Distribution (Phân bố số liệu Khí tượng)
MDUS Medium-scale Data Utilisation Station (Trạm ứng dụng số liệu quy mô vừa
cho GMS, Japan)
METEOR-l-N1 (Russian polar orbiting spacecraft – Vệ tinh quỹ đạo cực của Nga)
METSAT (Kalpana-I) Meteorological Satellie (Vệ tinh khí tượng của Ấn độ)
MTSAT Multi-functional Transport Satellite of Japan (Vệ tinh vận tải đa năng c
ủa
Nhật bản)
NASA National Aeronautics and Space Administration (Cơ quan Hàng không &Vũ trụ
Quốc gia)
NDVI Normalised Difference Vegetation Index (Chỉ số thực vật (chênh lệch) chuẩn
hoá)
NESDIS National Environmental Satellite Data and Information Service (Cục thông
tin và số liệu vệ tinh môi trường quốc gia)
NIR Near IR (Cận hồng ngoại)
NMHSs National Meteorological Hydrological Services (Các cơ quan Khí tượng Thuỷ
văn Quốc gia)
NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration (Cơ quan Đại dương và
Khí quyển Quốc gia)

NOGAPS (US) Navy Operational Global Atmospheric Prediction System (Hệ thống
dự báo nghiệp vụ Khí quyển toàn cầu của Hải quân Hoa k
ỳ)
NRL Naval Research Laboratory (Trung tâm nghiên cứu Hải quân Monterey)
QuickSCAT Quick Scatterometer (Tán xạ kế quét nhanh)
RADASAT Rada Satellite (Vệ tinh (mang theo) ra-đa)
RSO-Rapid Scan Operations (Hệ thống hoạt động quét nhanh)
SDUS Small-scale Data Utilisation Station (Trạm ứng dụng số liệu quy mô nhỏ cho
GMS WEFAX)
SMS-1 Synchronous Meteorological Satellite (Vệ tinh khí tượng đồng bộ mặt trời)
SSM/I Special Sensor Microwave/Imager (Cảm biến kế chuyên dụng vi sóng/Máy ghi
hình)
SST Sea Surface Temperature (Nhiệt độ bề mặt biển)
SSU Stratospheric Sounding Unit (Tổ máy thám trắc khí quyển bình lưu)
S-VISSR Stretched Visible and Infrared Spin Scan Radiometer (Bức xạ kế thị phổ và
hồng ngoạ
i quét quay căng phẳng)
TCP Tropical Cyclone Programme (Chương trình nghiên cứu xoáy thuận nhiệt đới)
TIROS Television InfraRed Operational Satellite (Vệ tinh nghiệp vụ truyền hình hồng
ngoại)
TMI Thematic Microwave Imager (Thiết bị ghi hình vi sóng theo chủ đề)
TOPEX Topography of the Ocean Experiment (Thực nghiệm địa hình đại dương)
TOVS TIROS Operational Vertical Sounder (Thám trắc kế thẳng đứng nghiệp vụ
TIROS)

8
TRMM Tropical Rainfall Measuring Mission (Công vụ đo mưa nhiệt đới-vệ tinh đo
mưa nhiệt đới)
TTDB KTTV TW (Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương)
UTC Universal Time Coordinated (Gìơ vạn năng theo toạ độ, như Zulu time (Z), và

Greenwich Mean Time (GMT)).
UV Ultraviolet (Cực tím)
VIS Visible (Thị phổ)
XTNĐ Xoáy thuận nhiệt đới
WEFAX Weather Facsimile ( Fax thời tiết – ảnh tương tự của vệ tinh thời tiết)
WMO World Meteorological Organization (Tổ chức Khí tượng Thế giới)
WV Water Vapour (Hơi nước)

9

CHƯƠNG 1, KHÍ TƯỢNG VỆ TINH VÀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN

Nội dung chương 1 giới thiệu chung về sự ra đời, quá trình phát triển của Vệ
tinh Khí tượng và Khí tượng vệ tinh, từ thực nghiệm đến nghiệp vụ, từ quy mô quốc
gia, khu vực đến một Hệ thống vệ tinh khí tượng nghiệp vụ toàn cầu; khái quát về các
loại vệ tinh, hệ thống truyền nhận thông tin, format số liệu và khai thác ứng dụng,
nhằm cung cấp cho người đọc cái nhìn bao quát, cơ bản có th
ể lôi cuốn người đọc vào
các chương sau của giáo trình hay gợi mở cho người đọc tự tìm hiểu sâu hơn khi thấy
cần thiết.

1.1 Hệ thống quan trắc khí tượng trước khi vệ tinh ra đời

1.1.1 Hệ thống quan trắc và thám sát khí tượng trước khi vệ tinh ra đời

Khí tượng vệ tinh là một bộ môn khoa học nghiên cứu khí quyển bằng các số
liệu khí tượng thu được từ vệ tinh khí tượng. Nói chung, Khí tượng vệ tinh có 2 nhiệm

vụ:
1) Thu nhận thông tin về trạng thái khí quyển ở bề mặt trái đất và các tầng cao
khí quyển (trước hết là tầng đối lưu) theo một không gian rộng lớn (tuỳ theo quy mô
thực tế tác nghiệp);
2) Tạo lập các phương pháp ứng dụng thông tin v
ệ tinh khí tượng để theo dõi,
phân tích các quá trình khí quyển, dự báo thời tiết và nghiên cứu khí hậu.
Vệ tinh khí tượng là vệ tinh nhân tạo của trái đất thực hiện các quan trắc khí
tượng thông qua bức xạ điện từ từ khí quyển và truyền các quan trắc này về traí đất.
Do đó sự phát triển của khí tượng vê tinh gắn liền với sự phát triển của vệ tinh khí
tượng.
Quan trắc và thám sát tầng cao khí quyển đ
ã, đang và sẽ vẫn là niềm khao khát
của con người mà trước hết là của các nhà Khí tượng. Chính vì vậy mà ngay từ khi vệ
tinh chưa ra đời thì các nhà khí tượng đã sử dụng phương tiện quan trắc từ thấp lên cao
như bóng bay, khinh khí cầu, ra-đi-ô-zôn, máy bay, tên lửa. Nhưng không mấy người
biết rằng thô sơ nhất như diều đẫ từng được dùng dể thám sát tầng cao khí quyển.
Theo W. Paul Menzel [15] thì từ đầu thế kỷ 20 Benjamin Franklin là ngườ
i đầu tiên đã
dùng diều để quan trắc tầng cao khí quyển. Thậm chí diều của Benjamin Franklin
được Phòng thời tiết đưa vào quan trắc đều đặn ở 6 trạm quan trắc, được thả lên 4 hoặc
5 giờ đồng hồ mỗi ngày và đạt đến độ cao 3 – 4 dặm (1 dặm trên không = 1883m).
Không phải bây giờ ta xem lại mới thấy buồn cười mà ngay từ khi đó những “kẻ mất
dạy” đã đứng từ xa c
ười nhạo báng các nhà khí tượng. Ấy vậy mà theo các nhà khí
tượng lúc ấy diều còn tốt hơn cả bóng cao su và quan trắc bằng diều được duy trì mãi
tới năm 1933, khi mà máy bay được đưa vào thay thế.

10
Sự phát triển nhanh chóng của máy bay trong thời gian Chiến tranh Thế giới

thứ nhất đã dẫn đến việc năm 1925 người ta đưa vào thực nghiệm chương trình quan
trắc khí quyển tầng cao hàng ngày bằng cách gắn các cảm biến kế (sensor) trên cánh
máy bay. Nhờ các quan trắc bằng máy bay mà diện quan trắc được mở rộng ra một
khu vực rộng lớn, nó đã cho phép các nhà sy-nốp bắt đầu mô tả được các dòng khí
quyển tầng thấ
p trên bản đồ.
Năm 1929, Robert Goddard đã phóng tên lửa mang theo một thiết bị trong đó
gồm một áp ký, một nhiệt ký và một máy ảnh để thám sát khí quyển mà từ đó đã trở
thành phương hướng nguồn gốc của chương trình vệ tinh khí tượng sau này. Những
tiến bộ trong công nghệ tên lửa trong Chiến tranh Thế giới thứ II đã dẫn đến những
bức ảnh tổng hợp đầu tiên về
đỉnh của khí quyển. Song song với những tiến bộ về tên
lửa là những tiến bộ về các máy quay phim truyền hình đã làm cho các vệ tinh khí
tượng có thể trở thành hiện thực.
Song toàn bộ những thiết bị đo/thám sát tầng cao khí quyển, như bóng bay,
diều, máy bay và tên lửa khi ấy cũng chưa vượt được độ cao tầng đối lưu. Cho đến
năm 1930, lần đầu tiên trên thế giới, ra-đi-ô-zôn do các nhà khí tượ
ng Liên-xô cũ chế
tạo mới được đưa vào thám sát khí quyển tầng cao, với độ cao có thể đạt được 20 hải
lý (1 hải lý=1,852km) và thời gian làm việc tới 1,5-2 giờ, đánh dấu bước tiến quan
trọng trong nghiên cứu tầng cao khí quyển. Từ đó cho đến nay nó được cải tiến liên
tục và hiện vẫn đang là một trong những thiết bị thám không quan trọng nhất trong
lĩnh vực khí tượng toàn cầu.

1.1.2 Những hạn chế của hệ quan trắc trước vệ tinh

Hạn chế quan trọng nhất phải nói đến là sự hạn chế về không gian đo đạc, quan
trắc theo chiều ngang. Với những thiết bị trước vệ tinh thì dù con người có cố gắng
mấy, những quan trắc về khí quyển tầng cao cũng không thể vượt quá được phạm vi
một lãnh thổ, thậm chí hệ thống quan trắc từng quốc gia không bao quát nổi lãnh thổ

nước mình.
Theo chiều thẳng đứ
ng thì cùng lắm các loại quan trắc trước vệ tinh cũng chỉ
với tới độ cao vài ba chục cây số, đồng thời cũng chỉ giới hạn ở những mực đẳng áp
nhất định chứ không sao trải khắp được tầng cao lên đến đỉnh tầng khí quyển.
Về thời gian, các quan trắc trước vệ tinh chỉ có thể thám sát được khí quyển
tầng cao theo những kỳ quan trắc cố định trong ngày ho
ặc trong lần quan trắc rời rạc
mà thôi.
Đặc biệt là trước khi vệ tinh ra đời các thiết bị đo cũng bị hạn chế và kéo theo
những hạn chế về các yếu tố và hiện tượng khí tượng trong toàn thể không gian toàn
cầu và thời gian 24/24 giờ trong ngày. Trước khi vệ tinh ra đời, chúng đã không thể có
được, mà trong số đó quan trọng nhất là các thành phần bức xạ mặt trời trong bầu khí
quyển bao la, cái quyết đị
nh diện mạo thời tiết và khí hậu trái đất của chúng ta.
Tất nhiên đối với các lĩnh vực khoa học khác trước khi vệ tinh ra đời cũng có
những hạn chế tương tự trên ba mặt như trên. Ta lướt qua những hạn chế của các quan
trắc khí ttượng tầng cao trước vệ tinh cũng chính là để nói lên những ưu việt của quan
trắc vệ tinh. Chính nhờ những quan trắc vệ tinh mà có thể ở m
ọi lúc, mọi nơi trong khí

11
quyển bao la, từ đại dương xa xôi, từ núi cao rừng rậm cho đến chân mây, chân sóng,
từ những cơn bão hung dữ trên biển khơi đến trận bão cát cuồng phong trên sa mạc
không một bóng người, đâu cũng có con mắt của các nhà khí tượng. Đặc biệt cần nhấn
mạnh là tính “tức thời” của quan trắc vệ tinh, khi mà những hiện tượng thời tiết diễn ra
hết sức mau lẹ và ngắn ngủi đến mức con ng
ười chưa kịp nhận biết thì nó đã qua đi
như một trận dông kèm theo mưa đá ở vùng núi cao không người đến những cơn bão
kéo dài nhiều ngày trên đại dương xa xôi, vệ tinh khí tượng đều có thể nắm bắt được.

Cũng chính vì thế mà chỉ riêng lĩnh vực khí tượng, vệ tinh khí tượng đã giúp ta hạn
chế được đáng kể những thiệt hại và thảm hoạ do thiên nhiên gây ra.

1.2 Vệ tinh ra đời và vệ tinh khí tượng đi vào nghiệp vụ

1.2.1 Vệ tinh ra đời và vệ tinh khí tượng trong giai đoạn thực nghiệm

Hình 1.1 Vệ tinh Sputnik-1 của Liên-xô và Vệ tinh TIROS-1 của Hoa-kỳ [22, (2)]

Ngày 4 tháng 10 năm 1957 Liên-xô cũ đã phóng thành công vệ tinh nhân tạo

đầu tiên trên thế giới mang tên “Sput-nik-1” bằng chính tên lửa của mình đã mở ra
một thời đại mới trong chinh phục không gian vũ trụ của con người. Thế giới bàng
hoàng, khâm phục, bước vào “kỷ nguyên không gian vũ trụ”. Sự kiện này xảy ra đúng
vào Năm Vật lý Địa cầu Quố
c tế (IGY) và 40 năm Cách mạng Tháng 10 Nga, đã mở
ra một trang mới cho ngành Khí tượng thế giới trong nghiên cứu khí quyển toàn cầu.

12
Vệ tinh nhân tạo Sputnik-1 là một quả cầu nhôm 22 insơ với 4 an-ten như các
roi dài trải về phía sau, nặng 183 pao (83,6 kg), bay quanh trái đất ở độ cao 900 km
với 96 phút/1 vòng. Sau 3 tháng bay, đến ngày 4/1/1958 thì nó rơi xuống trái đất.
Chưa đầy 1 tháng sau, Thế giới lúc bấy giờ đang là thời kỳ chiến tranh lạnh,
mọi người còn chưa hết cơn bàng hoàng và khâm phục Sputnik-1, thì ngày 3/11/1958
Liên xô lại phóng vệ tinh nhân tạo Sputnik-2, với trọng lượng tới 1.120 pao (508,3
kg), bay quanh trái đất tới 200 ngày, đặc bi
ệt là mang theo chó Lai-ka lên quỹ đạo và
trở về an toàn.
Chính sự kiện Sputnik-1 đã thúc ép sự ra đời của Cơ quan Hàng không Vũ trụ
Quốc gia (NASA) Hoa kỳ và đẩy nhanh tiến trình nghiên cứu chinh phục không gian
vũ trụ. Cũng nhờ đó mà Mỹ đã phóng vệ tinh khí tượng thực nghiệm đầu tiên vào
tháng 2 năm 1959, nhưng việc xử lý các quan trắc của nó lại không thực hiện được vì
các thiết bị quan trắc khi ấy chư
a được hoàn thiện. Mãi đến ngày 01 tháng 4 năm 1960,
Mỹ lại phóng vệ tinh khác gọi là “TIROS-1”, bắt đầu truyền những ảnh mây cơ bản
nhưng hữu ích về trái đất và vệ tinh TIROS – 1 được xem là vệ tinh khí tượng thực
nghiệm đầu tiên trên thế giới. Thời kỳ thực nghiệm còn kéo dài trong nhiều năm của
hàng loạt các vệ tinh loại TIROS. Tuy lúc bấy giờ ở Mỹ và Liên xô cũ người ta đã viết
những sách giáo khoa dạy cho sinh viên các trường đại học chuyên ngành khí tượng,
nhưng Khí tượng vệ tinh mới ở giai đoạn thực nghiệm, chưa phải nghiệp vụ.

1.2.2 Vệ tinh khí tượng bước vào nghiệp vụ

Cho đến năm 1966 Mỹ phóng vệ tinh quỹ đạo cực nghiệp vụ và vệ tinh địa tĩnh
đầu tiên (ATS-1), vệ tinh khí tượng mới thực sự bắt đầu đi vào nghiệp vụ.
Năm 1969 Liên xô cũ đã phóng vệ tinh METEOR-l-N1 đầu tiên trong một loạt
vệ tinh cực METEOR sau đó. Chính ảnh mây vệ tinh METEOR đã truyền theo chế độ
nghiệp vụ sau này cho nhiều nước sử dụng, trong đó có Việt Nam.
Toàn b
ộ 10 vệ tinh TIROS phóng lên đều mang theo hệ thống máy ảnh viễn
vọng để ghi hình thị phổ ban ngày và ảnh hồng ngoại thụ động vào ban đêm. Loạt vệ
tinh TIROS đã thực hiện được những bước tiến quan trọng, trong đó có việc TIROS-
VIII, năm 1970, trình diễn quá trình truyền ảnh tự động (APT).
Hệ thống APT đã được hoàn thiện trong những năm sáu mươi, từ 1966 đến
1969 v
ới 9 vệ tinh mang tên ESSA-1 đến ESSA-9 (ESSA: Tổng cục Khoa học Môi
trường – tên cơ quan tiền thân của Cơ quan Đại dương và Khí quyển Quốc gia
(NOAA) ngày nay), nhờ đó mà với một máy thu rất đơn giản trên mặt đất cũng có thể
thu được ảnh vệ tinh thời gian thực. APT đã được thừa nhận như là một “sứ giả thiện
chí” vĩ đại nhất của Hoa kỳ, và cũng chính nhờ hệ APT mà nă
m 1970 vệ tinh khí
tượng đã đi vào công tác nghiệp vụ hàng ngày.
Năm 1972 NOAA đã phóng vệ tinh NOAA-2, có thể đo được profile nhiệt độ
thẳng đứng của khí quyển từ không gian, coi như kết thúc kỷ nguyên máy ảnh viễn
vọng để bắt đầu kỷ nguyên đo bức xạ đa kênh độ phân giải cao. Cũng năm này đã có
cuộc họp đầu tiên của Ủy ban phối hợp các v
ệ tinh khí tượng địa tĩnh (CGMS) mà sau
này trở thành Nhóm phối hợp các vệ tinh khí tượng gồm 6 cơ quan chủ quản vệ tinh

13
(Liên xô cũ, Mỹ, Châu Âu, Trung quốc, Nhật bản và Ấ độ), bắt đầu thiết lập các

đường lối chỉ đạo cho hệ thống vệ tinh khí tượng nghiệp vụ toàn cầu sau này.
Năm 1974 vệ tinh khí tượng đồng bộ (SMS-1) của Mỹ đã trở thành vệ tinh địa
tĩnh nghiệp vụ đầu tiên.

1.2.3 Hệ thống vệ tinh khí tượng toàn cầu

Với đường lối của CGMS năm 1972, đến năm 1977, nhằm liên kết mọi cố gắng
để thiết lập một hệ thống toàn cầu, Nhật bản đã phóng vệ tinh địa tĩnh GMS-1 đầu tiên
của mình, từ đó nó đã đảm bảo liên tục bao phủ được khu vực của Nhật bản. Cũng
năm này Châu Âu thông qua Cơ quan Không gian Châu Âu đã bắt đầu phóng vệ tinh
địa tĩnh Meteosat-1, có khả năng quan trắc được hơi nước khí quyển. Như vậy là chỉ
trong vòng 16 năm, kể từ vệ tinh khí tượng thực nghiệm TIROS-1 đầu tiên, một hệ
thống vệ tinh khí tượng nghiệp vụ đã hiện diện trong không gian, cho ta số liệu
nghiệp vụ thời gian thực hầu như phủ kín cả hành tinh của chúng ta.
Năm 1978 Mỹ phóng vệ tinh TIROS-N, đã có thể thám sát được nhi
ệt độ và độ
ẩm khí quyển trên quy mô toàn cầu theo chế độ nghiệp vụ hàng ngày. Cũng trong năm
này với những cố gắng đặc biệt một hệ thống kết hợp hoàn chỉnh các vệ tinh như chòm
sao gồm 5 vệ tinh địa tĩnh và 2 vệ tinh cực đã được đưa lên quỹ đạo cho một Thực
nghiệm toàn cầu đầu tiên (FGGE) của Chương trình nghiên cứu khí quyển toàn cầu
(GARP).
Năm 1981, sau khi Châu Âu phóng v
ệ tinh Meteosat-2 thì hệ thống vệ tinh toàn
cầu đã được thiết lập hoàn toàn với độ bao phủ nghiệp vụ liên tục, chỉ thiếu số liệu vệ
tinh địa tĩnh trên vùng biển Ấn độ.
Mãi đến năm 1994 Nga phóng vệ tinh địa tĩnh nghiệp vụ GOMS-1, còn được
biết đến dưới cái tên là Elektro, thì hệ thống vệ tinh mới hoàn toàn phủ kín Ấn độ
dương.
Cũng nă
m 1994, Mỹ đã phóng vệ tinh nghiệp vụ môi trường địa tĩnh GOES-8

được mô tả là một vệ tinh địa tĩnh thế hệ mới, có thể ghi hình thường xuyên liên tục
và thám sát khí quyển thẳng đứng đồng thời.
Ngày 21 tháng 6 năm 1995 Nhật đã phóng vệ tinh GMS-5, tham gia vào hệ
thống vệ tinh toàn cầu.
Hình1.2 Hệ thống vệ tinh toàn cầu tối thiểu (trái) và hiện tại (phải) [22, (9)]

14
Năm 1998, với những vệ tinh tiên tiến mới TIROS-N từ NOAA-K, Mỹ đã bắt
đầu một hệ thống vệ tinh thám sát khí quyển mới, đã được hoàn thiện với 2 Bộ thám
trắc kế vi sóng tiên tiến (AMSU-A1 và AMSU-A2).
Có thể nói quá trình phát triển của vệ tinh khí tượng để trở thành một hệ thống
vệ tinh khí tượng toàn cầu gắn liền với sự ra đời và phát triển các vệ tinh của Mỹ, Liên
xô cũ (sau này là Nga), Châu Âu và Nhật bản. Nếu người ta coi Hệ thống vệ tinh khí
tượng nghiệp vụ toàn cầu gồm một chòm tối thiểu 5 vệ tinh địa tĩnh đặt trên một mặt
phẳng quanh xích đạo và tối thiểu 2 v
ệ tinh quỹ đạo cận cực thì đến nay hệ thống vệ
tinh khí tượng nghiệp vụ toàn cầu đã vượt xa cả chuẩn tối thiểu (ảnh phải hình 1.2).

Trong 6 quốc gia chủ quản thuộc hệ thống vệ tinh khí tượng toàn cầu có 3 quốc
gia Châu Á (không kể nước Nga) mà ảnh vệ tinh của họ bao trùm khu vực nước ta nên
rất đáng được chúng ta quan tâm tìm hiểu thêm, đó là Trung quốc, Ấn độ và Nhật bản.
Trung quốc, một trong 3 cường quốc đang chinh phục vũ trụ, cũng đã phóng vệ
tinh khí tượng Phong vân (FY) quỹ đạo cực đầu tiên FY-1A vào 7/9/1988, FY-B ngày
3/9/1990. Còn vệ tinh địa tĩnh
đầu tiên FY-2A được phóng vào ngày 10/6/1997, đến
ngày 17 nó đã được đặt vào vị trí 105
0
E, nhưng có vấn đề ở hệ thống ăng-ten nên làm
việc gián đoạn. Ngày 25/6/2000 Trung quốc lại phóng vệ tinh địa tĩnh thứ hai FY-2B,
ngày 1/1/2001 đã đi vào hoạt động nghiệp vụ, phát 3 loại ảnh: thị phổ (0,50 – 1,05ỡm),

hồng ngoại nhiệt (10,5-12,5ỡm) và ảnh hơi nước (6,3-7,6ỡm) dưới dạng số (S-VISSR)
và ảnh (WEFAX). Trung quốc dự định phóng FY-2C vào năm 2004 để thay th
ế FY-
2B.
Ấn độ, thực ra từ tháng 4 năm 1982 đã phóng vệ tinh địa tĩnh INSAT-1A đầu
tiên trong loạt vệ tinh INSAT-1, nhưng là vệ tinh đa chức năng (kết hợp với ngành
viễn thông), và đến tháng 9 đã dừng mọi chức năng. Năm sau, ngày 30 tháng 8 Ấn độ
lại phóng INSAT-1B và từ 15 tháng 10 nó mới bắt đầu hoạt động nghiệp vụ. Nó hoạt
động tốt suốt những năm tám mươ
i cho đến 1993. Tính đến năm 1990 Ấn độ đã phóng
đến vệ tinh INSAT-1D và hoạt động đến 2002 thì ngừng các vệ tinh thế hệ thứ nhất,
thế hệ thứ hai INSAT-2, được phóng từ tháng 7 năm 1992, tiếp tục hoạt động. Thuộc
thế hệ vệ tinh thứ hai Ấn độ còn phóng METSAT (Kalpana-I) vào tháng 9-2002. Ngày
10 tháng 4 năm 2003 Ấn độ đã phóng vệ tinh thế hệ thứ ba INSAT-3, và hiện tại hai
thế hệ vệ tinh METSAT và INSAT-3A
đang tiếp tục hoạt động trên quỹ đạo.
Nhật bản, Trung tâm vệ tinh khí tượng khu vực, có loạt vệ tinh địa tĩnh GMS
hoạt động như một bộ phận của hệ thống vệ tinh khí tượng toàn cầu. Vệ tinh GMS đầu
tiên được phóng tháng 7/1977, đến ngày 6/4/1978 thì bắt đầu cung cấp sản phẩm vệ
tinh nghiệp vụ. Các vệ tinh kế tục GMS-2, 3, 4 và 5 được phóng lần lượt vào tháng
8/1981, tháng 8/1984, tháng 9/1989 và tháng 3/1995. Hai trong 3 nhiệ
m vụ của GMS
liên quan trực tiếp đến số liệu vệ tinh là:
– Quan trắc với bức xạ kế VISSR: + Chụp ảnh bề mặt trái đất và phân bố mây,
quan trắc các hiện tượng khí tượng như bão, xoáy thuận, front và phát hiện mây tro núi
lửa; + Trích xuất tham số khí tượng như nhiệt độ trên bề mặt đại dương và trên đỉnh
mây, độ cao mây, tổng lượng mây, gió của mây di chuyển, tổng lượng hơi nước tầng
cao.

15

– Truyền trực tiếp các ảnh mây: + Truyền phát thời gian thực số liệu ảnh số, S-
VISSR cho người dùng của các trạm ứng dụng số liệu quy mô vừa (MDUS); + Truyền
phát các số liệu ảnh tương tự đã được xử lý WEFAX cho người dùng ở các trạm ứng
dụng quy mô nhỏ (SDUS).
GMS-5 làm việc ở kinh độ 140
0
E trên quỹ đạo địa tĩnh từ 21/6/1995 cho đến
giữa năm 2003, nghĩa là vượt xa vòng đời thiết kế (5 năm) của nó. Mặc dù nó không
còn tiếp tục quan trắc VISSR từ 22/5/2003 khi mà hoạt động sao lưu số liệu từ GOES-
9 đã bắt đầu, GMS-5 đã đều đặn truyền phát WEFAX tạo ra từ các quan trắc của
GOES-9 và chuyển tiếp số liệu cho dàn máy thu thập số liệu (DCP).
Cơ quan khí tượng Nhật b
ản (JMA) hợp tác với NOAA/NESDIS tiến hành sao
lưu số liệu từ GOES-9 từ 22/5/2003 để đảm bảo tiếp tục các quan trắc trái đất trên Tây
Thái Bình Dương. JMA đã không tiếp tục quan trắc bằng GMS-5 mà bắt đầu sử dụng
số liệu GVAR do NOAA/NESDIS thu được từ GOES-9 hoạt động ở 155
0
E trên xích
đạo. Sau đó JMA làm ra các sản phẩm khí tượng như các vec-tơ chuyển động của khí
quyển (AMVs)
từ số liệu GVAR và cung cấp cho người dùng ảnh WEFAX và số liệu S-VISSR được
chuyển đổi từ số liệu GVAR. Qúa trình sao lưu số liệu từ GOES-9 sẽ tiếp tục cho đến
khi vệ tinh MTSAT-1R, thế hệ kế tiếp của GMS-5, bắt đầu hoạt động bình thường.
Các ảnh WEFAX chuyển đổi từ số liệu GVAR được chuyển phát cho trạm
người dùng số liệu quy mô nhỏ (SDUSs) được thông qua GMS-5 ở kinh độ 140
0
E trên
xích đạo. Người dùng ảnh WEFAX có thể thu được các ảnh này bằng các thiết bị hiện
có mà không cần thay đổi gì. Việc phục vụ truyền phát số liệu S-VISSR thông qua
GMS-5 sẽ không liên tục khi mà việc sao chép bắt đầu làm việc. Thay vì chuyển số

liệu S-VISSR qua GMS-5, các file số liệu loại S-VISSR chuyển phát cho các Cơ quan
Khí tượng Thuỷ văn Quốc gia (NMHSs) đã đăng ký với máy chủ của JMA thông qua
Internet/FTP. Hiện tại chỉ có số liệu kênh IR1 (10,5-11,5μm )
được cung cấp, và các
NMHSs đã đăng ký được phép thâm nhập vào máy chủ để lấy số liệu. Các file số liệu
loại S-VISSR sẽ có trên máy chủ sau 10-15 phút khi kết thúc quan trắc từ GOES-9.
Vì vệ tinh địa tĩnh GOES-9 phóng lên từ tháng 5/1995 ở 155
0
E trên Tây Thái
Bình Dương, nên đến nay nó cũng đang có vấn đề như ảnh thị phổ bị nhiễu, song nó
cũng đang cố hoạt động để chờ MTSAT-1R thay thế. Theo thông báo tháng 7/2004 thì
JMA dự định phóng MTSAT-1R vào đầu 2005.

1.3 Bộ môn Khí tượng vệ tinh ở Trung tâm dự báo Khí tượng Thuỷ
văn (KTTV) Trung ương

Tổng cục KTTV Việt Nam trước đây, nay là Trung tâm KTTV Quốc gia, Bộ
Tài nguyên và Môi trường, đã sớm thành lập bộ môn Khí tượng vệ tinh từ năm 1972
trong Phòng Thời tiết Nha Khí tượng cũ. Đến năm 1976 Cục Thuỷ văn thuộc Bộ Thuỷ
lợi cũ sáp nhập với Nha Khí tượng thành Tổng cục KTTV Việt Nam thì nó trở thành
Tổ Vệ tinh, thuộc phòng Nghiên cứu phát triển của Cục Dự báo KTTV và cho đến nay
nó vẫn là mộ
t tổ trong Phòng Nghiên cứu ứng dụng của Trung tâm dự báo KTTV
trung ương.

16
Trong những năm đầu thành lập tổ Vệ tinh chỉ có 5 người, trong đó có 3 người
được đào tạo ở Liên xô cũ. Lúc ấy ở Liên xô cũ cơ sở vật chất và trang bị kỹ thuật cho
đào tạo chuyên gia trong lĩnh vực này cũng còn rất hạn chế, chủ yếu đào tạo đại cương

và thực hành thu ảnh truyền theo nguyên lý tương tự trên phim ảnh bản rộng. Tổ bộ
môn này trong su
ốt những năm 70 đến giữa những năm 80 hầu như không được đầu tư
gì thêm, chỉ gồm có 1 ăng-ten pa-ra-bôn, một máy thu tương tự (analog, cần phải nói
thêm rằng nó được cải tiến từ một máy thu dùng trong quân sự của Liên xô cũ), một số
trang thiêt bị làm ảnh như tráng phim, ghép toạ độ bản đồ lên phim, in ảnh. Sau đó
người ta dựa trên kiến thức sy-nôp, sử dụng phương pháp phân tích hình thái và định
tính các ảnh mây (nephanalysis) để tham gia phân tích và dự báo thời tiết nghiệp vụ
hàng ngày ở Tổ dự báo thời tiết ngắn hạn thuộc Phòng thời tiết. Ảnh vệ tinh lúc ấy do
vệ tinh của Liên xô cũ phát là ảnh vệ tinh METEOR của Liên xô hay vệ tinh TIROS
hoặc NOAA do vệ tinh Liên xô sao lưu từ vệ tinh của Mỹ. Giai đoạn này những ảnh
mây vệ tinh cũng đã có những đóng góp nhất định cho dự báo nghiệp vụ, nh
ất là trong
những tình huống có không khí lạnh, bão và áp thấp nhiệt đới. Đồng thời các cán bộ
khoa học ở Tổ vệ tinh cũng tiến hành nhiều nghiên cứu phân tích thời tiết dựa trên ảnh
mây vệ tinh, làm sáng tỏ những hình thế và cơ chế hoạt động của front lạnh, của áp
thấp nhiệt đới và bão trên vùng biển nước ta.
Đến năm 1986, thông qua Dự án VIE-86, Tổ chức Khí tượng Thế giới
(TCKTTG) giúp ta trang bị đượ
c một máy trạm thu ảnh mây vệ tinh thị phổ độ phân
giải thấp bằng nguyên lý APT. Lúc này ảnh đã được thể hiện trên màn hình máy tính
cá nhân và sau đó có thể truyền xuống tổ dự báo thời tiết hạn ngắn để các dự báo viên
xem và phân tích trong ca dự báo nghiệp vụ.
Mười năm sau đó, khi đất nước ta chuyển sang thời kỳ đổi mới, Nhà nước đã
đầu tư cho ngành một trạm thu mặt đất v
ới máy thu độ phân giải cao, đi vào hoạt động
từ tháng 5/1997, có khả năng thu được tất cả các loại ảnh do vệ tinh địa tĩnh GMS-5
của Nhật bản phát, ảnh mây vệ tinh cực và địa tĩnh của Mỹ (GOES-9) do vệ tinh
GMS-5 sao lưu rồi phát lại. Từ đó đến nay bộ môn khí tượng vệ tinh của ta đã có
nhiều tiến bộ, nắm bắt được những kỹ thuật xử

lý và khai thác sử dụng thông thường
như tổ hợp ảnh mây, tạo ảnh động để theo dõi sự di chuyển của các khí đoàn, của quỹ
đạo bão,…Gần đây nhất ở tổ vệ tinh đã có những nghiên cứu cao hơn như ước lượng
mưa từ các ảnh hồng ngoại nhiệt và hồng ngoại hơi nước. Ngày nay bộ môn vệ tinh
còn truyền ảnh mây sau xử lý cho các Trung tâm dự báo KTTV địa phươ
ng trên toàn
mạng lưới, đã thường xuyên tham gia dự báo nghiệp vụ hàng ngày và đã có những
đóng góp đáng kể vào việc nâng cao chất lượng dự báo thời tiết nghiệp vụ, dự báo bão,
lũ lụt, mưa lớn, không khí lạnh,… góp phần phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai ở nước
ta.

1.4 Các loại vệ tinh

1.4.1 Vệ tinh quỹ đạo cực

Vệ tinh khí tượng được chia ra 2 loại khác nhau nhưng có các mục tiêu bổ sung
cho nhau là vệ tinh cực (quỹ đạo cực) và vệ tinh địa tĩnh. Vệ tinh quỹ đạo cực là vệ

17
tinh bay ở độ cao khoảng 850km, có quỹ dạo gần như song song với các đường kinh
tuyến của trái đất, nghiêng một góc gần 90
0
(như NOAA: 98
0
, METEOR: 99,6
0
, ) so
với mặt phẳng xích đạo và góc nghiêng đó gần như không đổi trong quá trình hoạt
động.

Hình 1.3 Quỹ đạo và độ cao của 2 loại vệ tinh [19]

Tuy chúng được gọi là quỹ đạo cực, nhưng thực chất là cận cực. Vệ tinh NOAA
bay ở độ cao khoảng 850 km với góc nhìn 110,8
0
, quay quanh trái đất 14 vòng mỗi
ngày, mỗi vòng hết 98 đến 102 phút. Khi trái đất quay sang đông ở phía dưới vệ tinh,
mỗi lần qua vệ tinh giám sát một khu vực về phía tây so với lần qua trước. Các dải này
có thể được ghép lại với nhau để tạo thành một bức ảnh của một khu vực rộng lớn với
độ phân giải 1 km. Trong một chu kỳ quay ngày đêm nó có thể quan sát được toàn bộ
trái đất, một nửa vào thời gian ban ngày và một n
ửa vào thời gian ban đêm. Đối với
hầu hết các vệ tinh quỹ đạo cực người ta chọn sao cho nó đồng bộ với mặt trời, nghĩa
là góc nghêng của mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh được giữ không đổi so với mặt phẳng
hoàng đạo suốt thời gian trong năm. Điều này đảm bảo cho vệ tinh bay qua một địa
phương đã cho vào cùng một giờ địa phương m
ỗi ngày. Vệ tinh quỹ đạo cực không
quan sát được thường xuyên liên tục như vệ tinh địa tĩnh, nhưng thiết bị có thể đa dạng
hơn, độ cao gần trái đất hơn nên nó cho ta thông tin chi tiết hơn. Vệ tinh cực có ưu
điểm là chụp trực tiếp được ảnh mây ở phía dưới nó với độ phân giải rất cao nên chúng
cho ta thông tin chi tiết về về mây, về các cơn bão tố hung dữ và những h

ệ thống thời
tiết khắc nghiệt.
Hiện tại các vệ tinh quỹ đạo cực trong hệ thống quan trắc toàn cầu gồm vệ tinh
của 3 quốc gia chủ quản: (1) Nga có loạt vệ tinh METEOR, RESURS, và OKEAN
(OKEAN-4 có đặt ra-đa), trong đó METEOR 3-5 hoạt động từ 1991, METEOR 2-21
hoạt động từ 1993; (2) Hoa kỳ có loạt vệ tinh NOAA, dựa trên hệ thống TIROS-N,
hoạt động từ năm 1978 cho đến nay đã là NOAA-17, hoạt động t
ừ 2002; (3) Trung
quốc có FY-1C, vệ tinh thứ 3 trong loạt vệ tinh quỹ đạo Phong-vân đang hoạt động.
Chúng bay ở độ cao từ 850 đến 900 km.
Cần ghi nhận rằng Nga (trước đây là Liên xô) và Mỹ là hai nước chủ quản các
vệ tinh quỹ đạo cực đầu tiên từ những năm 60 của thế kỷ 20. Hiện trạng của các vệ
tinh quỹ đạo cực còn được cho chi tiết hơn ở bảng 1.1.

8
7
9
km
Quü ®¹o
cùc

879 km
Quü ®¹o vÖ tinh ®Þa tÜnh
36.000 km
Quü ®¹o
vÖ tinh cùc

18

Bảng 1.1 Câc vệ tinh quỹ đạo cực trong CGMS (thống kê đến 26/11/2003)
Loại quỹ
đạo
& thời gian
qua xích
đạo
Vệ tinh & chế
độ hoạt
động(*)

Cơ quan
quản lý
Gìơ cắt qua
(A lên bắc D
xuống Nam)
/
Độ cao
Ngày
phóng
Hiện trạng
NOAA-17 (Op) USA/NOAA 10:17 (D)
812 km
6/02 Theo chức năng
(CN)

NOAA-15 (B) USA/NOAA 07:04 (D)
810 km
05/98 CN;(có vấn đề với
AVHRR + HIRS)

NOAA-12 (L) USA/NOAA 04:47 (D)
808 km
05/91 CN (không kể viễn
thám)

DMSP-F15 (Op) USA/NOAA 21:31 (A)
850 km
12/99 Vệ tinh quân sự
(có thể dùng cho
dân sự qua NOAA)

DMSP-F14 (B) USA/NOAA 20:14 (A)
852 km
04/97 Vệ tinh quân sự
(có thể dùng cho
dân sự qua NOAA)

DMSP-F12 (L) USA/NOAA 18:56 (A)
850 km
8/94 Vệ tinh quân sự
(phi nghiệp vụ)
RESURS-01-N4
(P)

Russia 09:30 (A)
835 km
7/98 Tạm thời không
hoạt động
METEOR-3M-N1
(P)

Russia 9:15 10/12/01 CN (chỉ làm việc
đến hết 2002)
ERS-1 (R) ESA 10:30 (D)
785 km
07/91 đã thay bằng ERS-
2 vào năm 2000
ERS-1 (R) ESA 10:30 (D)
785 km
04/95 Có vấn dề từ 6/03
Envisat (R) ESA 10:00 (D)
800 km
03/02

Đồng bộ mặt
trời
“Buổi sáng”
(06:00 – 12:00)

(18:00 – 24:00)
PROBA (R)
ESA 10:30 (A)
615 km
10/01 Quỹ đạo trôi. Thử
nghiệm công nghệ
2003
NOAA-16 (Op) USA/NOAA 13:53 (A)
851 km
09/00 CN. Không có
APT

NOAA-14 (B) USA/NOAA 18:07 (A)
847 km
12/94 CN. Một OBP
không phải chức
năng

Đồng bộ mặt
trời
“Buổi chiều”
(12:00 –16:00)

(00:00 – 04:00)
NOAA-11 (L) USA/NOAA 22:42 (A)
843 km
09/88 CN. Số liệu thiết bị
SBUV bị hạn chế
Đồng bộ mặt
trời
“Buổi sáng
sớm”
(04:00 – 06:00)

(16:00 – 18:00)
DMSP-F13 (Op) USA/NOAA 18:18 (A)
850 km
03/95 Vệ tinh quân sự
(có thể dùng cho
dân sự qua NOAA)
FY-1D (Op) China 08:40 (D)
873 km

15/05/02 CN
. CHRPT

Đồng bộ mặt
trời
“Buổi sáng”

FY-1C (B) China 07:36 (D)
866 km
05/99 CN
CHRPT

Không đồng bộ
mặt trời hay
quỹ đạo
vô định
METEOR 3-N5
(Op)

Russia 1200 km 08/91 CN( ảnh thị phổ
truyền qua APT)

(*) P-tiền nghiệp vụ, Op-nghiệp vụ, B- sao lưu, L- có hạn chế, R-nghiên cứu.

19

Do việc hiện nay Ngành KTTV nước ta đang thu số liệu từ các vệ tinh NOAA-
15, NOAA-16 và NOAA-17 của Hoa kỳ nên ta tìm hiểu thêm về các vệ tinh này.
Chúng đều có các loại thiết bị ghi hình (Imager) và thám trắc kế (sounder) khí quyển
thẳng đứng, trong đó đáng chú ý là bức xạ kế độ phân giải rất cao AVHRR, các bộ

thám trắc kế tiên tiến AMSU-A (-A1, -A2), AMSU-B thám sát khí quyển thẳng đứng
tiên tiến và thám trắc kế bức xạ hồng ngoại độ phân giải cao (HIRS). Sả
n phẩm được
sử dụng rộng rãi là các ảnh mây vệ tinh độ phân giải cao được ghi hình trên 6 kênh
dưới đây:
– Kênh 1: kênh phổ điện từ #1, 0,58-0,68ỡm;
– Kênh 2: kênh phổ điện từ #2, 0,725-1,0ỡm;
– Kênh 3A: kênh phổ điện từ #3A, 1.58-1.64ỡm;
– Kênh 3B: kênh phổ điện từ #3B, 3,55-3,93ỡm;
– Kênh 4: kênh phổ điện từ #4, 10,3-11,3ỡm;
– Kênh 5: kênh phổ điện từ #5, 11,5-12,5ỡm.
1.4.2 Vệ tinh địa tĩnh
Bảng 1.2 Câc vệ tinh địa tĩnh trong CGMS (thống kê đến 26/11/2003)
Khu vực
hình quạt
Vệ tinh
Chế độ hoạt động
(Op-nghiệp vụ; P-
tiền nghiệp vụ; B-
sao lưu; L-hạn
chế
Cơ quan điều
hành
Vị trí Ngày
phóng
Hiện trạng
GOES-10 (Op) USA/NOAA 135°W 04/97
Nghịch đảo, tia mặt
trời gần nhất
Đông TBD

(180
0
W-108
0
W)
GOES-8 (L) USA/NOAA 147,6°W 04/94
Trôi về tây
1,06°/ngày; sao lưu
sang GOES-9
GOES-11 (B) USA/NOAA 105°W 05/00
Trên quỹ đạo sao lưu
có thể 48 h
TÂY ĐTD
(108°W-
36°W)
GOES-12 (Op) USA/NOAA 75°W 07/01
CN đầy đủ
METEOSAT-6
(B)
EUMETSAT 10°E 11/93
Quét nhanh (RSS)

METEOSAT-7
(Op)
EUMETSAT 0° 02/97
CN
Đông ĐTD

(36°W-36°E)
MSG-1 (P)

(METEOSAT-8
when Op)
EUMETSAT 10.5°W 28/08/02
Giai đoạn uỷ nhiệm
METEOSAT-5
(Op)

EUMETSAT 63°E 03/91
IODC, CN nhưng
kiểu độ nghiêng lớn
GOMS-N1 (B) RUSSIA 76°E 11/94 Dự phòng từ 9/98
FY-2B (Op, L) CHINA
105°E
06/00 Quét bán cầu từ
6/03. Không truyền
ảnh khi khuất tối
FY-2A (B, L) CHINA
86,5°E
06/97

Ấn độ
dương
(36°E-
108°E)
INSAT II-B (B) INDIA 111,5°E 07/93 Không có ảnh IR

20
INSAT II-E (Op) INDIA 83°E 04/99 3 kênh VHRR không
dùng
INSAT III-C INDIA 74°E 24/01/02 Không có WEFAX

Kalpana-1
(METSAT) (Op)

INDIA 74°E 12/09/02 Vệ tinh khí tượng
chuyên dụng
INSAT III-A (Op) INDIA 93,5°E 10/04/03 3 kênh VHRR và
CCD có thể sử dụng
GOES-9 (Op) USA/NOAA 155°E 05/95
Hiện giờ cung cấp số
liệu cho Nhật bản
Tây TBD

(108°-180°E)

GMS-5 (B) JAPAN 140° E 03/95
Sao lưu số liệu từ
GOES-9 từ 22/5/
2003

Vệ tinh địa tĩnh hoạt động trong vành đai xích đạo ở độ cao khoảng 38.500 km
trên một điểm cố định so với bề mặt trái đất, với góc nhìn khoảng 17,4
0
, có cùng tốc
độ quay của trái đất mỗi vòng trong một ngày đêm, nghĩa là đồng bộ với địa cầu, làm
cho nó như là tĩnh tại bên trên một điểm cố định ở đường xích đạo. Điều đó cho phép
chúng quan sát liên tục thời tiết từ 70 độ vĩ bắc đến 70 độ vĩ nam, nghĩa là 1/4 diện
tích của toàn địa cầu. Do tính chất tĩnh tại trên một điểm c
ố định nên chúng có thể
quan sát thời tiết trên một vùng cố định trong suốt ngày đêm, cứ 30 phút một quan sát
bức xạ thị phổ và bức xạ hồng ngoại với độ phân giải 5 km. Vệ tinh địa tĩnh đo đạc

theo thời gian thực, nghĩa là chúng truyền các ảnh về hệ thống thu nhận ở mặt đất ngay
khi máy ghi hình ghi được hình. Sự liên tiếp các ảnh từ những vệ tinh này có thể hiệ
n
lên màn hình liên tiếp, tạo ra ảnh động, cho ta biết sự di chuyển của mây, cho phép các
dự báo viên theo dõi được sự tiến triển của các hệ thống thời tiết lớn như front, các cơn
dông và bão. Dựa vào sự di chuyển của mây ta còn có thể xác định được hướng và tốc
độ gió. Điều quan trọng và lý thú nhất đối với dự báo viên thời tiết là vẽ ra và giám sát
được cường độ và quỹ đạo bão gần sát với thờ
i gian thực.
Bảng 1.3 So sánh khả năng của 2 loại vệ tinh
GEO LEO
Quan trắc chính quá trình (chuyển
động và mục tiêu đúng lúc)
Quan trắc hiệu ứng của quá trình
Lặp lại phủ sóng trong cỡ phút
(∆t=30 phút)
Lặp lại phủ sóng 2 lần/ngày đêm (∆t=12 giờ)
Chỉ có hình đĩa toàn phần của
trái đất
Phủ toàn cầu
Quan sát nhiệt đới tốt nhất Quan sát các cực tốt nhất
Cùng một góc quan sát Góc quan sát thay đổi
Khác độ rọi mặt trời Như độ rọi mặt trời
Ảnh thị phổ,hồng ngoại (phân
giải 1, 4 km)
Ảnh thị phổ,hồng ngoại (phân giải 1, 1 km)
Một băng thị phổ Đa băng thị phổ
Chỉ có thám sát hồng ngoại (phân
giải 8km)
Thám sát IR và vi sóng (17, 50 km)

Nhiễu 0,5 mW/ster/m
2
/cm
-1
(vài phần mười độ)
Nhiễu 0,5 mW/ster/m
2
/cm
-1
(vài phần mười độ)
Quan sát mây từ điểm cố định Quan sát mây từ vi sóng
Bức xạ kế có bộ lọc Bức xạ có bộ lọc, giao thoa kế và phổ quang kế
con cách (grating spectrometer)

21
Hiện tại các vệ tinh địa tĩnh trong hệ quan trắc toàn cầu gồm các vệ tinh của
Châu Âu hoạt động ở kinh độ 0
0
và 63
0
E (EUMETSAT), của Nga hoạt động ở 76
0
E,
của Trung quốc hoạt động ở 105
0
E, của Nhật bản hoạt động ở 140
0
E, và các vệ tinh
của Mỹ hoạt động ở 135
0

W và 75
0
W. Hiện trạng của vệ tinh địa tĩnh được cho chi tiết
hơn ở bảng 1.2. Ngoài ra để hiểu rõ hơn về đặc điểm của 2 loại vệ tinh trên ở bảng 1.3
còn dẫn ra sự so sánh các khả năng giữa chúng.
Các tham số quỹ đạo (độ cao, góc nghiêng, ) của 2 loại vệ tinh nói trên không
phải lựa chọn một cách tuỳ tiện mà được xác định theo những yếu cầu quan trắc, cơ
học quỹ đạo và những cân nhắc về kỹ thuật. Tất nhiên những dạng quỹ đạo khác nữa
về mặt lý thuyết là có thể nhưng việc sử dụng sẽ bị hạn chế hơn và còn chưa được thực
hiện. Vệ tinh cực mang theo nhiều thiết bị quan trắc khác nhau, còn vệ tinh địa tĩnh
trước 1998 hầu hết chỉ mang theo có một bức xạ kế để
ghi hình mây và các điều kiện
khí quyển. Từ 1998 trở đi các vệ tinh mang theo nhiều thiết bị quan trắc hơn, ít nhất là
3 kênh “tiêu chuẩn” thị phổ, hơi nước và hồng ngoại, tương ứng ở quanh 0,7, 6,7 và
11ỡm. Từ năm 1999, như GOES-8 (Hoa kỳ), MTSAT-1 (Nhật bản) còn có thêm 1
kênh hồng ngoại thứ 2 (IR-2) và 1 kênh cận hồng ngoại (NIR) ở 3.7ỡm. Riêng vệ tinh
GOES-8 trở đi còn mang theo thám trắc kế (radiosounder) với 19 kênh, dùng để thám
sát khí quyể
n theo chiều thẳng đứng. Còn vệ tinh thế hệ 2 của Châu Âu có tới 12 kênh
ghi hình, 11 kênh trong số đó có thể ghi hình đĩa mây toàn phần địa cầu 15 phút một
lần.

Do việc hiện nay ta đang thu số liệu vệ tinh địa tĩnh GMS-5 của Nhật bản và vệ
tinh GOES-9 của Hoa kỳ do GMS sao chép nên ta tìm hiểu thêm về chúng. Vệ tinh địa
tĩnh GMS-5 được phóng lên quỹ đạo từ 18/03/1995, nhưng mãi đến ngày 13/06/1995
nó mới cung cấp bức ảnh đầu tiên. Ảnh mây vệ tinh GMS được ghi hình trên 4 kênh
(thị phổ: 0,55 – 0,90 ỡm, hồng ngoại nhiệt 1 (IR1): 10,5-11,5ỡm, hồng ngoại nhiệt 2
(IR2): 11,5-12,5ỡm, hồng ngoại hơi nướ
c (IR3): 6,5-7,0ỡm). Vì việc phóng vệ tinh
MTSAT của Nhật bản bị trục trặc kỹ thuật nên từ 22/05/2003 GMS sao chép số liệu từ

vệ tinh GOES-9 của Hoa kỳ ở 155
0
Đông. Vệ tinh GOES-9 cũng có những máy cảm
biến ghi hình và thám sát khí quyển thẳng đứng tiên tiến, trong đó ảnh mây sao chép từ
GOES-9 được GMS phát trên các kênh:
– Kênh 1: thị phổ, 0,55-0,75ỡm;
– Kênh 2: cận hồng ngoại, 3,8-4,0ỡm;
– Kênh 3: hồng ngoại nhiệt IR3, 6,5-7,0ỡm;
– Kênh 4: hồng ngoại nhiệt IR1, 10,2-11,2ỡm;
– Kênh 5: hồng ngoại nhiệt IR2, 11,5-12,5ỡm.

1.5 Các thiết bị cảm biến từ xa chủ yếu của vệ tinh khí tượng

1.5.1 Các loại cảm biến của vệ tinh cực và vệ tinh địa tĩnh

Các thiết bị đo năng lượng bức xạ điện từ đặt trên vệ tinh khí tượng được gọi
chung là bức xạ kế (radiometers). Chúng được chia ra 2 loại: ghi hình (imager) và
thám trắc thẳng đứng (sounder). “Thám trắc kế” (sounder) là tên ngắn gọn của cụm từ
“Thám trắc kế khí quyển thẳng đứng” (Vertical Atmosphere Sounder). Mỗi một vệ
tinh trong hệ thống quan trắc vệ tinh khí tượng nghiệp vụ toàn cầu có tối thiểu m
ột

22
thiết bị bức xạ kế ghi hình đa phổ (a multispectral imaging radiometer), gồm thị phổ,
hồng ngoại nhiệt và hồng ngoại hơi nước.
Thuật ngữ “Sounder” ở đây không hề liên quan gì với sóng âm mà đó là thiết bị
thám trắc, đo bức xạ hồng ngoại của đối tượng. Nó nhận diện các thành phần khí
quyển dựa trên việc nhận biết sự hiện diện các đường phổ quan h
ệ với một phân tử khí
đặc thù. Thí dụ, bộ cảm biến TOVS (TIROS Operational Vertical Sounder) gồm 3

thiết bị độc lập: thám trắc kế bức xạ hồng ngoại độ phân giải cao 2 (HIRS/2, có 20
kênh), tổ (khối) máy thám trắc kế vi sóng (MSU, có 4 kênh) và tổ máy thám trắc khí
quyển bình lưu (SSU).
Vệ tinh quỹ đạo cực có 3 loại bức xạ kế: (1) Bức xạ kế thị phổ và hồng ngoại
(Visible & Infrared Radiometers) là thiết bị ghi hình đối t
ượng bằng đo phản xạ thị
phổ và phát xạ hồng ngoại, như bức xạ kế độ phân giải rất cao tiên tiến (AVHRR), (2)
Thám trắc kế nhiệt ẩm khí quyển (Atmospheric Temperature and Humidity Sounders)
là thiết bị viễn thám theo chiều thẳng đứng của khí quyển gồm thám trắc kế bức xạ
hồng ngoại độ phân giải cao (HIRS) và bộ thám trắc vi sóng tiên tiến (AMSU), (3) Tán
xạ kế (Scatterometer) là thiết bị đo t
ốc độ và hướng gió.
Vệ tinh địa tĩnh có 2 loại bức xạ kế: (1) Bức xạ kế thị phổ và hồng ngoại, như
bức xạ kế quét quay thị phổ và hồng ngoại (VISSR), (2) Thám trắc kế hồng ngoại
(Infrared Sounder). Ta sẽ không đi sâu mà chỉ tìm hiểu sơ lược về 2 loại thiết bị đo
bức xạ điện từ: thiết bị ghi hình (Imagers) và thiết bị
thám trắc kế (thám sát thẳng
đứng- sounders).

1.5.2 Thiết bị ghi hình quét quay thị phổ và hồng ngoại VISSR

VISSR là một loại cảm biến quang học thụ động gồm kính quang viễn vọng
được gắn với gương quét, gương phản xạ, các thấu kính quang học và các đầu dò tách
sóng thị phổ và hồng ngoại để chuyển đổi cường độ ánh sáng quan trắc được thành
dòng điện. Nguyên lý quét ảnh của VISSR tương đối phổ biến, được sử dụng trong vệ
tinh GMS-5 của Nhật bản và FY-2 của Trung quốc, ngoài ra nó còn t
ương đồng với
các bộ cảm biến ghi hình của những vệ tinh khác, nên ta tìm hiểu kỹ một chút để hiểu
rõ được nguyên lý cơ bản của thiết bị quan trắc vệ tinh.

VISSR của GMS-5 có 4 dải phổ gồm 1 băng thị phổ, 2 băng hồng ngoại nhiệt
và 1 băng hồng ngoại hơi nước. Việc ghi hình được thực hiện đồng bộ với chuyển
động quay của GMS ở
tốc độ quay 100 vòng/phút. Trong khi vệ tinh quay một vòng
thì VISSR quét từ tây sang đông được 1 dòng rộng 140ỡrad trên bề mặt trái đất. Sau
mỗi dòng quét ống kính viễn vọng lại dịch chuyển một bước gương quét 0,004 độ (70
ỡrad/một bước quay) dọc theo phương bắc-nam, sẽ cho ta những thay đổi của góc
phản xạ để thực hiện phép quét từ bắc xuống nam. Như thế phải mất 25 phút để được
mộ
t hình đĩa mây tròn đầy với 2500 dòng quét của dải thị phổ và hồng ngoại. Trường
tầm nhìn tức thời của VISSR là khoảng 5km đối với ảnh IR và 1,25km đối với ảnh
VIS tại cận điểm vệ tinh (sub-satellite point). Những số liệu từ các thiết bị đo bức xạ
đó được phát về trái đất, sau đó nhờ có máy tính người ta xử lý, tạo ra các bức ảnh thị
phổ và hồ
ng ngoại.

23

Các ảnh thị phổ cho ta hình ảnh giống như những gì ta nhìn thấy bằng mắt
thường, vì vậy nó đòi hỏi phải quan trắc vào thời gian ban ngày. Còn ảnh hồng ngoại
thì phụ thuộc vào tổng lượng bức xạ do chính đối tượng mà ta quan trắc phát ra, nên ta
có thể quan trắc được cả vào thời gian ban đêm. Như vậy nhờ thiết bị ghi hình trên mà
ta có thể theo dõi được các hệ thống thời tiết trong suốt ngày đêm.

1.5.3 Thiết bị viễn thám khí quyển thẳng đứng

Thám trắc kế khí quyển thẳng đứng quan trắc và cung cấp cho ta profile thẳng
đứng của nhiệt độ, áp suất, hơi nước và các khí vạch tới hạn trong khí quyển trái đất.
Các profile khí vạch như đi-ô-xit các-bon hay ô-zôn là rất quan trọng đối với những
nghiên cứu khí hậu, còn các yếu tố nhiệt, ẩm, áp thì đặc biệt quan trọng đối với việc
theo dõi và dự báo thời tiết hàng ngày. Nó có thể trích xuất số liệu cho 40 mực khí áp
t
ừ 1000mb đến mực 0,1mb.
Thám trắc kế được cấu tạo thành một phổ kế dạng chuỗi tích hợp, cùng một lúc
làm việc trên nhiều kênh với những dải phổ rất hẹp, như AIRS là phổ kế độ phân giải
cao với độ bao phủ gần 2400 băng tần ở dải hồng ngoại và thị phổ:3,7-15ỡm và 0,4-
1,0ỡm.
Để xác định được nhiệt độ hay độ
ẩm tại một độ cao cụ thể (hay mực áp suất),
thám trắc kế thu tín hiệu từ nhiều dải phổ rất hẹp khác nhau, quy về các hàm trọng
lượng đã được xác định trước cho từng dải phổ dựa trên những quan trắc trước đó, sau
đó sử dụng chúng để đối chiếu và tính ra profile nhiệt độ hay độ ẩm tương ứng [9].
Những số liệu thám sát thẳng đứng c
ủa vệ tinh được nghiên cứu xử lý bằng
cách so sánh với những quan trắc bề mặt và vô tuyến thám không, xác định mối quan
hệ giữa chúng cũng như sai số hệ thống của số liệu vệ tinh, làm cơ sở cho những xử lý
số liệu thám sát thẳng đứng nghiệp vụ hàng ngày. Trên hình 1.5 là mô tả hình học quét

của thám trắc kế AIRS của NASA (Hoa kỳ).

24

Hình 1.5 Mô tả hình học quét của AIRS [9]

1.6 Hệ thống thu nhận số liệu

1.6.1 Bộ phận mặt đất

Bộ phận mặt đất của thành phần hệ quan trắc toàn cầu từ không gian phải đảm
bảo thu nhận tín hiệu và số liệu từ các vệ tinh nghiệp vụ và hoặc xử lý, tạo khuôn dạng

và hiện lên màn hình đầy đủ ý nghĩa những thông tin quan trắc môi trường với quan
điểm sẽ phân phối chúng ở dạng thuận tiện nhất cho người dùng địa phương hoặc qua
hệ viễn thông toàn cầ
u nếu có yêu cầu.
Số liệu vệ tinh toàn cầu được quy định cho phân tích và dự báo các quá trình
khí quyển quy mô hành tinh. Những thông tin định lượng từ số liệu vệ tinh được đưa
vào các mô hình dự báo số trị quy mô lớn. Chúng được thu và xử lý ở các trung tâm
lớn bởi chính các nước chủ quản vệ tinh. Những số liệu có được đó, như gió mây,
nhiệt độ mặt biển và profile nhiệt độ khí quyển được truyền phát qua Hệ
thống viễn
thông toàn cầu (GTS) của TCKTTG (WMO).
Ở mức khu vực hay quốc gia, việc thu nhận trực tiếp các ảnh mây là rất quan
trọng. Chúng được thực hiện nhờ các trạm thu và xử lý có độ phức tạp, tinh tế và chi
phí khác nhau.
Quy mô khu vực cần những phương tiện có thể nhận và xử lý tín hiệu số liệu
thu thập từ Hệ thống thu thập số liệu khi tiếp được tín hiệu từ 2 lo
ại vệ tinh địa tĩnh và
quỹ đạo cực.
Ở quy mô quốc gia, mọi thành viên của Tổ chức Khí tượng thế giới đều phải cố
gắng để thiết lập trên lãnh thổ của mình tối thiểu một trạm người dùng với phương tiện
thích hợp để thu ảnh mây độ phân giải đầy đủ từ vệ tinh địa tĩnh thích hợp và cũng tối
thiểu m
ột trạm để thu nhận ảnh độ phân giải cao từ một vệ tinh quỹ đạo cực.

25

1.6.2 Truyền nhận và format số liệu

1)
Truyền nhận gián tiếp

Số liệu vệ tinh quy mô toàn cầu dùng để phân tích và dự báo các quá trình khí
quyển quy mô lớn cỡ hành tinh. Thông tin định lượng nhằm vào sự cần thiết cho đầu
vào các mô hình số với các quá trình khí quyển quy mô lớn. Loại thông tin này được
thu bình thường và được phân phối bởi các trạm mặt đất thu và xử lý chính của bản
thân những người điều hành vệ tinh. Số liệu vệ tinh quan trắc được như gió mây, nhiệt
độ mặt biển và prô-phin nhiệt
độ khí quyển được truyền qua Hệ viễn thông toàn cầu
của TCKTTG.
2) Truyền nhận trực tiếp

Dịch vụ truyền trực tiếp là các vệ tinh khí tượng nào đó truyền các sản phẩm
và số liệu từ cảm biến kế vệ tinh theo chế độ thời gian thực và cận thực cho các trạm
thu ở mặt đất trong phạm vi tiếp nhận của vệ tinh.
Ở mức quốc gia và khu vực thì việc nhận trực tiếp ảnh mây là rất quan trọng.
Để thoả mãn yêu cầu củ
a khu vực nhiều thiết bị nhận đã được thiết lập bởi các thành
viên của TCKTTG. Các thiết bị này có thể nhận ảnh với độ phân giải đầy đủ từ các vệ
tinh địa tĩnh môi trường cũng như các ảnh độ phân giải cao và số liệu thám sát từ vệ
tinh quỹ đạo cực. Chúng cũng có thể nhận và xử lý các tín hiệu thu thập số liệu từ Hệ
thu th
ập số liệu được tiếp âm bởi cả hai loại vệ tinh. Sự sắp xếp khu vực được thực
hiện để phân phối thông tin như số liệu thám sát dộ phân giải cao từ vệ tinh quỹ đạo
cực và số liệu gió dựa trên sự chuyển động của mây từ các vệ tinh địa tĩnh, đủ rộng để
đảm bảo việc sử dụng chúng trong các mô hình phân tích và dự báo khu vực.
Hi
ện nay có 5 loại số liệu được truyền trực tiếp là:
1) Số liệu độ phân giải thấp từ các vệ tinh cực (APT / LRPT).
2) Số liệu độ phân giải thấp từ các vệ tinh địa tĩnh (WEFAX / LRIT).
3) Số liệu độ phân giải cao từ vệ tinh cực (HRPT).

4) Số liệu độ phân giải cao từ vệ tinh địa tĩnh (HRIT).
5) Phân bổ (bổ sung) số liệu Khí tượng từ các vệ tinh địa t
ĩnh (MDD).
Truyền nhận trực tiếp từ vệ tinh quỹ đạo cực (APT, LRPT, HRPT) chỉ cung cấp các
số liệu từ cảm biến kế, còn truyền nhận trực tiếp từ vệ tinh địa tĩnh (WEFAX, LRIT,
HRIT, MDD) thì cung cấp cả các sản phẩm bổ sung và số liệu khí tượng cũng như số
liệu từ các cảm biến kế.

3)
Format số liệu ảnh

TCKTTG hướng dẫn chung 2 năm một lần thông qua các thành viên và những
người dùng khác có liên quan với tình hình về yêu cầu nhận ảnh vệ tinh khí tượng
trong các khu vực của TCKTTG. Các kết quả được phân loại ra 4 cấp: nhận số liệu độ
phân giải thấp vệ tinh quỹ đạo cực từ truyền ảnh tự động (APT); nhận từ vệ tinh quỹ
1.1.2 Những hạn chế của hệ quan trắc trước vệ tinh 101.2 Vệ tinh sinh ra và vệ tinh khí tượng đi vào nhiệm vụ 111.2.1 Vệ tinh sinh ra và vệ tinh khí tượng trong tiến trình thực nghiệm 111.2.2 Vệ tinh khí tượng bước vào nhiệm vụ 121.2.3 Hệ thống vệ tinh khí tượng toàn thế giới 131.3 Bộ môn Khí tượng vệ tinh ở Trung tâm dự báo Khí tượng Thuỷ văn ( KTTV ) Trung ương151. 4 Các loại vệ tinh 161.4.1 Vệ tinh quỹ đạo cực 161.4.2 Vệ tinh địa tĩnh 191.5 Các thiết bị cảm ứng từ xa hầu hết của vệ tinh khí tượng 211.5.1 Các loại cảm ứng của vệ tinh cực và vệ tinh địa tĩnh 211.5.2 Thiết bị ghi hình quét quay thị phổ và hồng ngoại VISSR 221.5.3 Thiết bị viễn thám khí quyển thẳng đứng 231.6 Hệ thống thu nhận số liệu 241.6.1 Bộ phận mặt đất 241.6.2 Truyền nhận và format số liệu 251.7 Các nghành ứng dụng của vệ tinh khí tượng 27CH ƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VỆ TINH KHÍ TƯỢNG 292.1 Bức xạ và những định nghĩa về bức xạ mặt trời 292.1.1 Thành phần khí quyển toàn cầu và phổ bức xạ mặt trời 292.1.2 Bức xạ sóng điện từ và những định nghĩa về bức xạ 302.2 Các thành phần bức xạ 322.2.1 Truyền xạ 332.2.2 Tán xạ 332.2.3 Hấp thụ 352.2.4 Phản xạ 362.3 Phát xạ 402.4 Khả năng phát xạ 422.4.1 Khả năng phát xạ của vật thể 422.4.2 Định luật Planck và nhiệt độ chói 432.4.3 Khả năng phát xạ của mây 442.5 Cân bằng bức xạ vào – ra trong mạng lưới hệ thống khí quyển và toàn cầu 462.6 Cơ sở toán – lý 472.6.1 Định luật vạn vật mê hoặc của Newton 472.6.2 Định luật hoạt động Kepler 472.7 Nguyên tắc quan trắc vệ tinh từ khoảng trống 482.7.1 Đo thụ động và đo dữ thế chủ động 482.7.2 Các dải phổ điện từ trong viễn thám 492.7.3 Nguyên tắc dựa vào tương tác của 3 thành phần bức xạ 512.7.4 Nguyên tắc dựa vào đặc trưng phổ điện từ của đối tượng người dùng đo 522.8 Các kênh vệ tinh quan hệ với dải phổ 532.8.1 Sự độc lạ giữa nguồn năng lượng dải phổ mặt trời và toàn cầu 532.8.2 Các hành lang cửa số của khí quyển 542.8.3 Các kênh và ảnh vệ tinh 56CH ƯƠNG 3. PHÂN TÍCH ẢNH MÂY VỆ TINH 663.1 Phân tích cơ bản đặc thù đa phần của từng loại ảnh mây vệ tinh 663.1.1 Ảnh viễn thám vệ tinh và khái niệm nghiên cứu và phân tích ảnh 663.1.2 Các ảnh thị phổ ( VIS ) 683.1.3 Các ảnh hồng ngoại ( IR ) 693.1.4 Ảnh hồng ngoại tăng cường màu 713.1.5 Các ảnh hơi nước ( WV ) 723.2 Những kỹ năng và kiến thức cơ bản về tăng cường độ nét ảnh mây vệ tinh 733.2.1 Sự thiết yếu phải tăng cường độ nét ảnh mây vệ tinh 733.2.2 Tăng cường ảnh mây vệ tinh hồng ngoại nhiệt 743.3 Ước lượng nhiệt độ đối tượng người dùng quan trắc bằng ảnh hồng ngoại 803.3.1 Nguyên tắc ước đạt nhiệt độ từ số liệu ảnh hồng ngoại 803.3.2 Ước lượng nhiệt độ từ số liệu ảnh hồng ngoại của vệ tinh GOES 813.3.3 Ước lượng nhiệt độ mặt phẳng biển từ số liệu AVHRR 833.3.4 Ước lượng nhiệt độ mặt nước biển từ số liệu VISSR 843.4 Kỹ thuật ảnh động 863.5 Nhận biết loại mây trên ảnh mây vệ tinh 863.5.1 Mây và phân loại mây 873.5.2 Nhận biết mây trên cơ sở những ước đạt và so sánh 893.5.3 Những điểm cơ bản về nhận biết mây dạng tích và dạng tầng 903.5.4. Nhận biết mây tầng cao Ci, Cs và Cc 923.5.5 Nhận biết mây đối lưu vũ tích ( Cb ) 933.5.6 Nhận biết mây tầng trung 953.5.7 Nhận biết mây thấp 953.5.8. Phân loại mây tự động hóa 983.6 Phân biệt mây Stratus và sương mù 993.6.1. Phân biệt sương mù và mây Stratus dựa vào những ảnh hồng ngoại liên tục 993.6.2 Nhận biết sương mù bằng tổng hợp kênh 101CH ƯƠNG4. ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH THỜI TIẾT NHIỆT ĐỚI 1034.1 Phân tích front 1034.1.1 Một số kiến thức và kỹ năng chung về front lạnh 1034.1.2 Nhận biết mạng lưới hệ thống mây front lạnh 1084.1.3 Phân tích những quy trình tiến độ của front lạnh trên khu vực nước ta 1104.1.4 Chỉ dẫn về sử dụng ảnh mây vệ tinh trong nghiên cứu và phân tích front lạnh 1124.2 Phân tích dải quy tụ nhiệt đới gió mùa 1134.2.1 Đại cương về dải quy tụ nhiệt đới gió mùa ( ITCZ ) 1134.2.2 ITCZ trên khu vực nước ta 1144.3. Phân tích áp thấp nhiệt đới gió mùa và bão 1164.3.1 Đại cương về xoáy thuận nhiệt đới gió mùa ( XTNĐ ) và bão 1164.3.2 Những bước văn minh trong thám sát XTNĐ và bão bằng vệ tinh 1194.3.3 Sự phát sinh và tăng trưởng của ATNĐ và bão qua ảnh mây vệ tinh 1204.3.4 Theo dõi và phát hiện sự phát sinh XTNĐ bằng ảnh mây vệ tinh 1224.3.5 Đặc điểm dải mây bão trên ảnh vệ tinh 1234.4 Ứng dụng thông tin vệ tinh nghiên cứu và phân tích đối lưu 1254.4.1 Đại cương về đối lưu 1254.4.2 Đối lưu trên biển 1254.4.4 Phân tích những đặc trưng đối lưu 1284.4.5 Một vài giải pháp khác trong nghiên cứu và phân tích mây dông 1334.5 Sử dụng thông tin vệ tinh trong nghiên cứu và phân tích ước đạt mưa 1344.5.1 Về thông tin vệ tinh cho nghiên cứu và phân tích và ước đạt mưa 1344.5.2. Phương pháp ước đạt mưa dựa trên ảnh hồng ngoại 1354.5.3 Phương pháp ước đạt mưa dựa trên viễn thám vi sóng 140T ÀI LIỆU THAM KHẢO CHỦ YẾU 143DANH SÁCH CÁC WEBSITES ĐÃ THAM KHẢO 145C ÁC ẢNH MÀU 147L ỜI NÓI ĐẦUGiáo trình Khí tượng Vệ tinh được biên soạn dựa trên kinh nghiệm tay nghề giảng dạytrong nhiều năm của những bạn đồng nghiệp và tác giả. Nội dung giáo trình hạn chế chếdung lượng tương thích với thời lượng giảng dạy ( 30 tiết ) và tương thích với điều kiện kèm theo ứngdụng số liệu vệ tinh trong Khí tượng. Mục tiêu giáo trình nhằm mục đích trang bị cho sinh viên kỹ năng và kiến thức cơ bản về Khí tượngVệ tinh, kỹnăng khởi đầu về lý giải những ảnh mây vệ tinh cơ bản trong nghiên cứu và phân tích và dựbáo thời tiết, đặc biệt quan trọng chú ý quan tâm những thời tiết khắc nghiệt như không khí lạnh, giải hội tụnhiệt đới, mưa, dông và bão. Giáo trình được biên soạn nhờ sự động viên và trợ giúp của Khoa Khí tượngThuỷ văn và Hải dương học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Trung tâm Dự báoKTTV Trung ương, Bộ Tài nguyên và Môi trường, đặc biệt quan trọng là những đồng nghiệp ở bộmôn Khí tượng Vệ tinh. Nhân đây tác giả xin chân thành cám ơn tổng thể. Chắc chắn không tránh khỏi những khiếm khuyết trong giáo trình, vì thế tác giảrất mong nhận được những quan điểm góp phần của đồng nghiệp và bạn đọc. Tác giảPGS. TS. Nguyễn Văn TuyênCHỮ VIẾT TẮT TRONG GIÁO TRÌNHAIRS Atmospheric Infrared Sounder ( Thám trắc kế khí quyển hồng ngoại ) AMSU Advanced Microwave Sounder Unit ( Bộ thám trắc kế vi sóng tiên tiến và phát triển ) AMV Atmosphere Motion Vector ( vec-tơ hoạt động của khí quyển ) APT Automatic Picture Transmission ( Truyền ảnh tự động hóa ) ATNĐ Áp thấp nhiệt đớiATS-1 Applications Test Satellite ( Vệ tinh ứng dụng thử nghiệm ) AVHRR Advanced Very High Resolution Radiometer ( Bức xạ kế tiên quy trình tiến độ phângiải rất cao ) CGMS Co-ordination Group for Meteorological Satellite ( Nhóm phối hợp vệ tinh khítượng ) DCP Data Collection Platform ( Dàn / bệ máy tích lũy số liệu ) DMSP Defense Meteorological Satellite Program ( of the USA ) ( Chương trình vệ tinhkhí tượng quốc phòng của Hoa kỳ ) DPI Derived product images ( Ảnh sản phẩm chuyển hoá ) ERS Erth Radiation Sensor ( Cảm biến kế bức xạ Trái đất ) ESSA Environmental Science Services Administration ( Tổng cục Khoa học Môitrường – tên cơ quan tiền thân của NOAA thời nay ) Far IR ( Viễn hồng ngoại ) FGGE First Global GARP Experiment ( Thực nghiệm toàn thế giới tiên phong của GARP ) GARP Global Atmospheric Research Programme ( Chương trình điều tra và nghiên cứu khí quyểntoàn cầu ) GMS Geostationary Meteorological Satellite ( Vệ tinh khí tượng địa tĩnh ) GOES Geostationary Operational Environmental Satellite ( Vệ tinh địa tĩnh môi trườngnghiệp vụ ) GOMS-1 ( hay Elektro ) Geostationary Operational Meteorological Satellite ( Vệ tinhkhí tượng địa tĩnh nhiệm vụ của Nga ) GTS Global Telecommunication System ( Hệ thống viễn thông toàn thế giới ) GVAR VARiable data transmission format ( Format truyền số liệu của GOES I-M ) HIRS High Resolution Infrared Radiation Sounder ( Thám trắc kế bức xạ hồng ngoạiđộ phân giải cao ) HNT HaNoi Time ( Giờ Hà nội ) HRPT High Rate Picture Transmission ( Truyền ảnh vận tốc cao ) HRIT High Rate Information Transmission ( Truyền thông tin vận tốc cao ) IGY International Geophysical Year ( Năm Vật lý Địa cầu Quốc tế ) INSAT Indian geostationary multi-function Satellite ( Vệ tinh địa tĩnh đa năng của Ấnđộ ) IR Infrared ( Hồng ngoại ) ITCZ Intertropical Convergence Zone ( Dải quy tụ nhiệt đới gió mùa ) JMA Japan Meteorological Agency ( Cơ quan Khí tượng Nhật bản ) LRIT Low Rate Information Transmission ( Truyền thông tin vận tốc thấp ) LRPT Low Rate Picture Transmission ( Truyền ảnh vận tốc thấp ) MDD Meteorological Data Distribution ( Phân bố số liệu Khí tượng ) MDUS Medium-scale Data Utilisation Station ( Trạm ứng dụng số liệu quy mô vừacho GMS, Nhật Bản ) METEOR-l-N1 ( Russian polar orbiting spacecraft – Vệ tinh quỹ đạo cực của Nga ) METSAT ( Kalpana-I ) Meteorological Satellie ( Vệ tinh khí tượng của Ấn độ ) MTSAT Multi-functional Transport Satellite of Japan ( Vệ tinh vận tải đường bộ đa năng củaNhật bản ) NASA National Aeronautics and Space Administration ( Cơ quan Hàng không và Vũ trụQuốc gia ) NDVI Normalised Difference Vegetation Index ( Chỉ số thực vật ( chênh lệch ) chuẩnhoá ) NESDIS National Environmental Satellite Data and Information Service ( Cục thôngtin và số liệu vệ tinh môi trường tự nhiên vương quốc ) NIR Near IR ( Cận hồng ngoại ) NMHSs National Meteorological Hydrological Services ( Các cơ quan Khí tượng Thuỷvăn Quốc gia ) NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration ( Cơ quan Đại dương vàKhí quyển Quốc gia ) NOGAPS ( US ) Navy Operational Global Atmospheric Prediction System ( Hệ thốngdự báo nhiệm vụ Khí quyển toàn thế giới của Hải quân Hoa kỳ ) NRL Naval Research Laboratory ( Trung tâm điều tra và nghiên cứu Hải quân Monterey ) QuickSCAT Quick Scatterometer ( Tán xạ kế quét nhanh ) RADASAT Rada Satellite ( Vệ tinh ( mang theo ) ra-đa ) RSO-Rapid Scan Operations ( Hệ thống hoạt động giải trí quét nhanh ) SDUS Small-scale Data Utilisation Station ( Trạm ứng dụng số liệu quy mô nhỏ choGMS WEFAX ) SMS-1 Synchronous Meteorological Satellite ( Vệ tinh khí tượng đồng điệu mặt trời ) SSM / I Special Sensor Microwave / Imager ( Cảm biến kế chuyên sử dụng vi sóng / Máy ghihình ) SST Sea Surface Temperature ( Nhiệt độ bề mặt biển ) SSU Stratospheric Sounding Unit ( Tổ máy thám trắc khí quyển bình lưu ) S-VISSR Stretched Visible and Infrared Spin Scan Radiometer ( Bức xạ kế thị phổ vàhồng ngoại quét quay căng phẳng ) TCP Tropical Cyclone Programme ( Chương trình điều tra và nghiên cứu xoáy thuận nhiệt đới gió mùa ) TIROS Television InfraRed Operational Satellite ( Vệ tinh nhiệm vụ truyền hình hồngngoại ) TMI Thematic Microwave Imager ( Thiết bị ghi hình vi sóng theo chủ đề ) TOPEX Topography of the Ocean Experiment ( Thực nghiệm địa hình đại dương ) TOVS TIROS Operational Vertical Sounder ( Thám trắc kế thẳng đứng nghiệp vụTIROS ) TRMM Tropical Rainfall Measuring Mission ( Công vụ đo mưa nhiệt đới-vệ tinh đomưa nhiệt đới gió mùa ) TTDB KTTV TW ( Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương ) UTC Universal Time Coordinated ( Gìơ vạn năng theo toạ độ, như Zulu time ( Z ), vàGreenwich Mean Time ( GMT ) ). UV Ultraviolet ( Cực tím ) VIS Visible ( Thị phổ ) XTNĐ Xoáy thuận nhiệt đớiWEFAX Weather Facsimile ( Fax thời tiết – ảnh tương tự như của vệ tinh thời tiết ) WMO World Meteorological Organization ( Tổ chức Khí tượng Thế giới ) WV Water Vapour ( Hơi nước ) CHƯƠNG 1, KHÍ TƯỢNG VỆ TINH VÀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂNNội dung chương 1 ra mắt chung về sự sinh ra, quy trình tăng trưởng của Vệtinh Khí tượng và Khí tượng vệ tinh, từ thực nghiệm đến nhiệm vụ, từ quy mô quốcgia, khu vực đến một Hệ thống vệ tinh khí tượng nhiệm vụ toàn thế giới ; khái quát về cácloại vệ tinh, mạng lưới hệ thống truyền nhận thông tin, format số liệu và khai thác ứng dụng, nhằm mục đích phân phối cho người đọc cái nhìn bao quát, cơ bản hoàn toàn có thể hấp dẫn người đọc vàocác chương sau của giáo trình hay gợi mở cho người đọc tự tìm hiểu và khám phá sâu hơn khi thấycần thiết. 1.1 Hệ thống quan trắc khí tượng trước khi vệ tinh ra đời1. 1.1 Hệ thống quan trắc và thám sát khí tượng trước khi vệ tinh ra đờiKhí tượng vệ tinh là một bộ môn khoa học nghiên cứu và điều tra khí quyển bằng những sốliệu khí tượng thu được từ vệ tinh khí tượng. Nói chung, Khí tượng vệ tinh có 2 nhiệmvụ : 1 ) Thu nhận thông tin về trạng thái khí quyển ở mặt phẳng toàn cầu và những tầng caokhí quyển ( trước hết là tầng đối lưu ) theo một khoảng trống to lớn ( tuỳ theo quy môthực tế tác nghiệp ) ; 2 ) Tạo lập những giải pháp ứng dụng thông tin vệ tinh khí tượng để theo dõi, nghiên cứu và phân tích những quy trình khí quyển, dự báo thời tiết và nghiên cứu và điều tra khí hậu. Vệ tinh khí tượng là vệ tinh tự tạo của toàn cầu triển khai những quan trắc khítượng trải qua bức xạ điện từ từ khí quyển và truyền những quan trắc này về traí đất. Do đó sự tăng trưởng của khí tượng vê tinh gắn liền với sự tăng trưởng của vệ tinh khítượng. Quan trắc và thám sát tầng cao khí quyển đã, đang và sẽ vẫn là niềm khao khátcủa con người mà trước hết là của những nhà Khí tượng. Chính thế cho nên mà ngay từ khi vệtinh chưa sinh ra thì những nhà khí tượng đã sử dụng phương tiện đi lại quan trắc từ thấp lên caonhư bóng bay, khinh khí cầu, ra-đi-ô-zôn, máy bay, tên lửa. Nhưng không mấy ngườibiết rằng thô sơ nhất như diều đẫ từng được dùng dể thám sát tầng cao khí quyển. Theo W. Paul Menzel [ 15 ] thì từ đầu thế kỷ 20 Benjamin Franklin là người tiên phong đãdùng diều để quan trắc tầng cao khí quyển. Thậm chí diều của Benjamin Franklinđược Phòng thời tiết đưa vào quan trắc đều đặn ở 6 trạm quan trắc, được thả lên 4 hoặc5 giờ đồng hồ đeo tay mỗi ngày và đạt đến độ cao 3 – 4 dặm ( 1 dặm trên không = 1883 m ). Không phải giờ đây ta xem lại mới thấy buồn cười mà ngay từ khi đó những “ kẻ mấtdạy ” đã đứng từ xa cười nhạo báng những nhà khí tượng. Ấy vậy mà theo những nhà khítượng lúc ấy diều còn tốt hơn cả bóng cao su đặc và quan trắc bằng diều được duy trì mãitới năm 1933, khi mà máy bay được đưa vào sửa chữa thay thế. 10S ự tăng trưởng nhanh gọn của máy bay trong thời hạn Chiến tranh Thế giớithứ nhất đã dẫn đến việc năm 1925 người ta đưa vào thực nghiệm chương trình quantrắc khí quyển tầng cao hàng ngày bằng cách gắn những cảm ứng kế ( sensor ) trên cánhmáy bay. Nhờ những quan trắc bằng máy bay mà diện quan trắc được lan rộng ra ra mộtkhu vực to lớn, nó đã được cho phép những nhà sy-nốp mở màn diễn đạt được những dòng khíquyển tầng thấp trên map. Năm 1929, Robert Goddard đã phóng tên lửa mang theo một thiết bị trong đógồm một áp ký, một nhiệt ký và một máy ảnh để thám sát khí quyển mà từ đó đã trởthành phương hướng nguồn gốc của chương trình vệ tinh khí tượng sau này. Nhữngtiến bộ trong công nghệ tiên tiến tên lửa trong Chiến tranh Thế giới thứ II đã dẫn đến nhữngbức ảnh tổng hợp tiên phong vềđỉnh của khí quyển. Song song với những văn minh về tênlửa là những tân tiến về những máy quay phim truyền hình đã làm cho những vệ tinh khítượng hoàn toàn có thể trở thành hiện thực. Song toàn bộ những thiết bị đo / thám sát tầng cao khí quyển, như bóng bay, diều, máy bay và tên lửa khi ấy cũng chưa vượt được độ cao tầng đối lưu. Cho đếnnăm 1930, lần tiên phong trên quốc tế, ra-đi-ô-zôn do những nhà khí tượng Liên-xô cũ chếtạo mới được đưa vào thám sát khí quyển tầng cao, với độ cao hoàn toàn có thể đạt được 20 hảilý ( 1 hải lý = 1,852 km ) và thời hạn thao tác tới 1,5 – 2 giờ, ghi lại bước tiến quantrọng trong điều tra và nghiên cứu tầng cao khí quyển. Từ đó cho đến nay nó được nâng cấp cải tiến liêntục và hiện vẫn đang là một trong những thiết bị thám không quan trọng nhất tronglĩnh vực khí tượng toàn thế giới. 1.1.2 Những hạn chế của hệ quan trắc trước vệ tinhHạn chế quan trọng nhất phải nói đến là sự hạn chế về khoảng trống đo đạc, quantrắc theo chiều ngang. Với những thiết bị trước vệ tinh thì dù con người có cố gắngmấy, những quan trắc về khí quyển tầng cao cũng không hề vượt quá được phạm vimột chủ quyền lãnh thổ, thậm chí còn mạng lưới hệ thống quan trắc từng vương quốc không bao quát nổi lãnh thổnước mình. Theo chiều thẳng đứng thì cùng lắm những loại quan trắc trước vệ tinh cũng chỉvới tới độ cao vài ba chục cây số, đồng thời cũng chỉ số lượng giới hạn ở những mực đẳng ápnhất định chứ không sao trải khắp được tầng cao lên đến đỉnh tầng khí quyển. Về thời hạn, những quan trắc trước vệ tinh chỉ hoàn toàn có thể thám sát được khí quyểntầng cao theo những kỳ quan trắc cố định và thắt chặt trong ngày hoặc trong lần quan trắc rời rạcmà thôi. Đặc biệt là trước khi vệ tinh sinh ra những thiết bị đo cũng bị hạn chế và kéo theonhững hạn chế về những yếu tố và hiện tượng kỳ lạ khí tượng trong toàn thể khoảng trống toàncầu và thời hạn 24/24 giờ trong ngày. Trước khi vệ tinh sinh ra, chúng đã không hề cóđược, mà trong số đó quan trọng nhất là những thành phần bức xạ mặt trời trong bầu khíquyển bát ngát, cái quyết định hành động diện mạo thời tiết và khí hậu toàn cầu của tất cả chúng ta. Tất nhiên so với những nghành khoa học khác trước khi vệ tinh sinh ra cũng cónhững hạn chế tựa như trên ba mặt như trên. Ta lướt qua những hạn chế của những quantrắc khí ttượng tầng cao trước vệ tinh cũng chính là để nói lên những ưu việt của quantrắc vệ tinh. Chính nhờ những quan trắc vệ tinh mà hoàn toàn có thể ở mọi lúc, mọi nơi trong khí11quyển bát ngát, từ đại dương xa xôi, từ núi cao rừng rậm cho đến chân mây, chân sóng, từ những cơn bão hung tàn trên biển khơi đến trận bão cát cuồng phong trên sa mạckhông một bóng người, đâu cũng có con mắt của những nhà khí tượng. Đặc biệt cần nhấnmạnh là tính “ tức thời ” của quan trắc vệ tinh, khi mà những hiện tượng kỳ lạ thời tiết diễn rahết sức mau lẹ và ngắn ngủi đến mức con người chưa kịp nhận ra thì nó đã qua đinhư một trận dông kèm theo mưa đá ở vùng núi cao không người đến những cơn bãokéo dài nhiều ngày trên đại dương xa xôi, vệ tinh khí tượng đều hoàn toàn có thể chớp lấy được. Cũng chính do đó mà chỉ riêng nghành nghề dịch vụ khí tượng, vệ tinh khí tượng đã giúp ta hạnchế được đáng kể những thiệt hại và thảm hoạ do vạn vật thiên nhiên gây ra. 1.2 Vệ tinh sinh ra và vệ tinh khí tượng đi vào nghiệp vụ1. 2.1 Vệ tinh sinh ra và vệ tinh khí tượng trong tiến trình thực nghiệmHình 1.1 Vệ tinh Sputnik-1 của Liên-xô và Vệ tinh TIROS-1 của Hoa-kỳ [ 22, ( 2 ) ] Ngày 4 tháng 10 năm 1957 Liên-xô cũ đã phóng thành công xuất sắc vệ tinh nhân tạođầu tiên trên quốc tế mang tên “ Sput-nik-1 ” bằng chính tên lửa của mình đã mở ramột thời đại mới trong chinh phục khoảng trống ngoài hành tinh của con người. Thế giới bànghoàng, khâm phục, bước vào ” kỷ nguyên khoảng trống thiên hà “. Sự kiện này xảy ra đúngvào Năm Vật lý Địa cầu Quốc tế ( IGY ) và 40 năm Cách mạng Tháng 10 Nga, đã mởra một trang mới cho ngành Khí tượng quốc tế trong nghiên cứu và điều tra khí quyển toàn thế giới. 12V ệ tinh nhân tạo Sputnik-1 là một quả cầu nhôm 22 insơ với 4 an-ten như cácroi dài trải về phía sau, nặng 183 pao ( 83,6 kg ), bay quanh toàn cầu ở độ cao 900 kmvới 96 phút / 1 vòng. Sau 3 tháng bay, đến ngày 4/1/1958 thì nó rơi xuống toàn cầu. Chưa đầy 1 tháng sau, Thế giới lúc bấy giờ đang là thời kỳ cuộc chiến tranh lạnh, mọi người còn chưa hết cơn bàng hoàng và khâm phục Sputnik-1, thì ngày 3/11/1958 Liên xô lại phóng vệ tinh nhân tạo Sputnik-2, với khối lượng tới 1.120 pao ( 508,3 kg ), bay quanh toàn cầu tới 200 ngày, đặc biệt quan trọng là mang theo chó Lai-ka lên quỹ đạo vàtrở về bảo đảm an toàn. Chính sự kiện Sputnik-1 đã thúc ép sự sinh ra của Cơ quan Hàng không Vũ trụQuốc gia ( NASA ) Hoa kỳ và đẩy nhanh tiến trình điều tra và nghiên cứu chinh phục không gianvũ trụ. Cũng nhờ đó mà Mỹ đã phóng vệ tinh khí tượng thực nghiệm tiên phong vàotháng 2 năm 1959, nhưng việc giải quyết và xử lý những quan trắc của nó lại không triển khai được vìcác thiết bị quan trắc khi ấy chưa được hoàn thành xong. Mãi đến ngày 01 tháng 4 năm 1960, Mỹ lại phóng vệ tinh khác gọi là “ TIROS-1 ”, khởi đầu truyền những ảnh mây cơ bảnnhưng hữu dụng về toàn cầu và vệ tinh TIROS – 1 được xem là vệ tinh khí tượng thựcnghiệm tiên phong trên quốc tế. Thời kỳ thực nghiệm còn lê dài trong nhiều năm củahàng loạt những vệ tinh loại TIROS. Tuy lúc bấy giờ ở Mỹ và Liên xô cũ người ta đã viếtnhững sách giáo khoa dạy cho sinh viên những trường ĐH chuyên ngành khí tượng, nhưng Khí tượng vệ tinh mới ở quá trình thực nghiệm, chưa phải nhiệm vụ. 1.2.2 Vệ tinh khí tượng bước vào nghiệp vụCho đến năm 1966 Mỹ phóng vệ tinh quỹ đạo cực nhiệm vụ và vệ tinh địa tĩnhđầu tiên ( ATS-1 ), vệ tinh khí tượng mới thực sự mở màn đi vào nhiệm vụ. Năm 1969 Liên xô cũ đã phóng vệ tinh METEOR-l-N1 tiên phong trong một loạtvệ tinh cực METEOR sau đó. Chính ảnh mây vệ tinh METEOR đã truyền theo chế độnghiệp vụ sau này cho nhiều nước sử dụng, trong đó có Nước Ta. Toàn bộ 10 vệ tinh TIROS phóng lên đều mang theo mạng lưới hệ thống máy ảnh viễnvọng để ghi hình thị phổ ban ngày và ảnh hồng ngoại thụ động vào đêm hôm. Loạt vệtinh TIROS đã thực thi được những bước tiến quan trọng, trong đó có việc TIROS-VIII, năm 1970, trình diễn quy trình truyền ảnh tự động hóa ( APT ). Hệ thống APT đã được triển khai xong trong những năm sáu mươi, từ 1966 đến1969 với 9 vệ tinh mang tên ESSA-1 đến ESSA-9 ( ESSA : Tổng cục Khoa học Môitrường – tên cơ quan tiền thân của Cơ quan Đại dương và Khí quyển Quốc gia ( NOAA ) thời nay ), nhờ đó mà với một máy thu rất đơn thuần trên mặt đất cũng có thểthu được ảnh vệ tinh thời hạn thực. APT đã được thừa nhận như thể một “ sứ giả thiệnchí ” vĩ đại nhất của Hoa kỳ, và cũng chính nhờ hệ APT mà năm 1970 vệ tinh khítượng đã đi vào công tác nghiệp vụ hàng ngày. Năm 1972 NOAA đã phóng vệ tinh NOAA-2, hoàn toàn có thể đo được profile nhiệt độthẳng đứng của khí quyển từ khoảng trống, coi như kết thúc kỷ nguyên máy ảnh viễnvọng để mở màn kỷ nguyên đo bức xạ đa kênh độ phân giải cao. Cũng năm này đã cócuộc họp tiên phong của Ủy ban phối hợp những vệ tinh khí tượng địa tĩnh ( CGMS ) mà saunày trở thành Nhóm phối hợp những vệ tinh khí tượng gồm 6 cơ quan chủ quản vệ tinh13 ( Liên xô cũ, Mỹ, Châu Âu, Trung quốc, Nhật bản và Ấ độ ), mở màn thiết lập cácđường lối chỉ huy cho mạng lưới hệ thống vệ tinh khí tượng nhiệm vụ toàn thế giới sau này. Năm 1974 vệ tinh khí tượng đồng nhất ( SMS-1 ) của Mỹ đã trở thành vệ tinh địatĩnh nhiệm vụ tiên phong. 1.2.3 Hệ thống vệ tinh khí tượng toàn cầuVới đường lối của CGMS năm 1972, đến năm 1977, nhằm mục đích link mọi cố gắngđể thiết lập một mạng lưới hệ thống toàn thế giới, Nhật bản đã phóng vệ tinh địa tĩnh GMS-1 đầu tiêncủa mình, từ đó nó đã bảo vệ liên tục bao trùm được khu vực của Nhật bản. Cũngnăm này Châu Âu trải qua Cơ quan Không gian Châu Âu đã mở màn phóng vệ tinhđịa tĩnh Meteosat-1, có năng lực quan trắc được hơi nước khí quyển. Như vậy là chỉtrong vòng 16 năm, kể từ vệ tinh khí tượng thực nghiệm TIROS-1 tiên phong, một hệthống vệ tinh khí tượng nhiệm vụ đã hiện hữu trong khoảng trống, cho ta số liệunghiệp vụ thời hạn thực phần đông phủ kín cả hành tinh của tất cả chúng ta. Năm 1978 Mỹ phóng vệ tinh TIROS-N, đã hoàn toàn có thể thám sát được nhiệt độ và độẩm khí quyển trên quy mô toàn thế giới theo chính sách nhiệm vụ hàng ngày. Cũng trong nămnày với những nỗ lực đặc biệt quan trọng một mạng lưới hệ thống phối hợp hoàn hảo những vệ tinh như chòmsao gồm 5 vệ tinh địa tĩnh và 2 vệ tinh cực đã được đưa lên quỹ đạo cho một Thựcnghiệm toàn thế giới tiên phong ( FGGE ) của Chương trình nghiên cứu và điều tra khí quyển toàn thế giới ( GARP ). Năm 1981, sau khi Châu Âu phóng vệ tinh Meteosat-2 thì mạng lưới hệ thống vệ tinh toàncầu đã được thiết lập trọn vẹn với độ bao trùm nhiệm vụ liên tục, chỉ thiếu số liệu vệtinh địa tĩnh trên vùng biển Ấn độ. Mãi đến năm 1994 Nga phóng vệ tinh địa tĩnh nhiệm vụ GOMS-1, còn đượcbiết đến dưới cái tên là Elektro, thì mạng lưới hệ thống vệ tinh mới trọn vẹn phủ kín Ấn độdương. Cũng năm 1994, Mỹ đã phóng vệ tinh nhiệm vụ thiên nhiên và môi trường địa tĩnh GOES-8được diễn đạt là một vệ tinh địa tĩnh thế hệ mới, hoàn toàn có thể ghi hình tiếp tục liên tụcvà thám sát khí quyển thẳng đứng đồng thời. Ngày 21 tháng 6 năm 1995 Nhật đã phóng vệ tinh GMS-5, tham gia vào hệthống vệ tinh toàn thế giới. Hình1. 2 Hệ thống vệ tinh toàn thế giới tối thiểu ( trái ) và hiện tại ( phải ) [ 22, ( 9 ) ] 14N ăm 1998, với những vệ tinh tiên tiến và phát triển mới TIROS-N từ NOAA-K, Mỹ đã bắtđầu một mạng lưới hệ thống vệ tinh thám sát khí quyển mới, đã được hoàn thành xong với 2 Bộ thámtrắc kế vi sóng tiên tiến và phát triển ( AMSU-A1 và AMSU-A2 ). Có thể nói quy trình tăng trưởng của vệ tinh khí tượng để trở thành một hệ thốngvệ tinh khí tượng toàn thế giới gắn liền với sự sinh ra và tăng trưởng những vệ tinh của Mỹ, Liênxô cũ ( sau này là Nga ), Châu Âu và Nhật bản. Nếu người ta coi Hệ thống vệ tinh khítượng nhiệm vụ toàn thế giới gồm một chòm tối thiểu 5 vệ tinh địa tĩnh đặt trên một mặtphẳng quanh xích đạo và tối thiểu 2 vệ tinh quỹ đạo cận cực thì đến nay mạng lưới hệ thống vệtinh khí tượng nhiệm vụ toàn thế giới đã vượt xa cả chuẩn tối thiểu ( ảnh phải hình 1.2 ). Trong 6 vương quốc chủ quản thuộc mạng lưới hệ thống vệ tinh khí tượng toàn thế giới có 3 quốcgia Châu Á Thái Bình Dương ( không kể nước Nga ) mà ảnh vệ tinh của họ bao trùm khu vực nước ta nênrất đáng được tất cả chúng ta chăm sóc tìm hiểu và khám phá thêm, đó là Trung quốc, Ấn độ và Nhật bản. Trung quốc, một trong 3 cường quốc đang chinh phục ngoài hành tinh, cũng đã phóng vệtinh khí tượng Phong vân ( FY ) quỹ đạo cực tiên phong FY-1A vào 7/9/1988, FY-B ngày3 / 9/1990. Còn vệ tinh địa tĩnhđầu tiên FY-2A được phóng vào ngày 10/6/1997, đếnngày 17 nó đã được đặt vào vị trí 105E, nhưng có yếu tố ở mạng lưới hệ thống ăng-ten nên làmviệc gián đoạn. Ngày 25/6/2000 Trung quốc lại phóng vệ tinh địa tĩnh thứ hai FY-2B, ngày 1/1/2001 đã đi vào hoạt động giải trí nhiệm vụ, phát 3 loại ảnh : thị phổ ( 0,50 – 1,05 ỡm ), hồng ngoại nhiệt ( 10,5 – 12,5 ỡm ) và ảnh hơi nước ( 6,3 – 7,6 ỡm ) dưới dạng số ( S-VISSR ) và ảnh ( WEFAX ). Trung quốc dự tính phóng FY-2C vào năm 2004 để thay thế sửa chữa FY-2B. Ấn độ, thực ra từ tháng 4 năm 1982 đã phóng vệ tinh địa tĩnh INSAT-1A đầutiên trong loạt vệ tinh INSAT-1, nhưng là vệ tinh đa tính năng ( tích hợp với ngànhviễn thông ), và đến tháng 9 đã dừng mọi tính năng. Năm sau, ngày 30 tháng 8 Ấn độlại phóng INSAT-1B và từ 15 tháng 10 nó mới mở màn hoạt động giải trí nhiệm vụ. Nó hoạtđộng tốt suốt những năm tám mươi cho đến 1993. Tính đến năm 1990 Ấn độ đã phóngđến vệ tinh INSAT-1D và hoạt động giải trí đến 2002 thì ngừng những vệ tinh thế hệ thứ nhất, thế hệ thứ hai INSAT-2, được phóng từ tháng 7 năm 1992, liên tục hoạt động giải trí. Thuộcthế hệ vệ tinh thứ hai Ấn độ còn phóng METSAT ( Kalpana-I ) vào tháng 9-2002. Ngày10 tháng 4 năm 2003 Ấn độ đã phóng vệ tinh thế hệ thứ ba INSAT-3, và hiện tại haithế hệ vệ tinh METSAT và INSAT-3Ađang liên tục hoạt động giải trí trên quỹ đạo. Nhật bản, Trung tâm vệ tinh khí tượng khu vực, có loạt vệ tinh địa tĩnh GMShoạt động như một bộ phận của mạng lưới hệ thống vệ tinh khí tượng toàn thế giới. Vệ tinh GMS đầutiên được phóng tháng 7/1977, đến ngày 6/4/1978 thì khởi đầu cung ứng loại sản phẩm vệtinh nhiệm vụ. Các vệ tinh kế tục GMS-2, 3, 4 và 5 được phóng lần lượt vào tháng8 / 1981, tháng 8/1984, tháng 9/1989 và tháng 3/1995. Hai trong 3 trách nhiệm của GMSliên quan trực tiếp đến số liệu vệ tinh là : – Quan trắc với bức xạ kế VISSR : + Chụp ảnh mặt phẳng toàn cầu và phân bổ mây, quan trắc những hiện tượng kỳ lạ khí tượng như bão, xoáy thuận, front và phát hiện mây tro núilửa ; + Trích xuất tham số khí tượng như nhiệt độ trên mặt phẳng đại dương và trên đỉnhmây, độ cao mây, tổng lượng mây, gió của mây chuyển dời, tổng lượng hơi nước tầngcao. 15 – Truyền trực tiếp những ảnh mây : + Truyền phát thời hạn thực số liệu ảnh số, S-VISSR cho người dùng của những trạm ứng dụng số liệu quy mô vừa ( MDUS ) ; + Truyềnphát những số liệu ảnh tương tự như đã được giải quyết và xử lý WEFAX cho người dùng ở những trạm ứngdụng quy mô nhỏ ( SDUS ). GMS-5 thao tác ở kinh độ 140E trên quỹ đạo địa tĩnh từ 21/6/1995 cho đếngiữa năm 2003, nghĩa là vượt xa vòng đời phong cách thiết kế ( 5 năm ) của nó. Mặc dù nó khôngcòn liên tục quan trắc VISSR từ 22/5/2003 khi mà hoạt động giải trí sao lưu số liệu từ GOES-9 đã khởi đầu, GMS-5 đã đều đặn truyền phát WEFAX tạo ra từ những quan trắc củaGOES-9 và chuyển tiếp số liệu cho dàn máy tích lũy số liệu ( DCP ). Cơ quan khí tượng Nhật bản ( JMA ) hợp tác với NOAA / NESDIS triển khai saolưu số liệu từ GOES-9 từ 22/5/2003 để bảo vệ liên tục những quan trắc toàn cầu trên TâyThái Tỉnh Bình Dương. JMA đã không liên tục quan trắc bằng GMS-5 mà khởi đầu sử dụngsố liệu GVAR do NOAA / NESDIS thu được từ GOES-9 hoạt động giải trí ở 155E trên xíchđạo. Sau đó JMA làm ra những loại sản phẩm khí tượng như những vec-tơ hoạt động của khíquyển ( AMVs ) từ số liệu GVAR và phân phối cho người dùng ảnh WEFAX và số liệu S-VISSR đượcchuyển đổi từ số liệu GVAR. Qúa trình sao lưu số liệu từ GOES-9 sẽ liên tục cho đếnkhi vệ tinh MTSAT-1R, thế hệ sau đó của GMS-5, khởi đầu hoạt động giải trí thông thường. Các ảnh WEFAX quy đổi từ số liệu GVAR được chuyển phát cho trạmngười dùng số liệu quy mô nhỏ ( SDUSs ) được trải qua GMS-5 ở kinh độ 140E trênxích đạo. Người dùng ảnh WEFAX hoàn toàn có thể thu được những ảnh này bằng những thiết bị hiệncó mà không cần đổi khác gì. Việc Giao hàng truyền phát số liệu S-VISSR thông quaGMS-5 sẽ không liên tục khi mà việc sao chép mở màn thao tác. Thay vì chuyển sốliệu S-VISSR qua GMS-5, những file số liệu loại S-VISSR chuyển phát cho những Cơ quanKhí tượng Thuỷ văn Quốc gia ( NMHSs ) đã ĐK với sever của JMA thông quaInternet / FTP. Hiện tại chỉ có số liệu kênh IR1 ( 10,5 – 11,5 μm ) được cung ứng, và cácNMHSs đã ĐK được phép xâm nhập vào sever để lấy số liệu. Các file số liệuloại S-VISSR sẽ có trên sever sau 10-15 phút khi kết thúc quan trắc từ GOES-9. Vì vệ tinh địa tĩnh GOES-9 phóng lên từ tháng 5/1995 ở 155E trên Tây TháiBình Dương, nên đến nay nó cũng đang có yếu tố như ảnh thị phổ bị nhiễu, tuy nhiên nócũng đang cố hoạt động giải trí để chờ MTSAT-1R sửa chữa thay thế. Theo thông tin tháng 7/2004 thìJMA dự tính phóng MTSAT-1R vào đầu 2005.1.3 Bộ môn Khí tượng vệ tinh ở Trung tâm dự báo Khí tượng Thuỷvăn ( KTTV ) Trung ươngTổng cục KTTV Nước Ta trước đây, nay là Trung tâm KTTV Quốc gia, BộTài nguyên và Môi trường, đã sớm xây dựng bộ môn Khí tượng vệ tinh từ năm 1972 trong Phòng Thời tiết Nha Khí tượng cũ. Đến năm 1976 Cục Thuỷ văn thuộc Bộ Thuỷlợi cũ sáp nhập với Nha Khí tượng thành Tổng cục KTTV Nước Ta thì nó trở thànhTổ Vệ tinh, thuộc phòng Nghiên cứu tăng trưởng của Cục Dự báo KTTV và cho đến naynó vẫn là một tổ trong Phòng Nghiên cứu ứng dụng của Trung tâm dự báo KTTVtrung ương. 16T rong những năm đầu xây dựng tổ Vệ tinh chỉ có 5 người, trong đó có 3 ngườiđược huấn luyện và đào tạo ở Liên xô cũ. Lúc ấy ở Liên xô cũ cơ sở vật chất và trang bị kỹ thuật chođào tạo chuyên viên trong nghành nghề dịch vụ này cũng còn rất hạn chế, hầu hết đào tạo và giảng dạy đại cươngvà thực hành thực tế thu ảnh truyền theo nguyên tắc tựa như trên phim ảnh bản rộng. Tổ bộmôn này trong suốt những năm 70 đến giữa những năm 80 phần nhiều không được đầu tưgì thêm, chỉ gồm có 1 ăng-ten pa-ra-bôn, một máy thu tương tự như ( analog, cần phải nóithêm rằng nó được nâng cấp cải tiến từ một máy thu dùng trong quân sự chiến lược của Liên xô cũ ), một sốtrang thiêt bị làm ảnh như tráng phim, ghép toạ độ map lên phim, in ảnh. Sau đóngười ta dựa trên kỹ năng và kiến thức sy-nôp, sử dụng chiêu thức nghiên cứu và phân tích hình thái và địnhtính những ảnh mây ( nephanalysis ) để tham gia nghiên cứu và phân tích và dự báo thời tiết nghiệp vụhàng ngày ở Tổ dự báo thời tiết thời gian ngắn thuộc Phòng thời tiết. Ảnh vệ tinh lúc ấy dovệ tinh của Liên xô cũ phát là ảnh vệ tinh METEOR của Liên xô hay vệ tinh TIROShoặc NOAA do vệ tinh Liên xô sao lưu từ vệ tinh của Mỹ. Giai đoạn này những ảnhmây vệ tinh cũng đã có những góp phần nhất định cho dự báo nhiệm vụ, nhất là trongnhững trường hợp có không khí lạnh, bão và áp thấp nhiệt đới gió mùa. Đồng thời những cán bộkhoa học ở Tổ vệ tinh cũng triển khai nhiều nghiên cứu và điều tra nghiên cứu và phân tích thời tiết dựa trên ảnhmây vệ tinh, làm sáng tỏ những hình thế và chính sách hoạt động giải trí của front lạnh, của ápthấp nhiệt đới gió mùa và bão trên vùng biển nước ta. Đến năm 1986, trải qua Dự án VIE-86, Tổ chức Khí tượng Thế giới ( TCKTTG ) giúp ta trang bị được một máy trạm thu ảnh mây vệ tinh thị phổ độ phângiải thấp bằng nguyên tắc APT. Lúc này ảnh đã được bộc lộ trên màn hình hiển thị máy tínhcá nhân và sau đó hoàn toàn có thể truyền xuống tổ dự báo thời tiết hạn ngắn để những dự báo viênxem và nghiên cứu và phân tích trong ca dự báo nhiệm vụ. Mười năm sau đó, khi quốc gia ta chuyển sang thời kỳ thay đổi, Nhà nước đãđầu tư cho ngành một trạm thu mặt đất với máy thu độ phân giải cao, đi vào hoạt độngtừ tháng 5/1997, có năng lực thu được toàn bộ những loại ảnh do vệ tinh địa tĩnh GMS-5của Nhật bản phát, ảnh mây vệ tinh cực và địa tĩnh của Mỹ ( GOES-9 ) do vệ tinhGMS-5 sao lưu rồi phát lại. Từ đó đến nay bộ môn khí tượng vệ tinh của ta đã cónhiều tân tiến, chớp lấy được những kỹ thuật xửlý và khai thác sử dụng thông thườngnhư tổng hợp ảnh mây, tạo ảnh động để theo dõi sự vận động và di chuyển của những khí đoàn, của quỹđạo bão, … Gần đây nhất ở tổ vệ tinh đã có những điều tra và nghiên cứu cao hơn như ước lượngmưa từ những ảnh hồng ngoại nhiệt và hồng ngoại hơi nước. Ngày nay bộ môn vệ tinhcòn truyền ảnh mây sau giải quyết và xử lý cho những Trung tâm dự báo KTTV địa phương trên toànmạng lưới, đã liên tục tham gia dự báo nhiệm vụ hàng ngày và đã có nhữngđóng góp đáng kể vào việc nâng cao chất lượng dự báo thời tiết nhiệm vụ, dự báo bão, lũ lụt, mưa lớn, không khí lạnh, … góp thêm phần phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai ở nướcta. 1.4 Các loại vệ tinh1. 4.1 Vệ tinh quỹ đạo cựcVệ tinh khí tượng được chia ra 2 loại khác nhau nhưng có những tiềm năng bổ sungcho nhau là vệ tinh cực ( quỹ đạo cực ) và vệ tinh địa tĩnh. Vệ tinh quỹ đạo cực là vệ17tinh bay ở độ cao khoảng chừng 850 km, có quỹ dạo gần như song song với những đường kinhtuyến của toàn cầu, nghiêng một góc gần 90 ( như NOAA : 98, METEOR : 99,6, ) sovới mặt phẳng xích đạo và góc nghiêng đó gần như không đổi trong quy trình hoạtđộng. Hình 1.3 Quỹ đạo và độ cao của 2 loại vệ tinh [ 19 ] Tuy chúng được gọi là quỹ đạo cực, nhưng thực ra là cận cực. Vệ tinh NOAAbay ở độ cao khoảng chừng 850 km với góc nhìn 110,8, quay quanh toàn cầu 14 vòng mỗingày, mỗi vòng hết 98 đến 102 phút. Khi toàn cầu quay sang đông ở phía dưới vệ tinh, mỗi lần qua vệ tinh giám sát một khu vực về phía tây so với lần qua trước. Các dải nàycó thể được ghép lại với nhau để tạo thành một bức ảnh của một khu vực to lớn vớiđộ phân giải 1 km. Trong một chu kỳ luân hồi quay ngày đêm nó hoàn toàn có thể quan sát được toàn bộtrái đất, một nửa vào thời hạn ban ngày và 50% vào thời hạn đêm hôm. Đối vớihầu hết những vệ tinh quỹ đạo cực người ta chọn sao cho nó đồng điệu với mặt trời, nghĩalà góc nghêng của mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh được giữ không đổi so với mặt phẳnghoàng đạo suốt thời hạn trong năm. Điều này bảo vệ cho vệ tinh bay qua một địaphương đã cho vào cùng một giờ địa phương mỗi ngày. Vệ tinh quỹ đạo cực khôngquan sát được tiếp tục liên tục như vệ tinh địa tĩnh, nhưng thiết bị hoàn toàn có thể đa dạnghơn, độ cao gần toàn cầu hơn nên nó cho ta thông tin cụ thể hơn. Vệ tinh cực có ưuđiểm là chụp trực tiếp được ảnh mây ở phía dưới nó với độ phân giải rất cao nên chúngcho ta thông tin chi tiết cụ thể về về mây, về những cơn bão tố hung ác và những mạng lưới hệ thống thờitiết khắc nghiệt. Hiện tại những vệ tinh quỹ đạo cực trong mạng lưới hệ thống quan trắc toàn thế giới gồm vệ tinhcủa 3 vương quốc chủ quản : ( 1 ) Nga có loạt vệ tinh METEOR, RESURS, và OKEAN ( OKEAN-4 có đặt ra-đa ), trong đó METEOR 3-5 hoạt động giải trí từ 1991, METEOR 2-21 hoạt động giải trí từ 1993 ; ( 2 ) Hoa kỳ có loạt vệ tinh NOAA, dựa trên mạng lưới hệ thống TIROS-N, hoạt động giải trí từ năm 1978 cho đến nay đã là NOAA-17, hoạt động giải trí từ 2002 ; ( 3 ) Trungquốc có FY-1C, vệ tinh thứ 3 trong loạt vệ tinh quỹ đạo Phong-vân đang hoạt động giải trí. Chúng bay ở độ cao từ 850 đến 900 km. Cần ghi nhận rằng Nga ( trước kia là Liên xô ) và Mỹ là hai nước chủ quản cácvệ tinh quỹ đạo cực tiên phong từ những năm 60 của thế kỷ 20. Hiện trạng của những vệtinh quỹ đạo cực còn được cho chi tiết cụ thể hơn ở bảng 1.1. kmQuü ® ¹ocùc879 kmQuü ® ¹o vÖ tinh ® Þa tÜnh36. 000 kmQuü ® ¹ovÖ tinh cùc18Bảng 1.1 Câc vệ tinh quỹ đạo cực trong CGMS ( thống kê đến 26/11/2003 ) Loại quỹđạo và thời gianqua xíchđạoVệ tinh và chếđộ hoạtđộng ( * ) Cơ quanquản lýGìơ cắt qua ( A lên bắc Dxuống Nam ) Độ caoNgàyphóngHiện trạngNOAA-17 ( Op ) USA / NOAA 10 : 17 ( D ) 812 km6 / 02 Theo công dụng ( CN ) NOAA-15 ( B ) USA / NOAA 07 : 04 ( D ) 810 km05 / 98 CN ; ( có yếu tố vớiAVHRR + HIRS ) NOAA-12 ( L ) USA / NOAA 04 : 47 ( D ) 808 km05 / 91 CN ( không kể viễnthám ) DMSP-F15 ( Op ) USA / NOAA 21 : 31 ( A ) 850 km12 / 99 Vệ tinh quân sự chiến lược ( hoàn toàn có thể dùng chodân sự qua NOAA ) DMSP-F14 ( B ) USA / NOAA 20 : 14 ( A ) 852 km04 / 97 Vệ tinh quân sự chiến lược ( hoàn toàn có thể dùng chodân sự qua NOAA ) DMSP-F12 ( L ) USA / NOAA 18 : 56 ( A ) 850 km8 / 94 Vệ tinh quân sự chiến lược ( phi nhiệm vụ ) RESURS-01-N4 ( P ) Russia 09 : 30 ( A ) 835 km7 / 98 Tạm thời khônghoạt độngMETEOR-3M-N1 ( P ) Russia 9 : 15 10/12/01 CN ( chỉ làm việcđến hết 2002 ) ERS-1 ( R ) ESA 10 : 30 ( D ) 785 km07 / 91 đã thay bằng ERS-2 vào năm 2000ERS-1 ( R ) ESA 10 : 30 ( D ) 785 km04 / 95 Có vấn dề từ 6/03 Envisat ( R ) ESA 10 : 00 ( D ) 800 km03 / 02 Đồng bộ mặttrời “ Buổi sáng ” ( 06 : 00 – 12 : 00 ) ( 18 : 00 – 24 : 00 ) PROBA ( R ) ESA 10 : 30 ( A ) 615 km10 / 01 Quỹ đạo trôi. Thửnghiệm công nghệ2003NOAA-16 ( Op ) USA / NOAA 13 : 53 ( A ) 851 km09 / 00 CN. Không cóAPTNOAA-14 ( B ) USA / NOAA 18 : 07 ( A ) 847 km12 / 94 CN. Một OBPkhông phải chứcnăngĐồng bộ mặttrời “ Buổi chiều ” ( 12 : 00 – 16 : 00 ) ( 00 : 00 – 04 : 00 ) NOAA-11 ( L ) USA / NOAA 22 : 42 ( A ) 843 km09 / 88 CN. Số liệu thiết bịSBUV bị hạn chếĐồng bộ mặttrời “ Buổi sángsớm ” ( 04 : 00 – 06 : 00 ) ( 16 : 00 – 18 : 00 ) DMSP-F13 ( Op ) USA / NOAA 18 : 18 ( A ) 850 km03 / 95 Vệ tinh quân sự chiến lược ( hoàn toàn có thể dùng chodân sự qua NOAA ) FY-1D ( Op ) Trung Quốc 08 : 40 ( D ) 873 km15 / 05/02 CN. CHRPTĐồng bộ mặttrời “ Buổi sáng ” FY-1C ( B ) Trung Quốc 07 : 36 ( D ) 866 km05 / 99 CNCHRPTKhông đồng bộmặt trời hayquỹ đạovô địnhMETEOR 3 – N5 ( Op ) Russia 1200 km 08/91 CN ( ảnh thị phổtruyền qua APT ) ( * ) P-tiền nhiệm vụ, Op-nghiệp vụ, B – sao lưu, L – có hạn chế, R-nghiên cứu. 19D o việc lúc bấy giờ Ngành KTTV nước ta đang thu số liệu từ những vệ tinh NOAA-15, NOAA-16 và NOAA-17 của Hoa kỳ nên ta tìm hiểu và khám phá thêm về những vệ tinh này. Chúng đều có những loại thiết bị ghi hình ( Imager ) và thám trắc kế ( sounder ) khí quyểnthẳng đứng, trong đó đáng chú ý quan tâm là bức xạ kế độ phân giải rất cao AVHRR, những bộthám trắc kế tiên tiến và phát triển AMSU-A ( – A1, – A2 ), AMSU-B thám sát khí quyển thẳng đứngtiên tiến và thám trắc kế bức xạ hồng ngoại độ phân giải cao ( HIRS ). Sản phẩm đượcsử dụng thoáng rộng là những ảnh mây vệ tinh độ phân giải cao được ghi hình trên 6 kênhdưới đây : – Kênh 1 : kênh phổ điện từ # 1, 0,58 – 0,68 ỡm ; – Kênh 2 : kênh phổ điện từ # 2, 0,725 – 1,0 ỡm ; – Kênh 3A : kênh phổ điện từ # 3A, 1.58 – 1.64 ỡm ; – Kênh 3B : kênh phổ điện từ # 3B, 3,55 – 3,93 ỡm ; – Kênh 4 : kênh phổ điện từ # 4, 10,3 – 11,3 ỡm ; – Kênh 5 : kênh phổ điện từ # 5, 11,5 – 12,5 ỡm. 1.4.2 Vệ tinh địa tĩnhBảng 1.2 Câc vệ tinh địa tĩnh trong CGMS ( thống kê đến 26/11/2003 ) Khu vựchình quạtVệ tinhChế độ hoạt động giải trí ( Op-nghiệp vụ ; P-tiền nhiệm vụ ; B-sao lưu ; L-hạnchếCơ quan điềuhànhVị trí NgàyphóngHiện trạngGOES-10 ( Op ) USA / NOAA 135 ° W 04/97 Nghịch đảo, tia mặttrời gần nhấtĐông thái bình dương ( 180W-108 W ) GOES-8 ( L ) USA / NOAA 147,6 ° W 04/94 Trôi về tây1, 06 ° / ngày ; sao lưusang GOES-9GOES-11 ( B ) USA / NOAA 105 ° W 05/00 Trên quỹ đạo sao lưucó thể 48 hTÂY ĐTD ( 108 ° W-36 ° W ) GOES-12 ( Op ) USA / NOAA 75 ° W 07/01 CN đầy đủMETEOSAT-6 ( B ) EUMETSAT 10 ° E 11/93 Quét nhanh ( RSS ) METEOSAT-7 ( Op ) EUMETSAT 0 ° 02/97 CNĐông ĐTD ( 36 ° W-36 ° E ) MSG-1 ( P ) ( METEOSAT-8when Op ) EUMETSAT 10.5 ° W 28/08/02 Giai đoạn uỷ nhiệmMETEOSAT-5 ( Op ) EUMETSAT 63 ° E 03/91 IODC, CN nhưngkiểu độ nghiêng lớnGOMS-N1 ( B ) RUSSIA 76 ° E 11/94 Dự phòng từ 9/98 FY – 2B ( Op, L ) CHINA105 ° E06 / 00 Quét bán cầu từ6 / 03. Không truyềnảnh khi khuất tốiFY-2A ( B, L ) CHINA86, 5 ° E06 / 97 Ấn độdương ( 36 ° E-108 ° E ) INSAT II-B ( B ) INDIA 111,5 ° E 07/93 Không có ảnh IR20INSAT II-E ( Op ) INDIA 83 ° E 04/99 3 kênh VHRR khôngdùngINSAT III-C INDIA 74 ° E 24/01/02 Không có WEFAXKalpana-1 ( METSAT ) ( Op ) INDIA 74 ° E 12/09/02 Vệ tinh khí tượngchuyên dụngINSAT III-A ( Op ) INDIA 93,5 ° E 10/04/03 3 kênh VHRR vàCCD hoàn toàn có thể sử dụngGOES-9 ( Op ) USA / NOAA 155 ° E 05/95 Lúc này cung ứng sốliệu cho Nhật bảnTây thái bình dương ( 108 ° – 180 ° E ) GMS-5 ( B ) JAPAN 140 ° E 03/95 Sao lưu số liệu từGOES-9 từ 22/5/2003 Vệ tinh địa tĩnh hoạt động giải trí trong vành đai xích đạo ở độ cao khoảng chừng 38.500 kmtrên một điểm cố định và thắt chặt so với mặt phẳng toàn cầu, với góc nhìn khoảng chừng 17,4, có cùng tốcđộ quay của toàn cầu mỗi vòng trong một ngày đêm, nghĩa là đồng nhất với địa cầu, làmcho nó như là tĩnh tại bên trên một điểm cố định và thắt chặt ở đường xích đạo. Điều đó cho phépchúng quan sát liên tục thời tiết từ 70 độ vĩ bắc đến 70 độ vĩ nam, nghĩa là 1/4 diệntích của toàn địa cầu. Do đặc thù tĩnh tại trên một điểm cố định và thắt chặt nên chúng có thểquan sát thời tiết trên một vùng cố định và thắt chặt trong suốt ngày đêm, cứ 30 phút một quan sátbức xạ thị phổ và bức xạ hồng ngoại với độ phân giải 5 km. Vệ tinh địa tĩnh đo đạctheo thời hạn thực, nghĩa là chúng truyền những ảnh về mạng lưới hệ thống thu nhận ở mặt đất ngaykhi máy ghi hình ghi được hình. Sự liên tục những ảnh từ những vệ tinh này hoàn toàn có thể hiệlên màn hình hiển thị liên tục, tạo ra ảnh động, cho ta biết sự chuyển dời của mây, được cho phép cácdự báo viên theo dõi được sự tiến triển của những mạng lưới hệ thống thời tiết lớn như front, những cơndông và bão. Dựa vào sự vận động và di chuyển của mây ta còn hoàn toàn có thể xác lập được hướng và tốcđộ gió. Điều quan trọng và lý thú nhất so với dự báo viên thời tiết là vẽ ra và giám sátđược cường độ và quỹ đạo bão gần sát với thời hạn thực. Bảng 1.3 So sánh năng lực của 2 loại vệ tinhGEO LEOQuan trắc chính quy trình ( chuyểnđộng và tiềm năng đúng lúc ) Quan trắc hiệu ứng của quá trìnhLặp lại phủ sóng trong cỡ phút ( ∆ t = 30 phút ) Lặp lại phủ sóng 2 lần / ngày đêm ( ∆ t = 12 giờ ) Chỉ có hình đĩa toàn phần củatrái đấtPhủ toàn cầuQuan sát nhiệt đới gió mùa tốt nhất Quan sát những cực tốt nhấtCùng một góc quan sát Góc quan sát thay đổiKhác độ rọi mặt trời Như độ rọi mặt trờiẢnh thị phổ, hồng ngoại ( phângiải 1, 4 km ) Ảnh thị phổ, hồng ngoại ( phân giải 1, 1 km ) Một băng thị phổ Đa băng thị phổChỉ có thám sát hồng ngoại ( phângiải 8 km ) Thám sát IR và vi sóng ( 17, 50 km ) Nhiễu 0,5 mW / ster / m / cm-1 ( vài phần mười độ ) Nhiễu 0,5 mW / ster / m / cm-1 ( vài phần mười độ ) Quan sát mây từ điểm cố định và thắt chặt Quan sát mây từ vi sóngBức xạ kế có bộ lọc Bức xạ có bộ lọc, giao thoa kế và phổ quang kếcon cách ( grating spectrometer ) 21H iện tại những vệ tinh địa tĩnh trong hệ quan trắc toàn thế giới gồm những vệ tinh củaChâu Âu hoạt động giải trí ở kinh độ 0 và 63E ( EUMETSAT ), của Nga hoạt động giải trí ở 76E, của Trung quốc hoạt động giải trí ở 105E, của Nhật bản hoạt động giải trí ở 140E, và những vệ tinhcủa Mỹ hoạt động giải trí ở 135W và 75W. Hiện trạng của vệ tinh địa tĩnh được cho chi tiếthơn ở bảng 1.2. Ngoài ra để hiểu rõ hơn về đặc thù của 2 loại vệ tinh trên ở bảng 1.3 còn dẫn ra sự so sánh những năng lực giữa chúng. Các tham số quỹ đạo ( độ cao, góc nghiêng, ) của 2 loại vệ tinh nói trên khôngphải lựa chọn một cách tuỳ tiện mà được xác lập theo những yếu cầu quan trắc, cơhọc quỹ đạo và những xem xét về kỹ thuật. Tất nhiên những dạng quỹ đạo khác nữavề mặt kim chỉ nan là hoàn toàn có thể nhưng việc sử dụng sẽ bị hạn chế hơn và còn chưa được thựchiện. Vệ tinh cực mang theo nhiều thiết bị quan trắc khác nhau, còn vệ tinh địa tĩnhtrước 1998 hầu hết chỉ mang theo có một bức xạ kế đểghi hình mây và những điều kiệnkhí quyển. Từ 1998 trở đi những vệ tinh mang theo nhiều thiết bị quan trắc hơn, tối thiểu là3 kênh ” tiêu chuẩn ” thị phổ, hơi nước và hồng ngoại, tương ứng ở quanh 0,7, 6,7 và11ỡm. Từ năm 1999, như GOES-8 ( Hoa kỳ ), MTSAT-1 ( Nhật bản ) còn có thêm 1 kênh hồng ngoại thứ 2 ( IR-2 ) và 1 kênh cận hồng ngoại ( NIR ) ở 3.7 ỡm. Riêng vệ tinhGOES-8 trở đi còn mang theo thám trắc kế ( radiosounder ) với 19 kênh, dùng để thámsát khí quyển theo chiều thẳng đứng. Còn vệ tinh thế hệ 2 của Châu Âu có tới 12 kênhghi hình, 11 kênh trong số đó hoàn toàn có thể ghi hình đĩa mây toàn phần địa cầu 15 phút mộtlần. Do việc lúc bấy giờ ta đang thu số liệu vệ tinh địa tĩnh GMS-5 của Nhật bản và vệtinh GOES-9 của Hoa kỳ do GMS sao chép nên ta tìm hiểu và khám phá thêm về chúng. Vệ tinh địatĩnh GMS-5 được phóng lên quỹ đạo từ 18/03/1995, nhưng mãi đến ngày 13/06/1995 nó mới cung ứng bức ảnh tiên phong. Ảnh mây vệ tinh GMS được ghi hình trên 4 kênh ( thị phổ : 0,55 – 0,90 ỡm, hồng ngoại nhiệt 1 ( IR1 ) : 10,5 – 11,5 ỡm, hồng ngoại nhiệt 2 ( IR2 ) : 11,5 – 12,5 ỡm, hồng ngoại hơi nước ( IR3 ) : 6,5 – 7,0 ỡm ). Vì việc phóng vệ tinhMTSAT của Nhật bản bị trục trặc kỹ thuật nên từ 22/05/2003 GMS sao chép số liệu từvệ tinh GOES-9 của Hoa kỳ ở 155 Đông. Vệ tinh GOES-9 cũng có những máy cảmbiến ghi hình và thám sát khí quyển thẳng đứng tiên tiến và phát triển, trong đó ảnh mây sao chép từGOES-9 được GMS phát trên những kênh : – Kênh 1 : thị phổ, 0,55 – 0,75 ỡm ; – Kênh 2 : cận hồng ngoại, 3,8 – 4,0 ỡm ; – Kênh 3 : hồng ngoại nhiệt IR3, 6,5 – 7,0 ỡm ; – Kênh 4 : hồng ngoại nhiệt IR1, 10,2 – 11,2 ỡm ; – Kênh 5 : hồng ngoại nhiệt IR2, 11,5 – 12,5 ỡm. 1.5 Các thiết bị cảm ứng từ xa hầu hết của vệ tinh khí tượng1. 5.1 Các loại cảm ứng của vệ tinh cực và vệ tinh địa tĩnhCác thiết bị đo nguồn năng lượng bức xạ điện từ đặt trên vệ tinh khí tượng được gọichung là bức xạ kế ( radiometers ). Chúng được chia ra 2 loại : ghi hình ( imager ) vàthám trắc thẳng đứng ( sounder ). ” Thám trắc kế ” ( sounder ) là tên ngắn gọn của cụm từ ” Thám trắc kế khí quyển thẳng đứng ” ( Vertical Atmosphere Sounder ). Mỗi một vệtinh trong mạng lưới hệ thống quan trắc vệ tinh khí tượng nhiệm vụ toàn thế giới có tối thiểu một22thiết bị bức xạ kế ghi hình đa phổ ( a multispectral imaging radiometer ), gồm thị phổ, hồng ngoại nhiệt và hồng ngoại hơi nước. Thuật ngữ ” Sounder ” ở đây không hề tương quan gì với sóng âm mà đó là thiết bịthám trắc, đo bức xạ hồng ngoại của đối tượng người dùng. Nó nhận diện những thành phần khíquyển dựa trên việc nhận ra sự hiện hữu những đường phổ quan hệ với một phân tử khíđặc thù. Thí dụ, bộ cảm ứng TOVS ( TIROS Operational Vertical Sounder ) gồm 3 thiết bị độc lập : thám trắc kế bức xạ hồng ngoại độ phân giải cao 2 ( HIRS / 2, có 20 kênh ), tổ ( khối ) máy thám trắc kế vi sóng ( MSU, có 4 kênh ) và tổ máy thám trắc khíquyển bình lưu ( SSU ). Vệ tinh quỹ đạo cực có 3 loại bức xạ kế : ( 1 ) Bức xạ kế thị phổ và hồng ngoại ( Visible và Infrared Radiometers ) là thiết bị ghi hình đối tượng người tiêu dùng bằng đo phản xạ thịphổ và phát xạ hồng ngoại, như bức xạ kế độ phân giải rất cao tiên tiến và phát triển ( AVHRR ), ( 2 ) Thám trắc kế nhiệt ẩm khí quyển ( Atmospheric Temperature and Humidity Sounders ) là thiết bị viễn thám theo chiều thẳng đứng của khí quyển gồm thám trắc kế bức xạhồng ngoại độ phân giải cao ( HIRS ) và bộ thám trắc vi sóng tiên tiến và phát triển ( AMSU ), ( 3 ) Tánxạ kế ( Scatterometer ) là thiết bị đo vận tốc và hướng gió. Vệ tinh địa tĩnh có 2 loại bức xạ kế : ( 1 ) Bức xạ kế thị phổ và hồng ngoại, nhưbức xạ kế quét quay thị phổ và hồng ngoại ( VISSR ), ( 2 ) Thám trắc kế hồng ngoại ( Infrared Sounder ). Ta sẽ không đi sâu mà chỉ tìm hiểu và khám phá sơ lược về 2 loại thiết bị đobức xạ điện từ : thiết bị ghi hình ( Imagers ) và thiết bịthám trắc kế ( thám sát thẳngđứng – sounders ). 1.5.2 Thiết bị ghi hình quét quay thị phổ và hồng ngoại VISSRVISSR là một loại cảm ứng quang học thụ động gồm kính quang viễn vọngđược gắn với gương quét, gương phản xạ, những thấu kính quang học và những đầu dò táchsóng thị phổ và hồng ngoại để quy đổi cường độ ánh sáng quan trắc được thànhdòng điện. Nguyên lý quét ảnh của VISSR tương đối phổ cập, được sử dụng trong vệtinh GMS-5 của Nhật bản và FY-2 của Trung quốc, ngoài những nó còn tương đương vớicác bộ cảm ứng ghi hình của những vệ tinh khác, nên ta khám phá kỹ một chút ít để hiểurõ được nguyên tắc cơ bản của thiết bị quan trắc vệ tinh. VISSR của GMS-5 có 4 dải phổ gồm 1 băng thị phổ, 2 băng hồng ngoại nhiệtvà 1 băng hồng ngoại hơi nước. Việc ghi hình được thực thi đồng nhất với chuyểnđộng quay của GMS ởtốc độ quay 100 vòng / phút. Trong khi vệ tinh quay một vòngthì VISSR quét từ tây sang đông được 1 dòng rộng 140 ỡrad trên mặt phẳng toàn cầu. Saumỗi dòng quét ống kính viễn vọng lại di dời một bước gương quét 0,004 độ ( 70 ỡrad / một bước quay ) dọc theo phương bắc-nam, sẽ cho ta những biến hóa của gócphản xạ để triển khai phép quét từ bắc xuống nam. Như thế phải mất 25 phút để đượcmột hình đĩa mây tròn đầy với 2500 dòng quét của dải thị phổ và hồng ngoại. Trườngtầm nhìn tức thời của VISSR là khoảng chừng 5 km so với ảnh IR và 1,25 km so với ảnhVIS tại cận điểm vệ tinh ( sub-satellite point ). Những số liệu từ những thiết bị đo bức xạđó được phát về toàn cầu, sau đó nhờ có máy tính người ta giải quyết và xử lý, tạo ra những bức ảnh thịphổ và hồng ngoại. 23C ác ảnh thị phổ cho ta hình ảnh giống như những gì ta nhìn thấy bằng mắtthường, thế cho nên nó yên cầu phải quan trắc vào thời hạn ban ngày. Còn ảnh hồng ngoạithì phụ thuộc vào vào tổng lượng bức xạ do chính đối tượng người tiêu dùng mà ta quan trắc phát ra, nên tacó thể quan trắc được cả vào thời hạn đêm hôm. Như vậy nhờ thiết bị ghi hình trên màta hoàn toàn có thể theo dõi được những mạng lưới hệ thống thời tiết trong suốt ngày đêm. 1.5.3 Thiết bị viễn thám khí quyển thẳng đứngThám trắc kế khí quyển thẳng đứng quan trắc và cung ứng cho ta profile thẳngđứng của nhiệt độ, áp suất, hơi nước và những khí vạch tới hạn trong khí quyển toàn cầu. Các profile khí vạch như đi-ô-xit các-bon hay ô-zôn là rất quan trọng so với nhữngnghiên cứu khí hậu, còn những yếu tố nhiệt, ẩm, áp thì đặc biệt quan trọng quan trọng so với việctheo dõi và dự báo thời tiết hàng ngày. Nó hoàn toàn có thể trích xuất số liệu cho 40 mực khí ápừ 1000 mb đến mực 0,1 mb. Thám trắc kế được cấu trúc thành một phổ kế dạng chuỗi tích hợp, cùng một lúclàm việc trên nhiều kênh với những dải phổ rất hẹp, như AIRS là phổ kế độ phân giảicao với độ bao trùm gần 2400 băng tần ở dải hồng ngoại và thị phổ : 3,7 – 15 ỡm và 0,4 – 1,0 ỡm. Để xác lập được nhiệt độ hay độẩm tại một độ cao đơn cử ( hay mực áp suất ), thám trắc kế thu tín hiệu từ nhiều dải phổ rất hẹp khác nhau, quy về những hàm trọnglượng đã được xác lập trước cho từng dải phổ dựa trên những quan trắc trước đó, sauđó sử dụng chúng để so sánh và tính ra profile nhiệt độ hay nhiệt độ tương ứng [ 9 ]. Những số liệu thám sát thẳng đứng của vệ tinh được điều tra và nghiên cứu giải quyết và xử lý bằngcách so sánh với những quan trắc mặt phẳng và vô tuyến thám không, xác lập mối quanhệ giữa chúng cũng như sai số mạng lưới hệ thống của số liệu vệ tinh, làm cơ sở cho những xử lýsố liệu thám sát thẳng đứng nhiệm vụ hàng ngày. Trên hình 1.5 là miêu tả hình học quétcủa thám trắc kế AIRS của NASA ( Hoa kỳ ). 24H ình 1.5 Mô tả hình học quét của AIRS [ 9 ] 1.6 Hệ thống thu nhận số liệu1. 6.1 Bộ phận mặt đấtBộ phận mặt đất của thành phần hệ quan trắc toàn thế giới từ khoảng trống phải đảmbảo thu nhận tín hiệu và số liệu từ những vệ tinh nhiệm vụ và hoặc giải quyết và xử lý, tạo khuôn dạngvà hiện lên màn hình hiển thị khá đầy đủ ý nghĩa những thông tin quan trắc thiên nhiên và môi trường với quanđiểm sẽ phân phối chúng ở dạng thuận tiện nhất cho người dùng địa phương hoặc quahệ viễn thông toàn thế giới nếu có nhu yếu. Số liệu vệ tinh toàn thế giới được pháp luật cho nghiên cứu và phân tích và dự báo những quá trìnhkhí quyển quy mô hành tinh. Những thông tin định lượng từ số liệu vệ tinh được đưavào những quy mô dự báo số trị quy mô lớn. Chúng được thu và giải quyết và xử lý ở những trung tâmlớn bởi chính những nước chủ quản vệ tinh. Những số liệu có được đó, như gió mây, nhiệt độ mặt biển và profile nhiệt độ khí quyển được truyền phát qua Hệthống viễnthông toàn thế giới ( GTS ) của TCKTTG ( WMO ). Ở mức khu vực hay vương quốc, việc thu nhận trực tiếp những ảnh mây là rất quantrọng. Chúng được triển khai nhờ những trạm thu và giải quyết và xử lý có độ phức tạp, tinh xảo và chiphí khác nhau. Quy mô khu vực cần những phương tiện đi lại hoàn toàn có thể nhận và giải quyết và xử lý tín hiệu số liệuthu thập từ Hệ thống tích lũy số liệu khi tiếp được tín hiệu từ 2 loại vệ tinh địa tĩnh vàquỹ đạo cực. Ở quy mô vương quốc, mọi thành viên của Tổ chức Khí tượng quốc tế đều phải cốgắng để thiết lập trên chủ quyền lãnh thổ của mình tối thiểu một trạm người dùng với phương tiệnthích hợp để thu ảnh mây độ phân giải vừa đủ từ vệ tinh địa tĩnh thích hợp và cũng tốithiểu một trạm để thu nhận ảnh độ phân giải cao từ một vệ tinh quỹ đạo cực. 251.6.2 Truyền nhận và format số liệu1 ) Truyền nhận gián tiếpSố liệu vệ tinh quy mô toàn thế giới dùng để nghiên cứu và phân tích và dự báo những quy trình khíquyển quy mô lớn cỡ hành tinh. Thông tin định lượng nhằm mục đích vào sự thiết yếu cho đầuvào những quy mô số với những quy trình khí quyển quy mô lớn. Loại thông tin này đượcthu thông thường và được phân phối bởi những trạm mặt đất thu và giải quyết và xử lý chính của bảnthân những người quản lý và điều hành vệ tinh. Số liệu vệ tinh quan trắc được như gió mây, nhiệtđộ mặt biển và prô-phin nhiệtđộ khí quyển được truyền qua Hệ viễn thông toàn cầucủa TCKTTG. 2 ) Truyền nhận trực tiếpDịch vụ truyền trực tiếp là những vệ tinh khí tượng nào đó truyền những sản phẩmvà số liệu từ cảm ứng kế vệ tinh theo chính sách thời hạn thực và cận thực cho những trạmthu ở mặt đất trong khoanh vùng phạm vi tiếp đón của vệ tinh. Ở mức vương quốc và khu vực thì việc nhận trực tiếp ảnh mây là rất quan trọng. Để thoả mãn nhu yếu của khu vực nhiều thiết bị nhận đã được thiết lập bởi những thànhviên của TCKTTG. Các thiết bị này hoàn toàn có thể nhận ảnh với độ phân giải không thiếu từ những vệtinh địa tĩnh thiên nhiên và môi trường cũng như những ảnh độ phân giải cao và số liệu thám sát từ vệtinh quỹ đạo cực. Chúng cũng hoàn toàn có thể nhận và giải quyết và xử lý những tín hiệu tích lũy số liệu từ Hệthu thập số liệu được tiếp âm bởi cả hai loại vệ tinh. Sự sắp xếp khu vực được thựchiện để phân phối thông tin như số liệu thám sát dộ phân giải cao từ vệ tinh quỹ đạocực và số liệu gió dựa trên sự hoạt động của mây từ những vệ tinh địa tĩnh, đủ rộng đểđảm bảo việc sử dụng chúng trong những quy mô nghiên cứu và phân tích và dự báo khu vực. Hiện nay có 5 loại số liệu được truyền trực tiếp là : 1 ) Số liệu độ phân giải thấp từ những vệ tinh cực ( APT / LRPT ). 2 ) Số liệu độ phân giải thấp từ những vệ tinh địa tĩnh ( WEFAX / LRIT ). 3 ) Số liệu độ phân giải cao từ vệ tinh cực ( HRPT ). 4 ) Số liệu độ phân giải cao từ vệ tinh địa tĩnh ( HRIT ). 5 ) Phân bổ ( bổ trợ ) số liệu Khí tượng từ những vệ tinh địa tĩnh ( MDD ). Truyền nhận trực tiếp từ vệ tinh quỹ đạo cực ( APT, LRPT, HRPT ) chỉ phân phối cácsố liệu từ cảm ứng kế, còn truyền nhận trực tiếp từ vệ tinh địa tĩnh ( WEFAX, LRIT, HRIT, MDD ) thì cung ứng cả những mẫu sản phẩm bổ trợ và số liệu khí tượng cũng như sốliệu từ những cảm ứng kế. 3 ) Format số liệu ảnhTCKTTG hướng dẫn chung 2 năm một lần trải qua những thành viên và nhữngngười dùng khác có tương quan với tình hình về nhu yếu nhận ảnh vệ tinh khí tượngtrong những khu vực của TCKTTG. Các tác dụng được phân loại ra 4 cấp : nhận số liệu độphân giải thấp vệ tinh quỹ đạo cực từ truyền ảnh tự động hóa ( APT ) ; nhận từ vệ tinh quỹ

Source: https://vh2.com.vn
Category : Trái Đất