Un satélite meteorológico es un tipo de satélite de observación de la Tierra que se utiliza principalmente para monitorear el clima y el tiempo de la Tierra. Los satélites pueden ser de órbita polar (que cubre toda la Tierra de manera asincrónica) o geoestacionarios (que flotan sobre el mismo punto en el ecuador ). [1]
Aunque se utilizan principalmente para detectar el desarrollo y el movimiento de sistemas de tormentas y otros patrones de nubes, los satélites meteorológicos también pueden detectar otros fenómenos como luces de la ciudad, incendios, efectos de la contaminación, auroras , tormentas de arena y polvo , capa de nieve, mapeo de hielo, límites de corrientes oceánicas y flujos de energía. Otros tipos de información ambiental se recopilan utilizando satélites meteorológicos. Las imágenes de satélite meteorológico ayudaron a monitorear la nube de ceniza volcánica del Monte St. Helens y la actividad de otros volcanes como el Monte Etna . [2] También se ha monitoreado el humo de los incendios en el oeste de los Estados Unidos, como Colorado y Utah .
El fenómeno de El Niño y sus efectos sobre el clima se monitorean diariamente a partir de imágenes satelitales. El agujero de ozono en la Antártida se mapea a partir de datos satelitales meteorológicos. En conjunto, los satélites meteorológicos de Estados Unidos, Europa, India, China, Rusia y Japón brindan observaciones casi continuas para una vigilancia meteorológica global.
Ya en 1946 se estaba desarrollando la idea de instalar cámaras en órbita para observar el clima. Esto se debió a la escasa cobertura de observación de datos y al costo de usar cámaras de nubes en cohetes. En 1958 se crearon los primeros prototipos de TIROS y Vanguard (desarrollados por el Cuerpo de Señales del Ejército ). [3] El primer satélite meteorológico, Vanguard 2 , se lanzó el 17 de febrero de 1959. [4] Fue diseñado para medir la cobertura de nubes y la resistencia, pero un eje de rotación deficiente y su órbita elíptica le impidieron recopilar una cantidad notable de datos útiles. Los satélites Explorer 6 y Explorer 7 también contenían experimentos relacionados con el clima. [3]
El primer satélite meteorológico considerado un éxito fue el TIROS-1 , lanzado por la NASA el 1 de abril de 1960. [5] El TIROS funcionó durante 78 días y demostró ser mucho más exitoso que el Vanguard 2. Otros programas tempranos de satélites meteorológicos incluyen el Programa de Aplicaciones de Satélites de Defensa (DSAP) de 1962 [6] y la serie soviética Meteor de 1964 .
TIROS allanó el camino para el programa Nimbus , cuya tecnología y hallazgos son el legado de la mayoría de los satélites de observación de la Tierra que la NASA y la NOAA han lanzado desde entonces. A partir del satélite Nimbus 3 en 1969, la información de temperatura a través de la columna troposférica comenzó a ser recuperada por satélites del Atlántico oriental y la mayor parte del océano Pacífico, lo que llevó a mejoras significativas en los pronósticos meteorológicos . [7]
Los satélites de órbita polar ESSA y NOAA siguieron su ejemplo a partir de finales de la década de 1960. Luego vinieron los satélites geoestacionarios, comenzando con las series ATS y SMS a finales de la década de 1960 y principios de la de 1970, y luego continuando con la serie GOES a partir de la década de 1970. Los satélites de órbita polar como QuikScat y TRMM comenzaron a transmitir información sobre el viento cerca de la superficie del océano a partir de finales de la década de 1970, con imágenes de microondas que se parecían a las pantallas de radar, lo que mejoró significativamente los diagnósticos de la fuerza, la intensificación y la ubicación de los ciclones tropicales durante las décadas de 2000 y 2010.
El satélite DSCOVR , propiedad de la NOAA, se lanzó en 2015 y se convirtió en el primer satélite de espacio profundo capaz de observar y predecir el clima espacial. Puede detectar fenómenos meteorológicos potencialmente peligrosos, como el viento solar y las tormentas geomagnéticas . Esto es lo que ha dado a la humanidad la capacidad de realizar pronósticos meteorológicos espaciales precisos y preventivos desde finales de la década de 2010. [8]
En Europa, el primer satélite meteorológico operacional geoestacionario Meteosat , Meteosat-1, se lanzó en 1977 a bordo de un vehículo de lanzamiento Delta. El satélite tenía un diseño cilíndrico estabilizado por rotación , de 2,1 m de diámetro y 3,2 m de altura, giraba a aproximadamente 100 rpm y transportaba el instrumento Meteosat Visible and Infrared Imager (MVIRI). Los sucesivos satélites Meteosat de primera generación se lanzaron a bordo de lanzadores europeos Ariane-4 desde Kourou, en la Guayana Francesa, hasta el Meteosat-7, que adquirió datos desde 1997 hasta 2017, operado inicialmente por la Agencia Espacial Europea y luego por la Organización Europea para la Explotación de Satélites Meteorológicos (EUMETSAT).
Japón ha lanzado nueve satélites Himawari desde 1977. Desde 1988, China ha lanzado veintiún satélites Fengyun .
Los satélites Meteosat de segunda generación (MSG), también estabilizados por rotación, aunque físicamente más grandes y con el doble de masa que los de primera generación, fueron desarrollados por la ESA con la industria europea y en cooperación con EUMETSAT , que luego opera los satélites desde su sede en Darmstadt, Alemania, siguiendo este mismo enfoque para todos los satélites meteorológicos europeos posteriores. Meteosat-8 , el primer satélite MSG, fue lanzado en 2002 en un lanzador Ariane-5 , que transportaba los instrumentos Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager (SEVIRI) y Geostationary Earth Radiation Budget (GERB), junto con cargas útiles para apoyar las misiones de búsqueda y rescate (SAR) de COSPAS-SARSAT y la plataforma de recopilación de datos (DCP) de ARGOS . SEVIRI proporcionó un mayor número de canales espectrales sobre MVIRI y obtuvo imágenes del disco terrestre completo al doble de velocidad. El Meteosat-9 se lanzó para complementar al Meteosat-8 en 2005, y el segundo par, formado por el Meteosat-10 y el Meteosat-11, se lanzó en 2012 y 2015, respectivamente.
El programa Meteosat de Tercera Generación (MTG) lanzó su primer satélite en 2022 y presentó una serie de cambios con respecto a sus predecesores en apoyo de su misión de recopilar datos para la previsión meteorológica y la vigilancia del clima. Los satélites MTG están estabilizados en tres ejes en lugar de estabilizados por giro, lo que proporciona una mayor flexibilidad en el diseño de satélites e instrumentos. El sistema MTG cuenta con modelos de satélites de captación de imágenes y de sonda independientes que comparten el mismo bus de satélites, con una base de tres satélites (dos captadores de imágenes y un captador de sonda) que forman la configuración operativa. Los satélites captadores de imágenes llevan el captador de imágenes combinado flexible (FCI), que sucede a MVIRI y SEVIRI para ofrecer una resolución y una cobertura espectral aún mayores, escaneando el disco terrestre completo cada diez minutos, así como una nueva carga útil de captador de imágenes de rayos (LI). Los satélites de sonda llevan los instrumentos de captación de infrarrojos (IRS) y de infrarrojo cercano visible ultravioleta (UVN). UVN forma parte del programa Copernicus de la Comisión Europea y cumple la misión Sentinel-4 de monitorizar la calidad del aire, los gases traza y los aerosoles sobre Europa cada hora con una alta resolución espacial. Dos satélites MTG -un generador de imágenes y un sondeo- operarán en estrecha proximidad desde la posición geoestacionaria de 0 grados sobre África occidental para observar el Océano Atlántico oriental, Europa, África y Oriente Medio, mientras que un segundo satélite generador de imágenes operará desde 9,5 grados este para realizar una misión de exploración rápida sobre Europa. MTG continúa el apoyo de Meteosat a las misiones ARGOS y de búsqueda y rescate. MTG-I1 se lanzó en uno de los últimos lanzamientos de Ariane-5, y está previsto que los satélites posteriores se lancen en Ariane-6 cuando entre en servicio.
En 2006, el primer satélite meteorológico operativo europeo en órbita baja, Metop -A, fue lanzado a una órbita heliosincrónica a 817 km de altitud por un lanzador Soyuz desde Baikonur, Kazajstán. Este satélite operativo, que forma el segmento espacial del Sistema Polar de EUMETSAT (EPS), se basó en el legado de las misiones experimentales ERS y Envisat de la ESA , y fue seguido a intervalos de seis años por Metop-B y Metop-C, este último lanzado desde la Guayana Francesa en un Soyuz "europeizado" . Cada uno lleva trece instrumentos pasivos y activos diferentes que varían en diseño desde generadores de imágenes y sondas hasta un dispersómetro y un instrumento de radioocultación. El módulo de servicio satelital se basa en el bus SPOT-5, mientras que el conjunto de carga útil es una combinación de instrumentos nuevos y antiguos tanto de Europa como de los EE. UU. en virtud del acuerdo del Sistema Polar Conjunto Inicial entre EUMETSAT y la NOAA.
Una segunda generación de satélites Metop ( MetOp-SG ) está en desarrollo avanzado y el lanzamiento del primer satélite está previsto para 2025. Al igual que el MTG, Metop-SG se lanzará en Ariane-6 y comprenderá dos modelos de satélite que funcionarán en pares en reemplazo de los satélites individuales de primera generación para continuar la misión EPS.
La observación se realiza normalmente a través de diferentes "canales" del espectro electromagnético , en particular, las porciones visible e infrarroja .
Algunos de estos canales incluyen: [9] [10]
Las imágenes de luz visible de los satélites meteorológicos durante las horas diurnas locales son fáciles de interpretar incluso para la persona promedio; las nubes, los sistemas de nubes como frentes y tormentas tropicales, lagos, bosques, montañas, nieve, hielo, incendios y contaminación como humo, smog, polvo y neblina son fácilmente visibles. Incluso el viento se puede determinar por patrones de nubes, alineaciones y movimiento a partir de fotografías sucesivas. [11]
Las imágenes térmicas o infrarrojas registradas por sensores llamados radiómetros de barrido permiten a un analista capacitado determinar la altura y el tipo de nubes, calcular las temperaturas de la tierra y del agua superficial y localizar las características de la superficie del océano. Las imágenes satelitales infrarrojas se pueden utilizar de manera efectiva para ciclones tropicales con un patrón de ojo visible, utilizando la técnica Dvorak , donde la diferencia entre la temperatura del ojo cálido y las cimas de las nubes frías circundantes se puede utilizar para determinar su intensidad (las cimas de las nubes más frías generalmente indican una tormenta más intensa). [12] Las imágenes infrarrojas representan remolinos o vórtices oceánicos y cartografian corrientes como la Corriente del Golfo que son valiosas para la industria naviera. Los pescadores y agricultores están interesados en conocer las temperaturas de la tierra y el agua para proteger sus cultivos contra las heladas o aumentar su captura del mar. Incluso se pueden detectar fenómenos de El Niño. Utilizando técnicas de digitalización en color, las imágenes térmicas sombreadas en gris se pueden convertir a color para una identificación más fácil de la información deseada.
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Cada satélite meteorológico está diseñado para utilizar una de dos clases diferentes de órbita: órbita geoestacionaria y órbita polar .
Los satélites meteorológicos geoestacionarios orbitan la Tierra por encima del ecuador a altitudes de 35.880 km (22.300 millas). Debido a esta órbita , permanecen estacionarios con respecto a la Tierra en rotación y, por lo tanto, pueden registrar o transmitir imágenes de todo el hemisferio inferior de forma continua con sus sensores de luz visible e infrarrojos. Los medios de comunicación utilizan las fotos geoestacionarias en su presentación diaria del tiempo como imágenes individuales o en bucles de películas. Estas también están disponibles en las páginas de pronóstico de la ciudad de www.noaa.gov (por ejemplo, Dallas, TX). [13]
Varias naves espaciales meteorológicas geoestacionarias están en funcionamiento. La serie GOES de los Estados Unidos tiene tres en funcionamiento: GOES-15 , GOES-16 y GOES-17 . GOES-16 y GOES-17 permanecen estacionarios sobre los océanos Atlántico y Pacífico, respectivamente. [14] GOES-15 fue retirado a principios de julio de 2019. [15]
El satélite GOES 13 , que anteriormente era propiedad de la Asociación Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), fue transferido a la Fuerza Espacial de EE. UU. en 2019 y pasó a llamarse EWS-G1; convirtiéndose en el primer satélite meteorológico geoestacionario en ser propiedad y estar operado por el Departamento de Defensa de EE. UU. [16].
El satélite meteorológico ruso de nueva generación Elektro-L No.1 opera a 76°E sobre el Océano Índico. Los japoneses tienen el MTSAT -2 ubicado sobre el Pacífico medio a 145°E y el Himawari 8 a 140°E. Los europeos tienen cuatro en operación, Meteosat -8 (3,5°O) y Meteosat-9 (0°) sobre el Océano Atlántico y tienen Meteosat-6 (63°E) y Meteosat-7 (57,5°E) sobre el Océano Índico. China tiene actualmente cuatro satélites geoestacionarios Fengyun (风云) en funcionamiento (FY-2E a 86,5°E, FY-2F a 123,5°E, FY-2G a 105°E y FY-4A a 104,5°E). [17] India también opera satélites geoestacionarios llamados INSAT que llevan instrumentos para fines meteorológicos.
Los satélites meteorológicos de órbita polar orbitan la Tierra a una altitud típica de 850 km (530 millas) en una trayectoria de norte a sur (o viceversa), pasando sobre los polos en su vuelo continuo. Los satélites meteorológicos de órbita polar están en órbitas sincrónicas con el sol , lo que significa que pueden observar cualquier lugar de la Tierra y verán cada ubicación dos veces al día con las mismas condiciones generales de iluminación debido a la hora solar local casi constante . Los satélites meteorológicos de órbita polar ofrecen una resolución mucho mejor que sus contrapartes geoestacionarias debido a su proximidad a la Tierra.
Estados Unidos cuenta con la serie NOAA de satélites meteorológicos de órbita polar, actualmente NOAA-15, NOAA-18 y NOAA-19 ( POES ) y NOAA-20 y NOAA-21 ( JPSS ). Europa cuenta con los satélites Metop -A, Metop -B y Metop -C operados por EUMETSAT . Rusia cuenta con las series de satélites Meteor y RESURS. China cuenta con los satélites FY -3A, 3B y 3C. India también cuenta con satélites de órbita polar.
El satélite meteorológico del Departamento de Defensa de los Estados Unidos ( DMSP ) puede "ver" mejor que cualquier otro vehículo meteorológico, gracias a su capacidad para detectar objetos casi tan "pequeños" como un enorme petrolero . Además, de todos los satélites meteorológicos en órbita, sólo el DMSP puede "ver" de noche en el campo visual. Algunas de las fotografías más espectaculares han sido captadas por el sensor visual nocturno: luces de ciudades, volcanes , incendios, relámpagos, meteoros , quemas de yacimientos petrolíferos, así como la aurora boreal y la aurora austral han sido captadas por el sensor de luz lunar de baja intensidad de este vehículo espacial de 720 kilómetros (450 millas) de altura.
Al mismo tiempo, se puede controlar el uso de energía y el crecimiento de las ciudades, ya que tanto las ciudades grandes como las pequeñas, así como las luces de las carreteras, son muy visibles. Esto informa a los astrónomos sobre la contaminación lumínica . El apagón de la ciudad de Nueva York de 1977 fue captado por uno de los vehículos espaciales DMSP del orbitador nocturno.
Además de monitorear las luces de la ciudad, estas fotos son un recurso vital para detectar y monitorear incendios. Los satélites no solo ven los incendios de manera visual día y noche, sino que los escáneres térmicos e infrarrojos a bordo de estos satélites meteorológicos detectan posibles fuentes de fuego debajo de la superficie de la Tierra donde se producen incendios latentes. Una vez que se detecta el incendio, los mismos satélites meteorológicos brindan información vital sobre el viento que podría avivar o propagar los incendios. Estas mismas fotos de nubes desde el espacio indican a los bomberos cuándo lloverá.
Algunas de las fotografías más espectaculares muestran los 600 incendios de petróleo que el ejército iraquí inició el 23 de febrero de 1991 en Kuwait. Las fotografías nocturnas mostraban enormes destellos que superaban con creces el resplandor de las grandes zonas pobladas. Los incendios consumieron enormes cantidades de petróleo; el último fue extinguido el 6 de noviembre de 1991.
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El monitoreo de los campos de nieve, especialmente en Sierra Nevada , puede ser útil para que el hidrólogo lleve un registro de la capa de nieve disponible para la escorrentía vital para las cuencas hidrográficas del oeste de los Estados Unidos. Esta información se obtiene de los satélites existentes de todas las agencias del gobierno de los Estados Unidos (además de las mediciones locales sobre el terreno). Los témpanos de hielo, los bancos de nieve y los icebergs también se pueden localizar y rastrear desde naves espaciales meteorológicas.
Incluso la contaminación, ya sea de origen natural o humano, puede ser localizada con precisión. Las fotos visuales e infrarrojas muestran los efectos de la contaminación de sus respectivas áreas en toda la Tierra. También se puede detectar la contaminación de aeronaves y cohetes , así como las estelas de condensación . La información sobre las corrientes oceánicas y los vientos de bajo nivel obtenida de las fotos espaciales puede ayudar a predecir la cobertura y el movimiento de los derrames de petróleo oceánicos. Casi todos los veranos, la arena y el polvo del desierto del Sahara en África se desplazan a través de las regiones ecuatoriales del océano Atlántico. Las fotos del GOES-EAST permiten a los meteorólogos observar, rastrear y pronosticar esta nube de arena. Además de reducir la visibilidad y causar problemas respiratorios, las nubes de arena suprimen la formación de huracanes modificando el equilibrio de la radiación solar de los trópicos. Otras tormentas de polvo en Asia y China continental son comunes y fáciles de detectar y monitorear, con ejemplos recientes de polvo moviéndose a través del océano Pacífico y llegando a América del Norte.
En zonas remotas del mundo donde hay pocos observadores locales, los incendios pueden extenderse sin control durante días o incluso semanas y consumir grandes áreas antes de que las autoridades sean alertadas. Los satélites meteorológicos pueden ser un recurso valioso en tales situaciones. Las fotografías nocturnas también muestran el incendio en los yacimientos de gas y petróleo. Los perfiles de temperatura y humedad atmosférica se han tomado mediante satélites meteorológicos desde 1969. [18]
No todos los satélites meteorológicos son generadores de imágenes directas . Algunos satélites son sondas que toman medidas de un solo píxel a la vez. No tienen resolución espacial horizontal , pero a menudo son capaces de resolver capas atmosféricas verticales. Los sondeos a lo largo de la trayectoria terrestre del satélite aún se pueden cuadricular más tarde para formar mapas .
Según la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), un servicio meteorológico por satélite (también: servicio de radiocomunicación meteorológica por satélite ) se define – según el artículo 1.52 del Reglamento de Radiocomunicaciones (RR) de la UIT [19] – como « Un servicio de exploración de la Tierra por satélite para fines meteorológicos .»
Este servicio de radiocomunicación se clasifica de acuerdo con el Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT (artículo 1) de la siguiente manera:
Servicio fijo (artículo 1.20)
La asignación de frecuencias radioeléctricas se realiza de conformidad con el Artículo 5 del Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT (edición 2012). [20]
Con el fin de mejorar la armonización en la utilización del espectro, la mayoría de las asignaciones de servicios estipuladas en este documento se incorporaron en los Cuadros nacionales de asignación y utilización de frecuencias, que son responsabilidad de la administración nacional correspondiente. La asignación puede ser primaria, secundaria, exclusiva y compartida.
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