A csapadék mennyiségének becslése a világűrből igazi kihívás a műholdakkal foglalkozó kutatóknak. A legfőbb probléma, hogy a becslés olyan tulajdonságok mérésén alapul, melyek csupán közvetett viszonyban állnak a lehulló csapadékkal.
Mégis, a műholdas adatok léte igen fontos, például a numerikus előrejelzők, a klímakutatók, vagy akár a veszélyjelzők számára is, ugyanis az eljárások egyik pótolhatatlan tulajdonsága, hogy az egész Földre, globálisan végez területi méréseket. Így olyan területekről is kaphatunk információkat, ahonnan eddig felszíni mérések nem álltak rendelkezésre, mint például az óceánok, vagy a domborzati adottságaik miatt nehezen feltérképezhető helyek.
Az EUMETSAT (European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites, Meteorológiai Műholdak Hasznosításának Európai Szervezete) keretein belül 2002 decemberében döntöttek a Hidrológiai SAF (Satellite Application Facilities, Műholdas Alkalmazási Lehetőségek) munkacsoport létrehozásáról, melynek célja a hidrológia számára fontos paraméterek (csapadék, talajnedvesség és hó) műholdakról történő észlelésével és mérésével kapcsolatos alkalmazások megteremtése. Ezek közül kiemelt jelentőségű a csapadék becslése, melyre több eltérő szemléletű módszer fejlesztése és értékelése is folyamatban van. A továbbiakban ezekről az eljárásokról lesz szó.
Két eljárás mikrohullámú mérések alapján számolja a csapadék lehetséges értékeit. Az első esetben az SSMI/S (Special Sensor Microwave Imager/Sounder) műszerrel, mely a légkör számos paraméterének vertikális profilját képes elkészíteni – például a hőmérséklet és a vízgőz profiljait –, a mérések azonban nem terjednek ki a felhő mikrofizikai tulajdonságaira. Ezért a becsléshez felhasználnak olyan korábbi méréseket tartalmazó adatbázisokat, melyek segítségével megbecsülhetők a hiányzó felhőfizikai paraméterek. Ezek birtokában már elkészülhet a műholdas adatokra alapozott csapadékproduktum.
Mérés az SSMI/S műszerrel: A Föld felszínét a mérési sávban (világoskék) soronként tapogatja le (sötétkék). (Forrás: http://rain.atmos.colostate.edu)
A második módszer is mikrohullámú méréseket végez. A különbség annyi, hogy az AMSU-A és AMSU-B (Advanced Microwave Sounding Unit) műszerek már érzékelik a csapadékelemeket is, így a hőmérséklet- és vízgőzprofil mellett a részecskék méreteloszlásáról is közvetlen információval rendelkezünk. A csapadékintenzitás becslését egy tanuló algoritmus segítségével fejlesztik, melyben az újabb becslések figyelembe veszik a korábbiak pontosságát. A tanuló algoritmusok hátránya, hogy bennük a fizikai folyamatokat statisztikai kapcsolattal írják le, ezért a valós csapadékképződési folyamatok leírása háttérbe szorul.
A Hidrológiai SAF által az SSMI/S műszer mérései alapján előállított csapadékproduktum 2008. április 7-én 06:47 UTC-kor.
A Hidrológiai SAF által az AMSU műszer mérései alapján előállított csapadékproduktum 2008. április 3-án 11:11 UTC-kor.
A mikrohullámú mérések hátránya, hogy viszonylag ritkán készülnek ugyanarra a pontra, hiszen egy kvázipoláris műhold egy nap csupán két felvételt készít (az alacsonyabb szélességeken) egy helyről. (Körülbelül három óránként áll rendelkezésre mikrohullámú felvétel.) Azért, hogy a becslések a nap folyamán folyamatosan frissüljenek, két másik produktum is készül. Mindkettő a geostacionárius műholdak infravörös felvételeit használja a mikrohullámú mérések frissítésére. A „rapid update” eljárás a mikrohullámú becslés, és az infravörös felvételből előállított fényességi hőmérséklet közötti statisztikai kapcsolat alapján számolja negyedóránként a csapadékadatokat. A statisztikai kapcsolat felállításához ebben az esetben is felhasználják az összes korábbi becslést.
Jelenleg kísérleti fázisban van a „morphing” technika, mely a mikrohullámú becslés csapadékmezőit az infravörös felvételekből származtatott szélvektoroknak megfelelően mozdítja el. A módszer nem nyújt valós idejű becslést, mivel az időbeli interpolációhoz két mikrohullámú térképre van szükség. Az eljárás másik gyenge pontja a szélvektor meghatározásában rejlik, hiszen a felhőtető elmozdulása nem feltétlenül egyezik meg az alacsonyabb szinteken észlelhető elmozdulásokkal.
A Hidrológiai SAF által mikrohullámú műszerek, és a geostacionárius MSG műhold mérései alapján előállított csapadékproduktum 2008. április 9-én 16:27 UTC-kor.
A fentiekből érzékelhetjük, milyen típusú nehézséggel kell megküzdeni, ha jól működő műholdas csapadékbecslést szeretnénk készíteni. Az ismertetett produktumok jelenleg fejlesztési fázisban vannak, a Hidrológiai SAF munkaterve alapján 2010-re fejeződnek be a verifikációs elemzések, melyeket a programban részt vevő országok meteorológiai és hidrológiai intézetei végeznek el saját országuk területére. Az Országos Meteorológiai Szolgálat munkatársai is aktív szerepet vállalnak a produktumok verifikálásában. 2007-től minden hónapban elkészülnek a meteorológiai radarok méréseivel történő összehasonlítások statisztikai eredményei, 2008 őszétől pedig a becslések verifikációja kiterjedt a felszíni csapadékgyűjtők interpolált adataival való összehasonlításra is.
A cikk folytatásaként hamarosan olvashatunk arról, hogy hogyan váltak be a műholdas adatokon alapuló csapadékbecslések a 2008-as tavaszi esőzések esetében.
Az ismertető elkészítését a Környezetvédelmi és Vízügyi Minisztérium a „Magyar Űrkutatás támogatására” kiírt, K-36-08-00048K számú, „A Hidrológiai SAF projekt keretében kidolgozásra kerülő műholdas adatokon alapuló csapadékbecslő eljárások tesztelése radaros és villám-lokalizációs mérésekkel” című 2008. évi pályázata, valamint a Magyar Űrkutatási Iroda támogatja.
Zsugyel Márton, Lábó Eszter
Országos Meteorológiai Szolgálat
Az EUMETSAT-nál tervezik az európai meteorológiai napszinkron műholdak következő generációját, a Post-EPS műholdcsaládot.
