Lisaks erinevatele taevakehadele tiirutab tänapäeval kosmoses ja ümber maakera ka hulgaliselt tehiskaaslasi ehk satelliite, mille koguarv ulatub peaaegu juba 10 000ni. Suure osa nendest moodustavad side- ja navigatsioonisatelliidid, ülejäänud aga vaatlevad planeet Maa seisundit. Nende hulgas on ka ca 4% ilma jälgivaid ehk meteoroloogilisi satelliite. Kõik need satelliidid seal kaugel kosmoses teevad meie elu mugavamaks, tagades hea mobiilside, interneti ja navigatsiooni, aga ka täpse ilmainfo. Me kõik oleme mõjutatud ilmast, olenemata sellest, kas vaatame satelliidiandmeid ja prognoose või mitte.
Maailmas on ka tuhandeid vaatlusjaamasid, aga ainult satelliidid koguvad andmeid terve maapinna ulatuses – k.a asustamata piirkonnad ja ookeanid, kus vaatlusjaamade võrk on oluliselt hõredam kui maismaal. Satelliit vaatleb Maad pidevalt ning sealt saabuvad andmed jõuavad väga ruttu töötlusesse.
Kuidas varem ilmainfot jälgiti?
Varasemalt kasutati ilma prognoosimiseks vaatlusjaamades kogutud infot – ilmatelegrammide andmed jõudsid ilmakaartidele ning nii sai jälgida õhurõhu muutusi, kõrg- ja madalrõhkkondade asukohti. Alles 1990-ndatel aastatel jõudsid sünoptikute töölauale esimesed satelliidipildid – alguses vaid kaks korda ööpäevas. Pärast koostöö algust Rootsi ja Soomega tekkis võimalus juba mitu korda ööpäevas uuenevat pilvepilti imetleda.
Sellest on nüüd palju aastaid möödas ja täna saab Keskkonnaagentuur regulaarseid satelliidipilte tihedamini – sünoptikutel on võimalus vaadata, kuidas ilm Euroopa kohal muutub iga viie minuti tagant ja suurema ala kohta iga 15 minuti järel. Enam ei pea muretsema, et mõni ilmanähtus jääb märkamata.
Nutikas ja kiire ilma jälgimine otse kosmosest
Euroopa ilmamustrite jälgimist kosmosest teostavad operatiivrežiimis meteoroloogilised satelliidid Meteosat-10 ja Meteosat-11. Satelliidid on maakera suhtes sellises asendis, mis võimaldavad kogu aeg näha Euroopat, Aafrikat ja Atlandi ookeani. Pildid satelliitidelt jõuavad iga 15 minuti tagant ja nendelt näeb pilvi, ookeani- ja maapinda. Lisaks toimub pidev Maa pinna skaneerimine.
Selleks, et olla kursis atmosfääris toimuvate muutustega, vajame satelliidipilte väga kiiresti. Meteosat SEVIRI instrumenti kasutatakse pilvetüüpide, ookeani, maa ja pilvepindade temperatuuri jälgimiseks. Üks Meteosat satelliitidest teostab mõõtmisi laiendatud kattega iga 15 minuti tagant, teine pakub kiiret skaneerimist iga viie minuti järel Euroopa kohal.
Meteoroloogiliste satelliitide töö haldamist, mõõdetud andmete kogumist, eeltöötlust ning laiali jagamist teostab varem mainitud EUMETSAT. See on Euroopa operatiivsatelliitide tööd haldav organisatsioon, mis tegeleb ilma, kliima ning keskkonnamuutuste jälgimisega kosmosest. Eesti on olnud EUMETSATi liikmesriik alates 2013. aastast, kuigi satelliidiandmete kasutamine algas juba tunduvalt varem. Liikmelisus tagab Eestile mitte ainult satelliidiandmete kättesaadavuse, vaid ka võimaluse kasutada neid mitmetes erinevates valdkondades, samuti panustada EUMETSATi uute kosmoseprogrammide arengusse.
Kuidas meteoroloogiline satelliidiinfo meieni jõuab?
Satelliidiandmed jõuavad Keskkonnaagentuurile operatiivselt EUMETCast Satellite teenuse kaudu, mille edastamine toimub läbi satelliitantennide. Hiljuti uuendati satelliidiandmete vastuvõtusüsteem ja võeti kasutusele kaks uut suuremat 2,4-meetrilise diameetriga satelliitantenni, mis asuvad Harku ning Tartu-Tõravere meteoroloogiajaamades. Samuti on Keskkonnaagentuuris kasutusele võetud maapealne sidevõrguteenus EUMETCast Terrestrial, kus andmete edastus toimub maakaabli kaudu. Mõlemad teenused tagavad kvaliteetse satelliidiandmete vastuvõtu operatiivrežiimis. Kui mõned andmed satelliitantenni kaudu kohale ei jõua, tulevad need maapealse sidevõrgu kaudu.
Kas info jõuab sünoptikute töölauale valmis satelliidipiltidena?
Päris nii lihtne see ei ole. Satelliidid koguvad tohutul hulgal andmeid, kuid enne tõlgendamist neist suurt kasu pole. Andmete lugemine nõuab teadmisi ja aega. Käesoleval ajal kasutatakse nende lugemisel üha enam eeltöötlust, mis muudab andmeanalüüsi kiiremaks ja tõhusamaks.
Satelliit teeb mõõtmisi erinevatel lainepikkustel ja esimesena jõuavad meieni numbrilised failid. Valitud mõõtmiskanali numbriliste väärtuste abil saab luua pildi, kus mõõtmissignaali tugevus vastab piksli numbrilisele väärtusele. Mõõtmisi tehakse inimsilmale nähtava spektri ulatuses, infrapuna- ja mikrolainete spektripiirkonnas.
Mõõtmised infrapunastes kanalites aitavad hinnata aluspinna temperatuuri ja kiirgust. Madalamad näitajad tähendavad, et tegu on külmemate objektidega, nagu jää, lumi ja pilved; kõrgemad mõõtmistulemused viitavad soojematele objektidele, mis kiirgavad soojussignaali (infrapunast) rohkem, nagu näiteks soe maapind.
Tänapäeval kasutatakse satelliidiandmete visualiseerimiseks erinevaid pilditöötluse tehnikaid, nii on tulemus selgem ja erinevaid ilmanähtusi ning objekte kergem eristada.
Halltoonides satelliidipildid (greyscale images) näitavad valitud kanali (lainepikkuste vahemikus) mõõdetud infot, pilt koosneb 256 värvitoonist. Sellise satelliidipildi tõlgendamine on tavainimesele pigem keeruline, kuna puudub värvikontrast, mis aitaks erinevaid objekte ja ilmanähtusi esile tuua. Sünoptikud aga kasutavad aeg-ajalt just must-valgeid pilte, kuna teatud juhtudel, eriti päevasel ajal, saab nende abil hinnata paremini näiteks pilvisust. Olemas on ka veeauru mõõtmiskanalid, mis aitavad analüüsida õhuniiskuse sisaldust atmosfääri erinevates kihtides.
Valitud kanali värvi täiustamine (color displays of single channels) on sarnane halltoonides satelliidipildiga, kuid hallid toonid asendatakse valitud värvidega, et tõsta esile konkreetseid huvipakkuvamaid pildi omadusi. Näiteks tugeva äikesega seotud külmem temperatuur pilvedel.
RGB (Red-Green-Blue) tehnikas tehtud pildid. Mõõdetud andmed visualiseeritakse värviliselt, pildi peale läheb info kolmest või enamast spektraalkanalist või kanalite erinevusest; iga kanal on määratud ühele kolmest põhivärvist (punane-roheline-sinine) ja lõpp-pilt tõstab esile konkreetse tunnuse või ilmanähtuse; pilt koosneb miljonitest värvitoonidest.
EUMETSAT on välja töötanud mitu erinevaid RGB värvimise retsepti, mis on mõeldud Meteosat andmetele ehk piltlikult öeldes on tegu justkui kokaraamatuga. Pärast RGB pildi moodustamist toimub geograafilise projektsiooni muutmine ning vajaliku ala väljalõikamine (Eesti või Euroopa) ja alles siis on satelliidipilt valmis. Nüüd saab sünoptik erinevate kanalite satelliitinfot analüüsida ning koostada selle alusel ilmaprognoosi või -hoiatuse. Igapäevaselt valmib Keskkonnaagentuuris ligikaudu 11 000 RGB satelliidipilti, erinevatel masinatel ootab töötlemist umbes 0.7 TB andmeid, mis liiguvad edasi mitmetesse infosüsteemidesse ning jagatakse kasutajatega. Igaüks võib tutvuda satelliitinfoga Keskkonnaagentuuri veebilehel või kasutades ILM+ nutirakendust. Teinekord võib meie koostatud satelliidipilte näha ka Aktuaalse kaamera ilmateates.
Satelliidiandmete maailm on suur ning võimalusi nende kasutamiseks leidub üha rohkem
Satelliidiandmete kasutamise potentsiaal on lai – ühe pildi peal võib näha nii pilvisuse iseärasusi kui ka lume- ja jäänähtusi. Suvisel ajal märkab satelliit ka kuumapunkti – ehk suudab tuvastada tulekahju või näha suitsupilvede levikut. Just satelliidipiltidelt saame aeg-ajalt teada ka Sahara kõrbetolmust, mis on vahel võimeline läbima pika teekonna Euroopasse. Satelliidiandmeid kasutame ka jääkaartide koostamisel, mis aitavad täpsemini hinnata merejää olukorda talvisel ajal. Satelliidipiltide töötlemine ja tõlgendamine võimaldab jälgida ka selliseid nähtusi nagu sinivetikate õitseng siseveekogudel ja rannikualadel. Sellist laadi seire annab lisainfot veekvaliteedi kohta.
Eriti tähtis on ohtlike ilmastikunähtuste jälgimine ja ennetamine – peame olema teadlikud, kui ilm muutub kriitiliseks. Vajame täpset ilmainfot ja head -prognoosi, et olla valmis nii tugevaks tormiks kui ka üleujutuseks.
Satelliidi- ja radariandmed on asendamatud abilised hetkeilma analüüsimisel
Lisaks satelliidiandmetele on sünoptikutele oluliseks infoallikaks ka meteoroloogilised radarid. Keskkonnaagentuuris on olemas kaks radarit, mis asuvad Harkus ja Sürgaveres. Mõlemad hindavad elektromagnetlainete peegelduste abil õhus olevate osakeste ja piiskade struktuuri ning suurust. Radariinfo alusel saab täpsemini teada saju esinemise asukoha ja intensiivsuse ning infot mis tüüpi sademetega on tegu: kas vihma, rahe, lume või lörtsiga. Keskkonnaagentuuri veebilehel on leitav värskelt valminud radaripõhine sademete hetkennustuse arvutus, mis prognoosib saju intensiivsust ja ulatust lähitundidel. Loodame, et sellest saavad abi nii looduses matkajad, kohalikud omavalitsused, teede haldajad, ürituste korraldajad, põllu- ja kalamehed, ehitajad ja kõik teised, kes oma tegevustes ilmast sõltuvad. Hetkel ei ole paremat lahendust sademete jälgimiseks kui radar, nii ruumiliselt kui ajaliselt. Radariinfo kasutamine on tähtis ka lennuohutuse seisukohalt. Radarimõõtmiste abil saab analüüsida tuule omadusi erinevatel kõrgustel, mis aitab tagada turvalisust lennuliikluses siis, kui väljastatakse hoiatusi tuulenihke (tuule suuna ja kiiruse muutus ruumis) esinemisest.
Sünoptikud kasutavad satelliidiandmeid selleks, et saada lisainfot pilvede iseloomu ja arengu kohta ning õhumasside liikumisest mitte ainult Eesti kohal, aga ka mujal. Satelliidi- ja radariandmete kombineerimine annab detailsema pildi hetkeilma situatsioonist, võimaldades paremini ilma prognoosida.
Mida toob lähitulevik?
Tehnoloogia kiire areng avab meie jaoks uusi võimalusi ilma- ja kliimamuutuste jälgimiseks ka satelliitide valdkonnas. Lähematel aastatel toimub üleminek uue põlvkonna satelliidiandmetele. See tähendab, et varsti jõuavad sünoptikute töölauale pildid Euroopa ilmaoludest juba iga 2,5 minuti tagant, mis on kaks korda kiirem kui praegu. Uute andmete kasutusala on veelgi laiem, sest satelliitidel on peal kõige uuemad instrumendid. Ootame näiteks põnevusega, millal saame tutvuda äikesedetektori vaatlusandmetega. See instrument jälgib nelja kaameraga 84% maakera pinnast ja suudab märgata kosmosest välgusähvatuste kellaaegu ja asukohti. Nii saab selgema pildi ka tormide liikumisest.
Autorid: Keskkonnaagentuuri satelliitmeteoroloogia peaspetsialistid Jekaterina Služenikina ja Ilona Vahter
