Jordobservationer från rymden spelar i dag en mycket viktig roll för att SMHI kan producera så bra prognoser och beslutsunderlag som möjligt till det svenska samhället. Antalet satelliter i omlopp kring jorden ökar ständigt och de data som de förser oss med kan användas inom alla SMHIs uppdragsområden - meteorologi, hydrologi, oceanografi och klimatologi.
Sensorer mäter elektromagnetisk strålning
Ombord på satelliterna finns ett eller flera instrument (sensorer). Dessa instrument mäter elektromagnetisk strålning som når satelliten efter den har passerat genom atmosfären.
Antingen skickas elektromagnetisk strålning (aktivt) mot jorden och atmosfären under satelliten och satelliten mäter den strålning som jorden och atmosfären skickar tillbaka (reflekterad strålning), eller också mäts (passivt) dels den värmestrålning som kontinuerligt skickas från jorden och atmosfären ut i rymden eller den solstrålning som jorden och atmosfären reflekterar tillbaka till satelliten.
Bearbetade satellitdata ger information om bland annat moln, fuktighet och temperatur i atmosfären, havsisens utbredning, tjocklek och karaktär, sjö- och havstemperaturer, och snö på och fuktighet i marken. Satellitdata kan också ge information om vindar över hav och i atmosfären.
Bildinstrument ser ner till marken
Många av de vädersatelliter som SMHI använder har bildinstrument som mäter strålning i olika delar av den visuella och infraröda delen av det elektromagnetiska spektrat och huvudsakligen i frekvensband där den molnfria atmosfären är relativt genomskinlig. Det betyder att de kan se ända ner till marken där inte moln är i vägen och samtidigt ge information om moln, t.ex. molntoppens höjd. Genom att kombinera eller jämföra mätningar i olika frekvensband (kanaler) kan man t.ex. få värdefull information om hur vädret är just nu.
Där molnen inte är i vägen beror strålningen främst på vad som kommer från marken och varierar då med t.ex. temperaturen samt andra parametrar som vegetation, snö eller is och alger vid havsytan. Därmed kan man exempelvis se snötäckt mark och få reda på vattenytans temperatur i haven.
De olika kanalerna i SMHIs satellitbilder
Visuella kanaler
Visuella kanaler (VIS) registrerar kortvågig strålning, alltså huvudsakligen det solljus som jorden och atmosfären (t.ex. molnen) reflekterar tillbaka till satelliten. Ofta används begreppet VIS för våglängder mellan 400 och omkring 800 till 900 nanometer, även om det mänskliga ögat inte kan registrera strålning med våglängder över ungefär 700 nanometer.
Genom att kombinera flera visuella kanaler mellan 400 och 700 nanometer kan man få fram en bild som motsvarar det man skulle få om man tog ett vanligt foto från rymden. En sådan bild är alltså bara möjlig att få under den ljusa tiden av dygnet, och endast om satellitens instrument har tillräckligt med kanaler i den synliga delen av spektrat.
Man kan presentera en enskild kanal som en svartvit bild, eller en kombination av exempelvis tre olika kanaler, en så kallad RGB-bild. Ofta kombinerar man även visuella och infraröda kanaler. Även skillnader mellan två kanaler ger värdefull men något mer svårtolkad information.
Alla satelliter har inte instrument med tillräckliga visuella kanaler för att skapa dessa ”foton från rymden”. Flera av satelliterna som SMHI använder har endast ett par kanaler i den visuella delen av spektrat och därför kan vi inte göra bilder med ett helt intuitivt utseende.
Istället gör vi en typ av bild som kan göras från alla de satelliter som SMHI använder med bildinstrument och kanaler i både den visuella och den infraröda delen av spektrat.
Infraröda kanaler
De infraröda kanalerna (IR) mäter långvågig strålning från marken, atmosfären och molnen. Denna infraröda strålning består huvudsakligen av värme som strålar ut från jorden och atmosfären till satelliten.
Den värmestrålning som skickas från ett tjockt moln är i regel helt beroende av molnets temperatur. Om man vet vilken temperatur som ovansidan på molnen har, kan man ofta säga på vilken höjd molnen finns. Principen är att ju kallare desto högre upp i atmosfären.
Att bedöma höjden på moln är svårt eftersom strålningen är en kombination av strålning från molnet och från marken under molnet. Det gäller särskilt för tunna moln.
En IR-bild är möjlig att få dygnet runt eftersom den är oberoende av dagsljus.
Vad kan man ha satellitdata till?
Satellitdata är en typ av observation, som berättar för oss hur läget var just precis då data inhämtades.
Data från satelliter för att beräkna väderprognoser
Data från satelliter används exempelvis som indata i datormodellerna för numeriska väderprognoser och kompletterar andra mer glesa observationer. Det behövs för att kunna ge ett bra utgångsläge när datormodellen ska beräkna hur vädret ska utvecklas framåt i tiden.
Användningen av satellitdata i de numeriska väderprognosmodellerna har ökat kraftigt de senaste decennierna och idag är data från satelliter den viktigaste källa till att få utgångsläget för prognosen så rätt som möjligt.
Förutom data från visuella och infraröda kanaler används främst kanaler där strålningen från marken absorberas i t.ex. vattenånga och syre. Det ger exempelvis information om hur vattenånga och temperatur varierar med höjden.
Satellitbilder ger en bild av nuläget
En bildsekvens kan dels bestå av satellitinformation som visar hur molnen rört sig, dels en modellsimulering som visar hur molnen förväntas röra sig framåt i tiden. Satellitinformationen är lite av ett facit - hur det faktiskt blev. Satellitdata finns förstås aldrig framåt i tiden, hur molnen kommer att röra sig är alltid en beräknad rörelse.
Bilder, som är skapade av satellitdata, är också användbara för både meteorologer och oceanografer för att få en uppfattning om nuläget. Exempelvis för att avgöra exakt var en kall- eller varmfront finns, om fronten verkligen rört sig den väg som morgonens modellkörning beräknade.
Bilderna kan också användas för att upptäcka mer lokala fenomen som inte syns i de numeriska modellerna, som dimma eller större bymoln (lokalt bildade skurar, ofta med åska) en sommareftermiddag.
Speciella kombinationer visar speciella fenomen
Det finns även speciella RGB-bildkombinationer som är anpassade för t.ex att lättare kunna urskilja konvektion och dimma, eller sand från Sahara och aska från vulkanutbrott. Oceanograferna använder bland annat bilderna till att kartera is och för upptäcka algblomning.
Så kartlägger SMHI is till havs
Kartläggning av cyanobakterie-blomningar från satellit
Bildinstrumentet mäter även strålning från ozon och koldioxid och kan användas t.ex. för att bestämma luftkvalitet och lokalisera skogsbränder.
Det finns också en mängd andra viktiga instrument på satelliterna. Man kan t.ex. med ett radarinstrument bestämma vågmönster och våghöjd och därigenom beräkna vind över hav. Ett annat, altimeter-instrument kan mäta havsvattennivån.