NOAA`S SENSORER OG JORDENS ALBEDO .

( Hvilke kanaler scanner hvad ? )

Til dem der har bygget faxmodtageren og turnstyle antennen, så er NOAA satelliterne ikke så kraftige, som de plejer at være. Der er alstså ikke noget i vejen med antenne og modtager, hvis du kun kan høre dem et par tusinde kilometer væk.
Hvis du prøver at lytte på METEOR 3-5, vil du kunne høre den på en afstand som ligger mellem 3500 og 3800 Km, og det indikere at modtagerudstyret er i orden. De billeder der bliver sendt fra NOAA satelliterne, er ikke så kontrastrige om efteråret og vinteren, som de er om sommeren, og det første man skal gøre, for at øge lys og kontrast forholdet, er at gå ned i gråtoner, her vil 16 gråtoner være passende, men hvis du bruget ATC i JVFAX, skal du stille den på 32 gråtoner. Indstillingen skal gøres i modus editoren, og IKKE i configuration- en af jv-fax programmet. Men hvorfor er billederne sÅ fesne ?
På denne tid af året, er solen gået ned, når NOAA satelliterne passerer Danmark, i de omløb der ligger først på aftenen, så der vil "kun" være et ir billede som fylder halvdelen af skærmen, hvis du modtager det i NOAALL i jv-fax. Vi kan passende bruge dette ir billede, som forklaring til den kanal kode der ligger i "gråtone skalaen", som befinder sig ved marginerne af billedet, fordi det er lettere at se forskel mellem IR kanalerne end de visuelle kanaler.
NOAA satelliten scanner 5 kanaler samtidig, og der er 2 visuelle og 3 infrarøde kanaler. Kanalerne har forskellige bølgelængder de er følsomme over for, og er som følger:

KANAL 1. 2. 3 . 4. 5.
Ym. 0.58-0.68 0.725-1 3.55-3.93 10.3-11.3 11.4-12.4
DETEKTOR Si Si InSb HgCd Te HgCd Te
OPLØSNING 1,1 Km 1,1Km 1,1Km 1,1Km 1,1Km


Si- silicium InSb-Indium/Stibium HgCd-kviksølv/cadmium Te-tellurium


OBS: opløsningen på de 1,1 Km, er ved nadir, altså lige under satelliten, med faldende opløsning mod yderkanterne.
De fem indscannede kanaler bliver udsendt fra satelliten, i HRPT format, og udvalgte kanaler bliver udsendt som APT (WEFAX).
Det er de tekniske oplysninger om satelliten, men for at få sammenhængen mellem billederne og de brugte kanaler, er det nødvendigt at starte et helt andet sted. Vores jord har en gennemsnits temperatur, der lokalt svinger efter årstiden, men globalt er meget ensartet. Vi starter med opvarmning og varmeafgivning , solen varmer jorden op om dagen, og jorden afgiver varme om natten, de to steder der er mindst opvarmning er på polerne, og den største opvarmning er ved ækvator. Der er altså underskud af varme på polerne og overskud af varme på ækvator, og balancepunktet hvor solens opvarmning og jordens
afgivning af varmen går lige op, ligger på cirka 32 grader nord og 32 grader syd, vi har altså et bælte omkring ækvator med varme overskud, og fra 32 grad- der nord og syd, og til polerne et underskud. Jordens havstrømme og vejrforhold vil fordele varmen fra ækvator mod polerne, så der kommer en udligning af temperaturen mellem ækvator og polerne. Når solopvarningen og jordens varme afgivelsen går lige op, får vi en konstant global temperatur.
Solens styrke (opvarmningen og lysstyrken) er stærkest ved ækvator, og lokalt når solen står højst på himmelen. På vores breddegrader er den bedste dag til modtagning af visuelle billeder, den 21 juni, og den dårligste dag 21 december. Vi tager som eksempel den 21 juni, som er den længste dag, og vælger det tids- punkt af dagen, hvor solen står højst på himmelen, så skulle de ideelle forhold være til stede for et visuelt billede, hvad angår lysets styrke.
Vi bliver nu nød til at bruge et nyt begreb, ALBEDO, som har en skala mellem 0 og 100 procent, og angiver hvor mange procent at et signal, der bliver reflek- teret fra en given overflade, uden ændringer i den oprindelige bølgelænge. Hvis der er stor havdybde og samtidig havblik, er albedoen lille, der er næsten ingen reflektion (cirka 5 procent), solens lys bliver absoberet af vandet og varmer dette op, hvorimod en smule blæst vil bevirke en urolig vandoverflade ,og dermed at en betydelig del af lyset, kastes tilbage (reflekters). Det dybe vand, med den stille overflade er en af de største lysslugere, og en af de største reflektorer er de høje hvide skyer, der kan kaste op til 90 procent af lyset tilbage.
Hele jordens samlede albedo procent er cirka 30, med store lokale forskelle, alt efter årstid og vejrforhold, og selvfølgelig overflade, feks. vil polernes iskapper være gode reflektorer. Nu er de store træk for det der skal scannes, trukket op, og vi vender tilbage til kanal 1. Det bliver omtalt som en enkelt kanal, men det er nok mere korrekt at kalde det kanals 1 frekvesområde, da det ikke er en enkelt frekvens, men et frekvens spectre. Den almindelige betegnelse visuelle kanaler 1 og 2, er med forbehold, for kanal 1 vedkomne, har man fjernet det område der scanner blå farve, fordi udstrålingen af blå fra jorden, mod rummet bliver ødelagt af atmosfæren, der spreder det "blå" signal i alle ret ninger, og ville resulterer i en hinde over hele det indscannede billede, hvis man brugte en sensor for blå. ( hvor meget spredningen af det "blå" lys er, afhænger selvffølgelig også af atmosfærens beskaffenhed, på scanningstidspunket) . Men man har altså valgt ikke at bruge det "blå" område. Grønne og røde farver bliver indscannet af sattelliten, og det manglende "blå område" er grunden til at man ikke kan kalde det for "ægte" visuelt, og er forresten også en af grundnene til der ikke bliver sendt i farver, hvad der ellers ville kunne lade sig gøre.
Og for en god ordens skyld, skal det nævnes at synligt (visuelt) lys, har en bølgelængde mellem 400 og 700 Nm, så vores øjne har altså en "båndbredde" på 300 Nm, og satellitens en visuel båndbredde på 100 Nm.
Kanal 2 ligger i et frekvensområde der er usynligt for det menneskelige øje, så her er det jo også forkert at kalde det for visuelt, men man skal nok se det fra en anden vinkel, og sige at indscanninger hvor der skal reflekteret lys til, for at scanner billeder, fornuftigvis godt kan kaldes visuelle. Lokale forskelle vil selvfølgelig gøre en kolosal forskel i billedkvaliten, især på feks. lavvandede områder, hvor bundforholdene bliver afgørende, et mørkt bundlag vil absorbere (optage lyset som varme), mens et hvidt sandlag vil re flektere en betydelig større del af lyset, (ikke optage lyset som varme). Lysets brydnings-vinkel, er anderledes i vand end i luft, så vinkelen mellem vandoverfladen og bunden spiller også ind.
En grov opdeling af, hvordan billederne på vores breddegrader, vil se ud ,uden at gå dybere ind de forskellige fysiske love, og hvad der ellers vil påvirke albedoen, vil for de to visible kanaler, se cirka sådan her ud:

Kanal 1

: Billederne vil være helt afhænige af sollyset, og vil derfor være bedst ved ækvator og så ellers faldende i kvalitet mod polerne. Forskellen mellem land og vand er kontrastsvag, og kanalen er den minst brugte af de to visuelle.

Kanal 2

: Billederne her, er også helt afhængige af sollys, men på grund af sensorens følsomhed ligger i et andet frekvensområde, er det den mest brugte kanal til visible billeder. Billederne vil give et godt lys/kontrasforhold, med tydelige forskelle mellem land og vand, og skyer vil aftegne sig meget tydeligt.
Den store forskelle mellem kanal 1 og 2 ligger i bølgelængden, fordi der er stor forskel i gennemtrængningsevnen, for de forskellige bølgelængder/farve, og man har selvfølgelig valgt områder til alle fem kanaler, der giver størst mulige kontrast forhold.
Her kan vi lave en slags delelinie, mellem de visuelle kanaler og de infrarøde kanaler, nu hvor vi går fra reflekteret lys til udstrålet "lys", og de lang bølgede

infrarøde kanaler, 4 og 5

.
Efter en dags opvarmning, vil jorden afgive varme til rummet om natten, ved en udstråling der foregår i et bredt frekvensbånd, med hvilken styrke dette foregår, er igen afhængig af lokale forskelle, en stjerneklar nat, er afgivningen af varme, betydelig større, end en overskyet nat, hvor skyerne hjælper med at dæmpe udstrålingen. Dæmpningen af udstrålingen giver ikke os noget problem, så lang tid det er skyer, men en tågedis en ellers klar nat, vil gøre udstålingen difus, og give dårlige billeder. Nu hvor man måler den udstrålede energi, har en stor udstråling fra varme flade, feks. et godt opvarmet dybt hav, og mindst udstråling fra kolde flader, som feks. en sky. Det medfører at det største udslag på sensorene kommer fra de varme ting, og ved den normale modulations form, vil det give en hvid farve på billederne, som er omvendt af "normalt" . Derfor inverterer man billederne i satelliten, så man kan sende både visuelle og ir billeder samtidig, og hvor begge billeder har hvid som det koldeste område. NB. De russike satelliter sender deres ir billeder, som de bliver modtaget i satelliten, så derfor er sort koldest og hvid varmest, men hvis du bruger jv-fax er der ingen problemer, fordi programmet inverterer billedet ved modtagelsen, så det kommer til at stå "normalt" med koldt indikeret som hvidt, og sort som varmt.
Man har valgt de to infrarøde frekvensområder med omhu, fordi den største ud stråling fra jorden kommer i disse to bånd. Generelt vil billederne være meget lig hinanden fra kanal 4 og 5. Begge kanaler kan bruges både om dagen og om natten (der er også varmeafgivelse til rummet om dagen). Land og vand vil alt efter temperaturen, indeholde et godt forhold mellem land og vand, skyerne vil være utrolig flotte, fordi temperaturen på en rigtig kold sky, sagtens kan være -60 grader centius. Hvis et opvarmet hav, på feks. 18 grader skal danne kon trasten til skyen vil det blive rigtigt godt. Værst tænkelige forhold, er sent i en kold vinterperiode, hvor land og vand er dækket af sne/is, her vil der næsten ikke være nogen forskel i temperatur, på "is-dækket", og så vil lys/kontrast forholdet være meget ringe.

Kanal 3

, har jeg med vilje gemt til sidst, fordi den er en blanning af de fire andre kanaler. Kanalens sensorer er placeret midt i området, hvor man skiller mellem reflekteret lys, og udstrålet "lys", kanalen kan registrere begge former for "lys", en beskrivelse af af billederne på kanal 3, er umulig ,fordi de er så forskellige. De forskelligheder der er i de andre kanaler, er intet sammenlignet med forskellighederne på kanal 3.
Efter denne svada, skulle du have en chance for at få en forståelse, som måske kan hjælpe dig lidt på vej, så hvis billederne er mørke er det måske fordi !. Den sidste ting der mangler er en kanal identifikation, så man kan se hvilken kanal der er brugt på billedet. Her er det som sagt lettest at se forskel på ir billederne, fremgangsmåden er følgende.

I siden af hvert billede er der en gråtone trappe, som består af 16 trin, og der er her den brugte indscannings kanals nummer kan findes.
Først finder du de fire ensfarvede trin, der kan have en forskellig gråtone. Der er altså ikke nogen bestemt gråtone, der er reserveret til formålet. Herefter følger tre forskelligt farvede trin, hvor gråtonerne også kan varierer fra orbit til orbit, dernæst en otte trins gråtonescala, gående fra sort, eller næsten sort mod hvid, hvir der vil være en jævn fordeling af gråtoneskalaen. Det hele afsluttes af et sort, eller næsten sort trin. Man skal være lidt varsom de første gange man kigger efter kanal id, har man ikke fået fordelt gråtonerne jævnt mellem sort og hvid, kan det være svært at se den rigtige id kanal, især på et visuelt billede, hvor de to første farver indikerer henholdsvis kanal 1 og kanal 2 .
Efter de fire ensfarvede trin, kommer altså de tre forskellige, som består af to trins calibrering, der kan have forskellige farver, og dernæst den vigtiske af dem alle, id trinet. Den farve som id-trinet har, svarer til en af dem der er i den efterfølgede otte trins gråtonescale, hvor første farve er den sorte eller næsten sorte er kanal 1, derefter en meget mørkegrå, der indikerer kanal 2, osv. op til kanal 5. Fordi der er otte gråtoner i scalaen vil de sidste være hvide, eller næsten hvide.
Vi skulle nu kunne fastslå hvilken kanal der er blevet brugt, til scanningen af det pågældende IR billede, og mangler nu bare oplysningerne om antallet af gråtoner i billedet. Her skulle der være en længere forklaring, om de oprindelige 1024 gråtoner der bliver udsendt som HRPT, men jeg tillader mig at hoppe direkte til det væsentlige. Forstil dig det værst tænkelige (i satellit forstand), et europa dækket af sne og med is på vandet, og vores modtagne IR billede, der er modtaget om aftenen. Satelliten vil mens dens scannings spejl, vender ud mod rummet, calibrerer sin sorte farve, ( den der senere bliver inverteret til hvid,), så bliver spejlet vendt mod jorden, feks. over Danmark.
Hvad ser den, et område med en utroglig lille forskel i temperatur, mellem is og sne. Med en forskel på måske fem grader centius, mellem land og vand, vil alle gråtoner ligge lige efter hinanden, og med tanke på at den over afrika, 10 minutter tidligere, lige har målt 45 graders varme, og om ti minutter passerer en kold sky med en temperatur på -60 grader, bruger den altså under 5 procent af den fulde gråtoneskala. Billedet vil derfor blive uden lys og kontrast, og hvis det er modtaget med 256 gråtoner, vil det blive mere fesent end nødvendigt. Afstanden mellem sort og hvid delt op i 256 gråtoner, vil give en meget lille forskel mellem to, op ad hinanden liggende gråtoner, hvor imod en opdeling på kun 16 gråtoner, vil have betydeligt større forskel i gråtonerne, i de efter hinanden liggende felter, og det er grunden til man skal sætte antallet af gråtoner ned, i de dårlige sæsoner. Et billede kan behandles i JV-FAX efter modtagelsen, og med meget stor virkning, tryk på show an wiev i hovedmenuen, load dit billede ind, tryk på L, for at loade pallet og histogram funktionen. Tryk så på H for at aktiverer histogrammet, læg mærke til at det vindue der kommer på skærmen, har sort i venstre side, og hvid i højre, og vores dårlige IR billede vil betyde at fordelingen af gråtoner, vil ligge i en samlet klump, et sted på skalaen, ( sort og helt hvid, vil også være markeret, fordi wefax format har sort og hvid i bla. margin og synkronisering, minutstreger osv.) Programmet vil herefter beregne en spredning, af de tilstædeværende gråtoner, så de mørkeste gråtoner vil blive trukket ned mod sort, og de lyse gråtoner mod hvid, altså en fordeling der nærmer sig det ideelle sendte billede.
Jeg har erhvervet nogle cd rom fra ESA, med billeder taget i HRPT format, som man vil sige er utroligt fesne, man bliver rigtigt flotte, efter en tur i histogramfunktionen.
Der finders flere typer af sensorer i satelliterne, og dem vil jeg vende til- bage til , ved en senere lejlighed.

Kilder: NASA, RIG OG EUMETSAT.
Af oz1hej Michael Pedersen.

TIL ARTIKEL INDEX