10.4. Műholdas mérések

Ma már meteorológiai és földmegfigyelő műholdak tucatjai keringenek egyidejűleg a Föld körül. E műholdak két nagy csoportba sorolhatók. A geostacionárius műholdak az Egyenlítő felett közel 36.000 km magasságban helyezkednek el, a Föld tengelykörüli forgási idejével azonos keringési idővel rendelkeznek. Emiatt szenzoraik a Földnek mindig ugyanazt a részét látják. A kvázipoláris műholdak jóval alacsonyabb pályán mozognak, 700-1000 km magasan keringnek a Föld körül. Ezek általában napszinkron pályájúak, tehát az Egyenlítőt helyi időben ugyanabban az időpontban lépik át. A Földet naponta 16-szor kerülik meg, eközben közel 100 percenként áthaladnak a pólusok felett. Alacsonyabb földrajzi szélességeken egy adott helyről naponta kétszer készítenek felvételeket.

A geostacionárius műholdak fedélzetén elhelyezett műszerek a Földtől való nagyobb távolságuk miatt kisebb térbeli felbontásban mérik a felszíni paramétereket, az európai Meteosat és az amerikai GOES műholdak hőmérsékleti infravörös csatornáinak térbeli felbontása 3-4 km. Az időbeli felbontásuk viszont rendkívül jó, egy adott helyről 15 percenként készítenek felvételeket. A kvázipoláris műholdak fedélzetén általában többféle műszert is elhelyeznek. E műszerek egy része olyan széles sávot pásztáz, hogy a Föld minden pontjáról minden nap készüljön legalább két felvétel. Ilyen például a NOAA műholdakon található AVHRR és a Terra és Aqua műholdakon elhelyezett MODIS szenzor, melyek térbeli felbontása az infravörös tartományban 1-1,1 km. A műszerek másik része viszonylag keskeny sávot pásztáz egyidejűleg, emiatt egy-egy területet átlagosan csak 16 naponta érint, de a vizsgált területről nagy térbeli felbontású felvételeket készít. Ilyen például a Landsat és az ASTER szenzor, melyek felbontása az infravörös tartományban 60-90 m.

Látható, hogy a műholdas technológia aktuális fejlettségi szintje határozza meg a mérések tér- és időbeli felbontását, és ez egyúttal bizonyos mértékű korlátot is jelent ezeknek az adatoknak a városklimatológiai célú felhasználásában. Emellett figyelembe kell venni azt is, hogy a műholdas mérésekből csak azokon a területeken határozhatók meg a felszíni paraméterek, ahol nincsenek felhők, mert ellenkező esetben a szenzorok a felhők tetejét látják a látható és az infravörös tartományban egyaránt.

A műholdas adatoknak a városklimatológiában való alkalmazására a nagy felbontású műholdak megjelenésével nyílt lehetőség. Az első ilyen vizsgálatot a hetvenes évek elején végezték, az ITOS-1 műhold 7,4 km felbontású hőmérsékleti képeinek felhasználásával kimutatták, hogy az amerikai New York, Philadelphia, Baltimore, Washington nagyvárosok által meghatározott tengely jól kivehető a műholdképeken egy markáns pozitív hőmérsékleti anomália formájában (Rao, 1970).

A műholdakon elhelyezett műszerek sugárzásméréseiből számos meteorológiai állapothatározó származtatható, amelyek alkalmasak a városok klimatikus sajátosságainak tanulmányozására. A különféle hullámhosszú sugárzásméréseket közvetlenül is felhasználják a városfelszín sugárzási egyenlegének számítására és modellezésére. A műholdfelvételek alapján vizsgálhatók a felhőzet és a városi klíma összefüggései is. Például Scofield és Weiss (1977) egy geostacionárius műhold, az SMS 30 percenként érkező 1 km-es felbontású látható és 8 km-es felbontású infravörös képeit vizsgálta Washington és Baltimore térségében. Kimutatták, hogy a városi és városkörnyéki területek eltérő felmelegedése következtében kialakult alacsonyszinti konvergencia miatt a tornyos gomolyfelhők (Cumulus congestus, Cumulonimbus) városok felett gyakrabban jönnek létre.

Műholdfelvételek alapján meghatározható a felszínborítottság, a felszín anyaga, a vegetáció állapota, melyek alapvetően befolyásolják a városi éghajlati rendszer jellegzetességeit. A hosszúhullámú sugárzásmérésekből számított felszínhőmérséklet alkalmazásával nagy felbontásban tanulmányozható a felszíni városi hősziget térbeli mintázata. Kutatók már a hetvenes években felismerték, hogy megfelelő légköri feltételek mellett a műholdak alkalmasak a városi hősziget detektálására, a hősziget szezonális változásainak és időjárási helyzettől való függésének vizsgálatára. Kimutatták, hogy már viszonylag kis városok esetében is tapasztalhatók a városfelszín által okozott hőmérsékleti anomáliák. Megállapították, hogy a műhold által mért felszínhőmérsékleti adatokból meghatározott hősziget-intenzitás maximumát a nappali órákban veszi fel. Ez éppen ellentétes a 2 méteres magasságban mért léghőmérsékleti adatokból meghatározott hősziget-intenzitás napi menetével, mely a napnyugta utáni órákban a legnagyobb mértékű. A 10.5. ábra a Terra műhold ASTER szenzorának méréseiből számított felszínhőmérsékletet mutatja be Budapest területén 2003. február 2-án. A képen pozitív hőmérsékleti anomáliaként rajzolódik ki a Duna vonala, a sűrűn beépített belvárosi övezetek és a ferihegyi Liszt Ferenc Repülőtér. Az átlagosnál hidegebbek a Budai-hegység erdővel borított területei.

Az ASTER szenzor méréseiből számított felszínhőmérséklet Budapest területén 2003. február 2-án

10.5. ábra. Az ASTER szenzor méréseiből számított felszínhőmérséklet Budapest területén 2003. február 2-án. Az adatok térbeli felbontása 90 m.

Sok kutató azt vizsgálja, hogy a beépített környezet hogyan hat a város energiaháztartására, a szenzibilis és látens hőáram arányára, a napsugárzás abszorpciójára. Ehhez különböző modelleket fejlesztenek ki, melyek segítségével le tudják írni a város hőmérsékleti, áramlási és sugárzási viszonyait. E modellek bemenő adatait is gyakran a műholdak által mért paraméterekből származtatják.