ماهواره هیماواری Himawari چیست؟ چشم همیشه‌باز ژاپن بر آسمان زمین

ماهواره هیماواری (Himawari) سری ماهواره‌های هواشناسی ژئوستاسیونری است که توسط آژانس هواشناسی ژاپن (JMA) اداره می‌شود و از سال ۱۹۷۷ تاکنون نقش کلیدی در نظارت بر آب و هوا و پدیده‌های جوی در منطقه آسیا-اقیانوسیه ایفا کرده است. این ماهواره‌ها با نام “هیماواری” که به معنای “گل آفتابگردان” است، در مدار ثابت زمین قرار می‌گیرند و تصاویر مداوم از نیمی از کره زمین را ارائه می‌دهند. سری هیماواری از نسل اول تا نسل سوم تکامل یافته و ماهواره‌های هیماواری-۸ و هیماواری-۹ جدیدترین آن‌ها هستند که از سال ۲۰۱۵ عملیاتی شده‌اند. این ماهواره‌ها با سنسورهای پیشرفته مانند Advanced Himawari Imager (AHI) مجهز شده‌اند که ۱۶ باند طیفی را پوشش می‌دهند.

ماهواره Himawari نه تنها برای پیش‌بینی آب و هوا، بلکه برای نظارت بر فجایع طبیعی مانند طوفان‌ها، آتش‌سوزی‌ها و گرد و غبار استفاده می‌شود و داده‌های آن به طور عمومی در دسترس است. این ماهواره‌ها بخشی از سیستم جهانی نظارت هواشناسی سازمان جهانی هواشناسی (WMO) هستند و همکاری با آژانس‌های دیگر مانند ناسا و NOAA دارند.

هدف اصلی طراحی ماهواره هیماواری

هدف اصلی طراحی ماهواره هیماواری ارائه نظارت مداوم و دقیق بر سامانه‌های جوی برای بهبود پیش‌بینی آب و هوا و کاهش خسارات ناشی از بلایای طبیعی است. این ماهواره‌ها برای پوشش منطقه غرب اقیانوس آرام، شرق آسیا و اقیانوسیه طراحی شده‌اند و تصاویر با وضوح بالا برای تحلیل طوفان‌های گرمسیری، بارش‌ها و تغییرات ابری ارائه می‌دهند. نسل جدید آن‌ها مانند هیماواری-۸ و ۹ با افزایش تعداد باندهای طیفی به ۱۶، امکان تشخیص دقیق‌تر پدیده‌ها مانند آتش‌سوزی و گرد و غبار را فراهم می‌کند. طراحی برای حمایت از عملیات نجات، کشاورزی و حمل و نقل نیز هدف‌گذاری شده و داده‌های آن در مدل‌های عددی پیش‌بینی آب و هوا استفاده می‌شود. هدف JMA از این ماهواره‌ها افزایش ایمنی جامعه در برابر بلایای طبیعی است.

مدار و موقعیت فضایی هیماواری

ماهواره هیماواری در مدار ژئوستاسیونری در ارتفاع ۳۵۸۰۰ کیلومتری بالای استوا قرار دارد و موقعیت آن در طول جغرافیایی ۱۴۰.۷ درجه شرقی است. این موقعیت اجازه پوشش مداوم از اقیانوس هند تا غرب آمریکا را می‌دهد و ماهواره با سرعت چرخش زمین همگام می‌شود. هیماواری-۸ و ۹ به طور متناوب عملیاتی و پشتیبان هستند. مدار ثابت امکان تصویربرداری مداوم را فراهم می‌کند و موقعیت آن برای نظارت بر طوفان‌های اقیانوس آرام ایده‌آل است. تغییر از هیماواری-۸ به ۹ در سال ۲۰۲۲ انجام شد.

معرفی ماهواره‌های هیماواری-۸ و هیماواری-۹

ماهواره‌های هیماواری-۸ و هیماواری-۹ نسل سوم سری ماهواره‌های هواشناسی ژئوستاسیونری ژاپن هستند که توسط آژانس هواشناسی ژاپن (JMA) اداره می‌شوند و از سال ۲۰۱۵ تاکنون نقش کلیدی در نظارت بر آب و هوا در منطقه غرب اقیانوس آرام، شرق آسیا و اقیانوسیه ایفا کرده‌اند. هیماواری-۸ در ۷ اکتبر ۲۰۱۴ با موشک H-IIA از پایگاه تانگاشیما پرتاب شد و از ۷ جولای ۲۰۱۵ عملیاتی گردید، در حالی که هیماواری-۹ در ۲ نوامبر ۲۰۱۶ پرتاب شد و از مارس ۲۰۱۷ به عنوان پشتیبان عمل می‌کرد. هر دو ماهواره با وزن حدود ۳۵۰۰ کیلوگرم و عمر طراحی‌شده ۱۵ سال ساخته شده‌اند و مجهز به سنسور پیشرفته Advanced Himawari Imager (AHI) هستند که ۱۶ باند طیفی را پوشش می‌دهد.

ماهواره Himawari جایگزین نسل قبلی هیماواری-۷ شدند و با افزایش چشمگیر دقت زمانی و مکانی تصویربرداری، استانداردهای جدیدی در هواشناسی تعریف کردند. هیماواری-۹ از دسامبر ۲۰۲۲ به عنوان ماهواره اصلی عملیاتی درآمد و هیماواری-۸ پشتیبان شد، که این تغییر برای تضمین تداوم خدمات بدون وقفه انجام گرفت. این دو ماهواره نه تنها برای پیش‌بینی آب و هوا، بلکه برای نظارت بر بلایای طبیعی مانند طوفان‌ها و آتش‌سوزی‌ها حیاتی هستند.

سنسور Advanced Himawari Imager (AHI)

سنسور Advanced Himawari Imager (AHI) قلب تپنده ماهواره‌های هیماواری-۸ و ۹ است که یک تصویرگر چندطیفی پیشرفته با ۱۶ باند طیفی از نور قابل دید تا فروسرخ حرارتی محسوب می‌شود. سنسور قادر است تصاویر کامل دیسک زمین را هر ۱۰ دقیقه یک بار و تصاویر محلی ژاپن را هر ۲.۵ دقیقه ثبت کند و وضوح مکانی آن از ۰.۵ کیلومتر در باندهای قابل دید تا ۲ کیلومتر در باندهای فروسرخ متغیر است. AHI توسط شرکت هریس آمریکا ساخته شده و مشابه سنسور ABI در ماهواره‌های GOES-R ناسا است، اما برای پوشش منطقه آسیا-اقیانوسیه بهینه‌سازی شده است.

سنسور با قابلیت تشخیص دقیق دما، رطوبت، ابرها و پدیده‌های جوی، امکان تولید محصولات هواشناسی پیشرفته مانند نقشه‌های باد و ارتفاع ابر را فراهم می‌کند. باندهای متعدد AHI برای شناسایی آتش‌سوزی، گرد و غبار و طوفان‌های گرمسیری بسیار مؤثر هستند و داده‌های آن در مدل‌های عددی پیش‌بینی آب و هوا استفاده می‌شود.

دقت زمانی تصویربرداری و مزایای آن

دقت زمانی تصویربرداری سنسور AHI در ماهواره‌های هیماواری-۸ و ۹ هر ۱۰ دقیقه برای تصاویر کامل دیسک زمین و هر ۲.۵ دقیقه برای مناطق محلی مانند ژاپن و اطراف آن است. دقت نسبت به نسل قبلی که هر ۳۰ دقیقه تصویر می‌گرفت، پیشرفت چشمگیری محسوب می‌شود. این دقت بالا امکان نظارت واقعی‌زمان بر تغییرات سریع جوی مانند تشکیل ابرهای همرفتی و حرکت طوفان‌ها را فراهم می‌کند و پیش‌بینی دقیق‌تر پدیده‌های کوتاه‌مدت را ممکن می‌سازد.

مزایای این دقت زمانی شامل هشدارهای زودرس برای بارش‌های شدید، طوفان‌ها و رعد و برق است که خسارات جانی و مالی را کاهش می‌دهد. در مدل‌های عددی هواشناسی، این داده‌های مکرر دقت پیش‌بینی را تا ۲۰ درصد افزایش می‌دهد و برای عملیات نجات و مدیریت بلایا حیاتی است.

کیفیت تفکیک مکانی تصاویر ماهواره Himawari

کیفیت تفکیک مکانی تصاویر هیماواری-۸ و ۹ با سنسور AHI از ۰.۵ کیلومتر در باندهای نور قابل دید تا ۱ کیلومتر در باندهای نزدیک فروسرخ و ۲ کیلومتر در باندهای فروسرخ حرارتی متغیر است که سه تا چهار برابر بهتر از نسل قبلی است. این تفکیک بالا امکان تشخیص جزئیات کوچک مانند چشم طوفان، جریان‌های ابری و حتی آتش‌سوزی‌های کوچک را فراهم می‌کند و تصاویر رنگی واقعی تولید می‌نماید. این کیفیت برای پایش دقیق پدیده‌های محلی مانند گرد و غبار آسیایی، آتش‌سوزی جنگل‌ها و آلودگی هوا بسیار مؤثر است و داده‌های آن در تحقیقات اقلیمی برای مطالعه تغییرات بلندمدت استفاده می‌شود. تفکیک مکانی بالا هیماواری را به یکی از بهترین ابزارهای نظارت جوی تبدیل کرده است.

پایش ابرها و سامانه‌های جوی

پایش ابرها و سامانه‌های جوی با استفاده از ۱۶ باند سنسور AHI در ماهواره‌های هیماواری انجام می‌شود که ارتفاع، نوع، ضخامت و حرکت ابرها را با دقت بالا تعیین می‌کند. این پایش امکان شناسایی سامانه‌های همرفتی، جبهه‌های سرد و گرم، و مونسون آسیایی را فراهم می‌کند و داده‌های آن برای تحلیل بارش‌های شدید استفاده می‌شود. در نظارت بر سامانه‌های جوی بزرگ مانند تایفون‌ها، هیماواری ساختار داخلی ابرها را نشان می‌دهد و به درک بهتر دینامیک جوی کمک می‌کند. پایش مداوم برای کشاورزی، حمل و نقل هوایی و مدیریت منابع آب حیاتی است.

نقش ماهواره هیماواری در پیش‌بینی طوفان‌ها

نقش ماهواره Himawari در پیش‌بینی طوفان‌های گرمسیری بسیار برجسته است و با تصاویر ۱۰ دقیقه‌ای، مسیر، شدت و ساختار داخلی طوفان‌ها را با دقت بالا نظارت می‌کند. این ماهواره‌ها برای منطقه غرب اقیانوس آرام که بیشترین طوفان‌های جهان را دارد، طراحی شده‌اند و هشدارهای زودرس ارائه می‌دهند. در پیش‌بینی طوفان‌ها، داده‌های هیماواری به مدل‌های عددی مانند GFS و ECMWF وارد می‌شود و دقت پیش‌بینی مسیر را تا ۵۰ کیلومتر بهبود می‌بخشد. این نقش در کاهش خسارات جانی و مالی طوفان‌های سالانه آسیا حیاتی است.

تفاوت ماهواره Himawari با ماهواره‌های GOES آمریکا

تفاوت اصلی ماهواره هیماواری با ماهواره GOES آمریکا در موقعیت مداری و پوشش جغرافیایی است؛ هیماواری در طول ۱۴۰.۷ درجه شرقی برای آسیا-اقیانوسیه و GOES در طول‌های غربی و شرقی برای آمریکا قرار دارد. هر دو سنسور AHI و ABI دارند اما GOES-R باندهای بیشتری برای تشخیص رعد و برق دارد. هیماواری دقت زمانی مشابه دارد اما برای نظارت بر طوفان‌های اقیانوس آرام بهینه‌سازی شده است.

نحوه پردازش داده‌های هیماواری در مرکز عملیات ماهواره‌ای JMA در کیوتو انجام می‌شود که شامل کالیبراسیون، تصحیح هندسی و تولید محصولات هواشناسی است. داده‌های خام از طریق لینک Ka-band دریافت و به محصولات سطح ۱ تا ۳ تبدیل می‌شوند. انتشار داده‌ها از طریق سرویس HimawariCast (ماهواره ارتباطی) و HimawariCloud (اینترنت) برای کاربران جهانی رایگان است و بیش از ۱۰۰ محصول مانند تصاویر رنگی و نقشه‌های باد ارائه می‌شود.