Advanced Himawari Imager¶

Advanced Himawari Imager (AHI) — это многоспектральный радиометр, установленный на геостационарных метеорологических спутниках серии «Химавари» (Himawari), эксплуатируемых Японским метеорологическим агентством (JMA). AHI предназначен для получения изображений Земли в видимом и инфракрасном диапазонах с высоким пространственным и временным разрешением, обеспечивая наблюдение за облачностью, температурой поверхности, влажностью атмосферы и другими метеорологическими параметрами над Восточной Азией и западной частью Тихого океана.

¶История создания

Разработка AHI началась в рамках программы обновления японской геостационарной метеорологической группировки, пришедшей на смену спутникам серии MTSAT (Multifunctional Transport Satellite). Первый спутник нового поколения, Himawari-8, был запущен 7 октября 2014 года с космодрома Танэгасима (Япония) с помощью ракеты-носителя H-IIA. Второй спутник, Himawari-9, стартовал 2 ноября 2016 года. Оба аппарата несут на борту идентичные приборы AHI.

Основной целью создания AHI было значительное повышение частоты, спектрального охвата и пространственного разрешения наблюдений по сравнению с предшествующим прибором — имиджером JAMI (Japanese Advanced Meteorological Imager), установленным на спутниках MTSAT-1R и MTSAT-2. Если JAMI обеспечивал съёмку в 5 каналах с интервалом 30 минут, то AHI расширил спектральный диапазон до 16 каналов, а временное разрешение — до 10 минут для полного диска Земли и до 2,5 минут для отдельных регионов.

¶Устройство и характеристики

AHI является пассивным оптико-электронным прибором сканирующего типа. Он состоит из телескопа, сканирующего зеркала, спектрального разделительного блока (набора дихроичных зеркал и фильтров) и матрицы фотоприёмников. Прибор работает по принципу «push-broom» (сканирование вдоль строки) с использованием двумерного сканирующего зеркала, которое последовательно перемещает поле зрения по поверхности Земли.

¶Спектральные каналы

AHI ведёт съёмку в 16 спектральных каналах, охватывающих диапазоны от видимого до теплового инфракрасного излучения. Каналы делятся на три группы:

• Видимые (VIS): 3 канала (0,47 мкм, 0,51 мкм, 0,64 мкм) с пространственным разрешением 0,5–1 км в подспутниковой точке.
• Ближний инфракрасный (NIR): 3 канала (0,86 мкм, 1,6 мкм, 2,3 мкм) с разрешением 1–2 км.
• Инфракрасные (IR): 10 каналов (3,9 мкм, 6,2 мкм, 6,9 мкм, 7,3 мкм, 8,6 мкм, 9,6 мкм, 10,4 мкм, 11,2 мкм, 12,4 мкм, 13,3 мкм) с разрешением 2 км.

¶Пространственное и временное разрешение

• Полный диск Земли (Full Disk): съёмка каждые 10 минут с разрешением 0,5–2 км в зависимости от канала.
• Регион Японии (Japan Area): съёмка каждые 2,5 минуты с разрешением 0,5–1 км.
• Целевые области (Target Area): два небольших участка (например, для наблюдения за тайфунами) снимаются каждые 30 секунд с разрешением 0,5 км.

¶Чувствительность и точность

AHI обладает высокой радиометрической чувствительностью (отношение сигнал/шум для видимых каналов превышает 200) и точностью калибровки (погрешность температуры для инфракрасных каналов менее 0,1 К). Прибор оснащён встроенной системой калибровки на основе солнечного излучения и чёрного тела.

¶Применение

Данные AHI используются в широком спектре метеорологических и климатических задач:

¶Метеорология

• Наблюдение за погодой: мониторинг облачности, осадков, гроз, туманов, пылевых бурь и вулканического пепла.
• Тропические циклоны: определение положения, интенсивности и траектории тайфунов. Благодаря высокому временному разрешению (2,5 мин) AHI позволяет отслеживать быстрые изменения в структуре ураганов.
• Ветры по движению облаков: вычисление векторов ветра на разных высотах путём анализа последовательных снимков.
• Прогноз погоды: данные AHI ассимилируются в численные модели прогноза погоды (например, в глобальную модель JMA GSM).

¶Климатология и экология

• Мониторинг температуры поверхности моря: точность измерения до 0,5 °C.
• Обнаружение пожаров: каналы 3,9 мкм и 11,2 мкм позволяют выявлять активные очаги возгораний.
• Оценка растительности: каналы видимого и ближнего инфракрасного диапазона используются для расчёта вегетационных индексов (NDVI).
• Аэрозоли и качество воздуха: определение оптической толщины аэрозоля, в том числе дымки от лесных пожаров или промышленных выбросов.

¶Вулканология

• Обнаружение вулканического пепла: инфракрасные каналы (например, 10,4 мкм и 12,4 мкм) позволяют различать пепловые шлейфы и облака, что критически важно для безопасности авиации.

¶Сравнение с аналогами

AHI является одним из наиболее совершенных геостационарных имиджеров в мире. Его основными аналогами являются:

• ABI (Advanced Baseline Imager) — прибор на американских спутниках GOES-16 и GOES-17 (серия GOES-R). ABI имеет 16 каналов, аналогичный спектральный охват и временное разрешение 5–10 минут. AHI и ABI близки по характеристикам, но AHI обеспечивает более высокое разрешение в видимых каналах (0,5 км против 0,5–1 км у ABI).
• FCI (Flexible Combined Imager) — прибор на европейских спутниках Meteosat Third Generation (MTG). FCI имеет 16 каналов, разрешение 0,5–2 км и временное разрешение 10 минут. AHI уступает FCI по числу каналов (16 против 16, но FCI включает дополнительные каналы для мониторинга CO₂ и O₃), но превосходит по частоте съёмки (2,5 мин против 10 мин).
• GOCI (Geostationary Ocean Color Imager) — корейский прибор на спутнике COMS (Communication, Ocean and Meteorological Satellite). GOCI имеет 8 каналов, разрешение 500 м и временное разрешение 1 час. AHI значительно превосходит GOCI по спектральному и временному охвату.

¶Интересные факты

• AHI способен обнаруживать молнии по вспышкам в видимом диапазоне, хотя для этой цели на спутниках Himawari-8/9 установлен отдельный прибор — Lightning Mapper (LM).
• Данные AHI свободно распространяются JMA через интернет в формате NetCDF и GeoTIFF, что делает их доступными для научных и образовательных целей.
• Спутники Himawari-8 и Himawari-9 находятся на геостационарной орбите на высоте около 35 800 км над экватором в точке 140,7° восточной долготы.
• В 2022 году JMA объявило о планах по запуску спутников Himawari-10 и Himawari-11, которые, вероятно, будут оснащены усовершенствованным имиджером следующего поколения.

¶Критика и ограничения

Несмотря на высокие характеристики, AHI имеет ряд недостатков. Основным из них является относительно низкое пространственное разрешение в инфракрасных каналах (2 км) по сравнению с полярно-орбитальными спутниками (например, MODIS — 1 км, VIIRS — 0,375 км). Это ограничивает точность наблюдений за мелкими объектами (например, отдельными пожарами или небольшими облаками). Кроме того, геостационарная орбита не позволяет получать изображения полярных регионов (выше 80° широты), что частично компенсируется данными с полярно-орбитальных спутников.

¶Источники

• Japan Meteorological Agency. Himawari-8/9 Satellite Users' Guide.
• Bessho, K., et al. (2016). An Introduction to Himawari-8/9 — Japan’s New-Generation Geostationary Meteorological Satellites. Journal of the Meteorological Society of Japan, 94(2), 151–183.
• Schmit, T. J., et al. (2017). A Closer Look at the ABI on the GOES-R Series. Bulletin of the American Meteorological Society, 98(4), 681–698.
• JMA. Himawari Real-Time Image Viewer. (Официальный сайт JMA, раздел спутниковых данных).
• EUMETSAT. Meteosat Third Generation — Flexible Combined Imager (FCI). Technical Documentation.