氣象氣球的應(yīng)用

最近本網(wǎng)站所在的浙江地區(qū)氣候很反常，先是副高持續(xù)不退，帶來了長久的高溫；緊接著是罕見的雙臺風(fēng)同時(shí)在西太平洋生成，一度有同時(shí)登錄之勢；而雙臺風(fēng)剛過，臺風(fēng)?？R上來襲……杭州市在昨晚就已經(jīng)受到了臺風(fēng)外圍運(yùn)氣的影響。氣象部門已經(jīng)投放了多個(gè)氣象氣球進(jìn)行風(fēng)速測試。

把無線電探空儀攜帶到高空，以便進(jìn)行溫度、壓力、濕度和風(fēng)探測的氣球。由天然橡膠或氯丁合成橡膠制成，有圓形、梨形等不同形狀。球重300－1000克（較小的升至一定高度會自爆），充入適量的氫或氦氣，可升達(dá)離地30－40㎞。高空氣象站使用的常規(guī)探測氣球升速一般為6～8米/秒，約上升到30千米高空后自行爆裂。

探空氣球是人類研究平流層的重要工具，在氣象學(xué)發(fā)展和天氣預(yù)報(bào)工作中起到了重要作用。今天，雖然更先進(jìn)的工具（探空火箭、氣象雷達(dá)、氣象衛(wèi)星等）廣泛應(yīng)用，但探空氣球仍是氣象研究中不可缺少的工具。

氣象氣球主要有如下幾種

探空氣球?yàn)閿y帶儀器上升進(jìn)行高空氣象要素測量，或?yàn)闇y定高空風(fēng)而裝備電子設(shè)備，或兩者兼有的自由氣球（見彩圖）。為了在空中，特別是在大氣較高層，使溫度感應(yīng)器不受太陽輻射的影響，除應(yīng)用溫度表防輻射罩外，還應(yīng)使它充分通風(fēng)，為此探空氣球的起始上升速度須達(dá) 5～6米/秒。探空氣球所能達(dá)到的最大高度，即球皮破裂時(shí)的臨界高度，基本上取決于橡膠球皮的質(zhì)量。在其他條件和升速均相同的情況下，球皮愈厚，則氣球所能達(dá)到的高度愈高。日常使用的重量 1公斤左右的探空氣球，85％以上可達(dá)30公里左右的高度。

系留氣球

用纜繩拴在地面絞車上的氣象氣球。隨著水平風(fēng)速的增大，系留氣球升高的傾斜度加大，因此，大風(fēng)天難以進(jìn)行觀測。為了使系留氣球在氣流中具有良好的穩(wěn)定性，氣球形狀有時(shí)做成流線型（見彩圖）。儀器設(shè)備或直接由氣球攜帶，在升空過程中進(jìn)行觀測，或吊掛在纜繩的不同高度上進(jìn)行觀測。它可以在一段較長的時(shí)間（幾小時(shí)至幾十小時(shí)）內(nèi)連續(xù)測量各選定高度上氣象要素的變化，而不象探空氣球只能一次性測量，且其測值只代表某大氣層內(nèi)的平均值。系留氣球探測特別適用于大氣污染監(jiān)測和研究大氣邊界層等。

定高氣球

在大氣中保持在等密度面上平穩(wěn)地隨氣流飄移的自由氣球。定高氣球的壽命取決于氣球的材料和氣球工作的高度。為使球皮耐壓性強(qiáng)和保氣性好，常用聚乙烯薄膜和聚脂薄膜，或由多層塑料薄膜壓制而成復(fù)合膜。復(fù)合膜球皮可以減小球內(nèi)氣體向外逸散的速率，經(jīng)受少量的超壓（球內(nèi)壓力超過環(huán)境大氣壓），延長氣球的壽命。也可采用在氣球下部開排氣口的方法，使球皮保持零壓狀態(tài)（球內(nèi)外氣壓相等），以防止氣球的破裂。漂移在數(shù)公里高度的定高氣球易受結(jié)冰和山脈影響而下沉破裂，而10～20公里高度以上的高空定高氣球，可工作數(shù)月到 2年以上。氣球的充氣量由需達(dá)到的平衡高度以及氣球和裝備的總重量來確定。目前大型定高氣球能攜帶300個(gè)下投探空儀，根據(jù)來自氣象衛(wèi)星的指令在指定地區(qū)下投，測量資料由定高氣球收集后再通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至地面站。這種與衛(wèi)星結(jié)合的定高氣球稱為母子定高氣球系統(tǒng)。定高氣球在測量氣團(tuán)屬性變化和大氣電學(xué)特性等方面已廣泛應(yīng)用。70年代全球大氣研究計(jì)劃第一次全球試驗(yàn)中，曾大量應(yīng)用定高氣球在赤道和低緯度地區(qū)以及南半球上空進(jìn)行環(huán)球水平大氣探測，用的是名為戈斯特（GHOST）氣球。

平流層氣球

升至平流層高度進(jìn)行探測的大型氣象氣球（見彩圖）。它采用現(xiàn)代定位跟蹤遙控遙測等技術(shù)，不同于常規(guī)的無線電探空氣球和定高氣球。它所攜帶的儀器能夠在指定地區(qū)下投回收。平流層氣球可觀測氣象要素、大氣成分、大氣電、大氣臭氧、太陽輻射，驗(yàn)證壓-高公式（見大氣運(yùn)動的平衡狀態(tài)）等。

平流層氣球具有10～30萬立方米或更大的容積，充氫氣后可以負(fù)載100～150公斤的儀器。目前已具有負(fù)載達(dá)1000公斤以上的大型氣球。平流層氣球是一種能完成20～40公里或更高的高空探測的觀測平臺。施放氣球一般要選擇適合的季節(jié)和天氣條件，結(jié)合各高度上的風(fēng)向、風(fēng)速情況加以控制，例如氣球的水平位置利用高、低層風(fēng)定位：低層為偏西風(fēng)使氣球東移，待升至平流層時(shí)又利用高層的偏東風(fēng)向西移動，以便在完成全過程探測后盡可能在接近施放場地加以回收；氣球的升降由地面遙控的排氣閥和平衡器進(jìn)行排氣或拋壓艙物來控制。

目前平流層氣球探測主要用于科學(xué)試驗(yàn)研究，它不僅用于大氣成分、臭氧、太陽常數(shù)、輻射量等探測，而且還用于高能物理、天文、空間物理等多學(xué)科的探測。