探空高度與多種影響因子之間的關(guān)系

劉春芳

（齊齊哈爾市氣象局，黑龍江 齊齊哈爾161006）

1 引言

常規(guī)高空氣象觀測(cè)是由探空氣球攜帶探空儀，以自由升空方式對(duì)大氣氣象要素和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等的變化進(jìn)行觀測(cè)，因此探空氣球施放高度越高，探測(cè)到的資料越多，為氣象預(yù)報(bào)和氣候分析提供的依據(jù)越多。近年來， 齊齊哈爾站使用的探空氣球都是由廣州與株洲兩廠生產(chǎn)的。

2 氣候條件

齊齊哈爾市屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候， 四季特點(diǎn)十分明顯：春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季暫短霜早，冬季干冷漫長(zhǎng)。 這樣多風(fēng)、多雨和干冷的環(huán)境，較難達(dá)到較高的探測(cè)高度。

3 氣球自身質(zhì)量

2011年中國(guó)氣象局與廠家為提高探測(cè)高度，要求各個(gè)臺(tái)站每月填寫探空儀與氣球質(zhì)量登記表，以方便廠家在生產(chǎn)工藝、配方、原材料、質(zhì)量控制等各方面采取措施，提高施放高度。 將此表與2012年的質(zhì)量報(bào)表重新匯總?cè)绫?。

表1 齊齊哈爾探空站2012年氣球質(zhì)量、探空高度統(tǒng)計(jì)表(單位：m)

根據(jù)中國(guó)氣象局有關(guān)的考核辦法規(guī)定，高度<26 000 m 視為不合格氣球。上表中的“其中雨”是指下雨天高度不合格的氣球。 從表1 中可以看出：在55 個(gè)不合格氣球中，雨、雪天占18 個(gè)，說明雨、雪天對(duì)氣球施放高度有影響；由于2012年庫(kù)存大部分是株洲產(chǎn)氣球，就一年的施放情況看，株洲氣球高度相對(duì)高一些，但問題氣球也相對(duì)多一些。

4 儲(chǔ)存條件對(duì)氣球的影響

（1）氣象氣球由天然乳膠和適量配合劑加工而成。 天然乳膠易與空氣中少量的臭氧產(chǎn)生反應(yīng)，還會(huì)在陽(yáng)光中紫外線的催化下與氧反應(yīng)。 氣球充氣或置于氣溫高或紫外線強(qiáng)的室外時(shí)，這種反應(yīng)速度更快。因此，氣球必須在適宜的溫度和盡可能避光、少氧的環(huán)境下儲(chǔ)存。

（2）天然乳膠中含有多種蛋白質(zhì)，在潮濕的環(huán)境下，蛋白質(zhì)容易變質(zhì)，影響產(chǎn)品的性能。 橡膠成分中的其他吸水材料在吸收水分后， 也會(huì)影響氣球的使用性能。 所以氣球在儲(chǔ)存中，相對(duì)濕度在70%以下為宜。

（3）氣球儲(chǔ)存在離地20 cm 的貨架上，并且每3個(gè)月需翻動(dòng)一次。 堆放層數(shù)不超過12 層，垛間相隔60 cm，以保持良好的通風(fēng)。

5 良好的氫氣氣源

氫氣是比重最輕的氣體， 電解水制出的氫氣純度可達(dá)99.5%以上，安全系數(shù)也相對(duì)較高。 使用同一型號(hào)的儀器，純度低時(shí)，充氣量就會(huì)多些,勢(shì)必造成球皮體積增大，在升空過程中，隨高度的增加球體逐漸膨脹，而球皮的膨脹極限是一定的，所以同一球皮，充入低純度的氫氣比充入高純度的氫氣爆炸高度低一些。

6 使用時(shí)對(duì)氣球的影響

(1)人為避免不利因素。 如果將氣球充灌好后置于室外，受太陽(yáng)暴曬、雨淋以及風(fēng)的不規(guī)則拽拉都會(huì)影響氣球的性能和施放高度。

(2)控制充氣速度。充氣速度不宜過快，一般15-20 min 為宜。 因?yàn)槌錃膺^快，突然的膨脹可能導(dǎo)致球皮局部出現(xiàn)薄點(diǎn)，隨著氣球的升空過程，內(nèi)外壓差會(huì)導(dǎo)致薄點(diǎn)過早爆炸。

(3)掌握凈舉力。 在外界天氣條件確定的情況下，控制氣球升速的快慢主要通過確定凈舉力來實(shí)現(xiàn),而凈舉力的大小直接影響升空高度。 在陰天，低云量較多的情況下，或有雨、雪的天氣下，要加大凈舉力。 大風(fēng)、霧霾天氣一般不做增減。 凈舉力與升速之間的關(guān)系為： , 式中：w 為氣球升速（m/min）;b1為升速系數(shù);ρ0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓;ρ 為實(shí)際大氣壓;A 為凈舉力;B 為球皮及附加物重,從式子中可看出，凈舉力與升速成對(duì)數(shù)關(guān)系，因此凈舉力應(yīng)適宜，不宜過大或過小。 如果凈舉力過大，升速就不易增大，反而由于充氣太多，球升空后球皮過度膨脹而早炸，沒有達(dá)到預(yù)期高度。 所以各地臺(tái)站應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況認(rèn)真研究適合本地的氣球凈舉力大小。

7 小結(jié)

(1)保證探空氣球施放高度的穩(wěn)定性，首先要按規(guī)定對(duì)氣球進(jìn)行儲(chǔ)存，同時(shí)保證氣球的質(zhì)量，提高氣球的總體性能。

(2)探空員要善于積累經(jīng)驗(yàn)，提高自身的技術(shù)。 比如，善于觀察天氣變化，適當(dāng)改變凈舉力、充灌氣球的速度和扎球方法等。