淺談提高探空氣球施放高度的方法

那子鑫

摘要：探空氣球施放高度是高空觀測業(yè)務考核指標中的一項重要指標。探空氣球施放的高度越高，所獲得的氣象數(shù)據(jù)就越多，為天氣預報提供了更為詳細的數(shù)據(jù)。本文根據(jù)我多年的工作情況，總結出了一些提高探空氣球施放高度的方法。

關鍵詞：探空氣球；施放高度

1 引言

探空氣球是以天然乳膠橡膠或橡膠塑料等材料制成的，充以氫氣、氦氣等氣體并攜帶探空儀升空，進行高空氣象觀測，獲取從地面至高空幾萬米高空中的氣象要素的一種氣球，它具有廉價無動力升高的特點。在高空氣象觀測工作中的五項業(yè)務考核指標中，探測高度直接影響到另外的四項。因此，探空氣球的施放高度對探空質量起著至關重要的作用。

2 影響探空氣球施放高度的因素

2.1球皮的制作工藝要求

探空氣球的幾何形狀要求近似于流線型，來減少氣球上升過程中空氣阻力及氣流的影響。球皮需厚薄均勻，不允許有破損、油污、長劃痕。球皮需要良好的耐極低溫的性能，因為氣溫在距離地面16000-20000米處是低于-80℃的高寒區(qū)，這對球皮的性能是一個極大的考驗，直接影響著最終的探空高度。若氣球在極低溫下的彈性越良好，膨脹系數(shù)越大，那么氣球的升空高度就會越高。同時，球皮需要很強的耐輻射老化和臭氧老化性能。

2.2球皮做工的優(yōu)劣

球皮做工的優(yōu)劣，直接影響著探空施放的高度。它可以從以下兩個方向來判斷：

1、做工好的球皮應該松弛而柔軟，有良好的彈性。觀察氣球表面是否有補丁，補丁較多說明球皮做工較差，一般以補丁較少或沒有補丁的較好。

2、從充氣的球嘴到球皮頂?shù)木嚯x越長，說明氣球越大。在同樣的施放條件下，氣球越大施放高度會相對較高。此外，氣球形狀有近似圓形和橢圓形兩種。我在多年的觀測中發(fā)現(xiàn)，橢圓形的球皮比圓形的球皮施放高度要高些。

2.3氣球的儲存

探空氣球應該有嚴格的運輸、保存要求。運輸、保存不當會對氣球的質量影響產(chǎn)生一定的影響，從而影響探空施放高度。

1、我們大家都知道，探空氣球是由天然乳膠和適量配合劑加工而成的。天然乳膠容易與空氣中的臭氧產(chǎn)生化學反應。同時，乳膠還會在陽光中紫外線的催化下與空氣中的氧產(chǎn)生反應。因此，在施放氣球之前，我們應該盡可能的減少氣球暴露在陽光下的時間。

2、天然乳膠中含有多種蛋白質。在潮濕的環(huán)境下，蛋白質容易變質，影響球皮的性能。同時，橡膠成分中的其他吸水材料在吸收水分后，也會影響氣球的使用性能。

2.4凈舉力對探空施放高度的影響

為了得到合理的氣球升速，我們應該施加合理的凈舉力。凈舉力的計算公式如下：凈舉力= 總舉力- 球皮重量- 掛繩重量- 探空儀重量，即，我們應該根據(jù)施放氣球時，以及施放之后一段時間的天氣狀況，綜合判斷應該充入氫氣或者氦氣的量。在實際操作過程中，一個橢圓形的氣球和一個圓形的氣球，在相同天氣條件下施加相同的凈舉力，前者受到的空氣阻力面小而可能升速會快一點。因此，根據(jù)球形施加凈舉力是一個應考慮的因素。充氣量要根據(jù)天氣的變化適度把握，各地區(qū)應根據(jù)實踐摸索出適于本地的凈舉力，這樣才能保證既符合高空觀測業(yè)務規(guī)范的要求，又提高探空氣球的施放高度。以福州探空站為例，在復雜天氣施放氣球，我們會先看一下整個福建省的雷達拼圖，判斷氣球施放前后的大概天氣情況。如果發(fā)現(xiàn)站點周圍區(qū)域有強回波，或者未來一段時間內(nèi)會有強回波移動到福州境內(nèi)，則應多加氣，讓氣球盡快沖出雨區(qū)，避免氣球被壓下。

3提高探空施放高度的一些方法

3.1 球皮的保養(yǎng)

（1）儲存得當。儲存時應避免陽光直射。氣球儲存在離地20cm的貨架上，每3個月需翻動一次。堆放層數(shù)不超過12層，垛間間隔60cm，以保持良好的通風。室內(nèi)溫度保持在0℃-28℃，相對濕度在70%以下。

（2）增加彈性。氣球經(jīng)長期儲存，球皮會老化，彈性會減小。因此球皮不要一次性購買太多。出產(chǎn)時間在一年以內(nèi)的球皮為最好。球皮應即開即用，打開包裝時間過長，會加速球皮的老化。

3.2 良好的氣源

以氫氣為例，在同樣凈舉力的條件下，氫氣的純度低，充氣量就會更多一些。這會造成球皮體積比充入高純度氫氣時更大。在氣球升空的過程中，氣球的體積逐漸變大，所以同一張球皮，充入低純度氫氣的球炸高度會比充入高純度氫氣低一些。

3.3氣球充灌的注意事項

1、待施放的球皮取出后，勿接觸表面粗糙、鋒利的物體。灌球人員在充灌氣球的過程中，提倡戴上棉質手套，盡可能把人為對球皮造成的損傷降到最低。充灌過程中，球皮應輕輕地展開放在干凈的墊面上。灌球時間控制在施放前30min 開始最佳。充氣前先把球內(nèi)空氣擠出，再慢慢的灌入氫氣，一個750g的氣球充氣一般在20 min 左右。緩慢的充氣可減少球皮產(chǎn)生的劇烈摩擦，充入的氫氣溫度不得超40℃。在充氣過程中，當充入的氫氣或氦氣稍稍把球皮撐飽滿時，停止充氣，耳朵貼近氣球仔細聽聽有沒有球皮破洞漏氣的聲音，若有發(fā)現(xiàn)，應及時更換球皮。確定沒有問題后，再繼續(xù)充氣直到所需的凈舉力為止。充氣好后要再次檢查有無漏氣，因故不能及時施放時，氣球在空氣中的停置時間不宜超過30 min，以免球皮與空氣中的臭氧和氧氣產(chǎn)生反應，影響球皮質量。

2、選擇施放的球皮應該根據(jù)施放時的天氣狀況而定。以福州探空站為例，我們站里有兩個廠家生產(chǎn)的球皮：株洲球和廣州球。株洲球球皮較厚一些，廣州球的球皮較薄較軟，同時廣州球的球型又較株洲球的球型更好一些。經(jīng)過長時間的施放總結后發(fā)現(xiàn)，在晴好的白天，施放株洲球能獲得較高的施放高度；在雨天以及晚上，施放廣州球能獲得較高的施放高度。另外，如在19時施放氣球時的天氣為雨天，廣州球用煤油進得處理，會增加球皮的彈性，同時，雨水更加容易從球皮表面劃下，大大減少了因雨水滯留的球皮表面結冰后將氣球壓下的可能。

3、充氣結束后，氣球球嘴要扎緊以防漏氣。扎球時要使繩盡量靠近平衡器。因為這樣可以適當增加球體的膨脹空間，有利于提高施放高度。

3.4 電池的浸泡：探空儀升空至球炸，需要靠電池進行供電，電池電壓的高低決定了探空信號的好壞，因此電池的浸泡顯得極為關鍵。在1 L水中加入少量鹽并用溫水浸泡。冬季氣溫低，電池與水反應的時間會相應變長，因此水溫可以高一些，并多加些鹽，可減少電池浸泡的時間，測量電池電壓應當在18V至22V之間較好。

3.5 儀器的裝配：儀器的裝配也是一項非常仔細的過程，為保證探空信號的正常，應注意以下幾點：儀器裝配好后再次檢查探空儀序號是否一致，發(fā)射板與智能板連接處是否插緊，裝配是否牢固。裝配好儀器之后，應檢查電腦軟件上回波信號是否正常，若不正常則應盡快更換儀器，以免造成施放不合格儀器或儀器在升空過程中可能發(fā)生的信號突失，影響探空施放高度。

4 結論

以上方法均為我在工作實踐中的總結。我們在實際工作中應綜合各種因素，通過實踐不斷摸索適用于當?shù)氐挠行мk法，逐步提高探空氣球的施放高度。

參考文獻

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（作者單位：福建省氣象臺）