“流浪氣球”探秘

□袁嵐峰

最近，“流浪氣球”引起了大家極大的興趣。 這東西究竟是什么？

這里我挑選了幾個大家最關(guān)心的話題來跟大家分享——探空氣球的作用是什么？ 探空氣球如何回收？ 如果你想知道更多的技術(shù)細(xì)節(jié)，可以去看中國科學(xué)院大氣物理研究所季風(fēng)系統(tǒng)研究中心副主任魏科博士在“風(fēng)云之聲”寫的一篇文章。

（圖源自中科院地質(zhì)地球所）

（探空站。圖源自中科院地質(zhì)地球所

我們的天空分為很多層，包括我們所居住的對流層、臭氧層所在的平流層，以及更高的中間層、熱層和逃逸層。其中平流層環(huán)流異常往往是地面天氣的先兆和環(huán)流背景，是全球極端冷空氣的“發(fā)動機”。因此為了準(zhǔn)確預(yù)報天氣，對平流層的持續(xù)觀測在全球天氣和氣候研究中起到關(guān)鍵作用。承擔(dān)這一重要任務(wù)的，正是探空氣球。

是的，我們習(xí)以為常的天氣預(yù)報，根基就是這種最樸素的探測方式。每一天，全球近1300 個探空氣象站要同時放兩次探空氣球。你沒聽錯，同時！在同一時間，有些地區(qū)是白天，有些地區(qū)是深夜，有些地區(qū)晴空萬里，有些地區(qū)電閃雷鳴、狂風(fēng)暴雨，但無論什么情況，這1300 個探空站的工作人員都會放氣球，堅持世界氣象組織技術(shù)規(guī)范，真是了不起的國際合作。

在這每天兩次的觀測中，探空氣球走失的概率相當(dāng)可觀。即使排除天氣因素和機械故障，所有探空氣球都能準(zhǔn)確施放，也不是所有氣球都能順利到達(dá)平流層。在這1300個氣球中，大概有1000 個能飛到10 公里，800 個飛到20 公里，只有350 個飛到30 公里，可以說是一路向上飛，一路爆炸，一路夭折。有些氣球質(zhì)量奇好，甚至可以到達(dá)近50 公里高度。

探空氣球的原材料是天然乳膠，現(xiàn)在一般會添加防老化、耐寒等作用的添加劑。里面充的大多是氫氣，充氣后探空氣球的直徑大約為1.5～2 米。隨著升空大氣壓降低，氣球逐漸膨脹，到高空時直徑可達(dá)9 米甚至更大。氣球一般上升時間1～2小時，在此期間受高層風(fēng)影響，可以飄離施放點一兩百公里。

既然每天全球都要放飛2600 個氣球，那怎么回收氣球呢？答案是，不回收。早期是要回收的，如1930 年竺可楨建立的中央研究院氣象研究所曾兩次登報懸賞征求探空氣球的下落，但皆無音訊。然而現(xiàn)在不需要回收了，因為探測數(shù)據(jù)已經(jīng)在上升過程中實時傳給地面了。一方面，技術(shù)進(jìn)步使常規(guī)探測儀器成本大幅度降低到數(shù)百元；另一方面，如果你真要去找，在荒郊野嶺尋找儀器不僅成本巨大，也存在巨大的安全隱患。幾年前，魏科老師的團(tuán)隊曾經(jīng)在敦煌戈壁灘施放探空氣球，根據(jù)GPS 信息尋找氣球，用時半天，開車近百公里，卻無果而返。

（圖源自中科院地質(zhì)地球所）

（蘇聯(lián)自研的高空氣球。 圖源自中科院地質(zhì)地球所）

因此，現(xiàn)在的探空氣球上會印上明顯標(biāo)識，介紹這是氣象觀測儀器，無毒無害也無用，相當(dāng)于“光纖無銅，割盜無用”。例如，加拿大的探空氣球上寫著：“你不用還給我們。”美國的探空氣球上寫的是：“已經(jīng)無用，不用歸還，隨便怎么處置?！毙挛魈m的探空氣球?qū)懙米顬榘詺猓骸安挥脷w還，不值得修，還得麻煩校正，隨你處置，要么你砸了算了……”就算有好心人交回氣象部門，也沒有物質(zhì)獎勵，只能收到口頭感謝。因此全球的回收率都不高，不過，撿無線電探空儀成了不少人戶外運動的特殊愛好。

探空氣球經(jīng)常流浪出國。尤其是冬季，中緯度上空存在強大的西風(fēng)氣流，風(fēng)速可以達(dá)到100 米/秒以上，遠(yuǎn)高于超強臺風(fēng)的風(fēng)速。在這種西風(fēng)中，氣球上升到平流層中層時，已經(jīng)被吹出數(shù)百公里了。如果氣球質(zhì)量超級好，一路上升到平流層中高層（30 公里以上），那氣球會飄得更遠(yuǎn)。尤其在小國林立的地區(qū)，例如法國撿到瑞士的氣球，瑞士撿到法國的氣球，意大利撿到法國和瑞士的，都是常事了。各國也懶得就此在外交上說事。要是計較這個，那外交部門不用干其他事情了，畢竟管得了人，管不了風(fēng)?。?/p>

除了天氣預(yù)報之外，探空氣球還有很多作用。例如系留氣球（浮空艇），這類氣球在升空后，會通過纜繩將其拴住，調(diào)整纜繩長度控制其升空高度。它能攜帶多種探測儀器，對大氣成分和污染物等進(jìn)行觀測。我國科學(xué)家在南極、北極和青藏高原上都進(jìn)行過相關(guān)的觀測實驗。在2022年的“巔峰使命”珠峰科考中，我國科學(xué)家用浮空艇完成10 次升空大氣科學(xué)觀測，最高升空至9050 米，創(chuàng)造了浮空艇原位大氣科學(xué)觀測的世界紀(jì)錄。

在未來很長的時間里，探空氣球還是對大氣探測的主要手段之一，所以走丟幾個氣球的概率不低，可能也會有從天而降的探空儀器。如果你發(fā)現(xiàn)了UFO 等神秘現(xiàn)象，首先請想一下是不是氣象探空氣球，因為氣球如果正好被太陽照亮，看起來是很像飛碟的。

（珠峰氣候站點畫報。 圖源自中科院地質(zhì)地球所）

（魚雷形飛艇。 圖源自中科院地質(zhì)地球所）

近幾十年，飛艇也成為各國技術(shù)攻關(guān)的目標(biāo)。 自“十五”計劃以來，我國多家單位也開始了這方面的研究。某單位研制的飛艇可以在19～20km 高度駐空飛行30 天以上， 巡航速度為25m/s，目前已經(jīng)完成了3 天的關(guān)鍵技術(shù)試驗。