探空氣球?yàn)楦呖諝庀蟆鞍衙}”

棉花糖

前一陣子，中國(guó)的一只氣球因?yàn)椴豢煽沽σ蛩兀筮^(guò)海到了美國(guó)，讓美國(guó)人嚇了一大跳。這只氣球的下方懸掛了一左一右兩組太陽(yáng)能板，看起來(lái)和普通的氣球很不一樣。這只不小心“流浪”到美國(guó)的氣球到底是什么？其實(shí)它的名字叫“氣象探空氣球”，由于它飛得特別高，常常被人們誤以為是不明飛行物，然而氣象工作者卻親切地給它取名為“大白”。

探空氣球是一種氣象上用來(lái)探測(cè)從近地面到35000米高空的溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象要素的設(shè)備。那么，它是如何完成高空探測(cè)任務(wù)的呢？

氣象探空系統(tǒng)的組成及其功能

氣象探空系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：探空氣球、探空儀和地面接收雷達(dá)。

探空氣球是整個(gè)探測(cè)設(shè)備的載體，它就像運(yùn)載火箭一樣載著探空儀以8米/秒的速度飛向高空，實(shí)現(xiàn)對(duì)高空氣象要素的探測(cè)。探空氣球有幾種規(guī)格，一般根據(jù)重量來(lái)區(qū)分，常見(jiàn)的有300克、750克、1600克等，根據(jù)對(duì)探測(cè)高度要求的不同選用不同的規(guī)格，重量越大的氣球探測(cè)的高度越高。氣球里面一般充的是氫氣或者氦氣，以1600克的探空氣球?yàn)槔?，充氣后探空氣球在地面上的直徑可達(dá)2.5米，到了高空后，隨著氣壓減小，氣球就會(huì)慢慢膨脹，臨近爆炸時(shí)，氣球的直徑可達(dá)8米—11米，可謂壯觀。此外，探空氣球除了作為載體，風(fēng)向和風(fēng)速的獲取也是根據(jù)探空氣球的水平位移來(lái)計(jì)算的。

探空儀是高空探測(cè)的核心部件，由溫度、濕度、氣壓傳感器、測(cè)量電路、控制（解碼）電路、發(fā)射電路和電池等組成。探空儀被探空氣球帶到高空以后就不停地采集溫度、濕度、氣壓等氣象數(shù)據(jù)，并和地面接收雷達(dá)進(jìn)行通信，將采集的數(shù)據(jù)傳回地面氣象站。

地面接收雷達(dá)在探空氣球被釋放的瞬間就開(kāi)始跟蹤，探空氣球和探空儀飛到哪兒，雷達(dá)天線就跟蹤到哪兒，并不停地以詢問(wèn)的方式與探空儀對(duì)話，接收探空儀采集的數(shù)據(jù)，直到探空氣球爆炸。

探空氣球的探測(cè)過(guò)程

工作時(shí)，地面雷達(dá)利用對(duì)探空氣球的實(shí)時(shí)跟蹤來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)風(fēng)功能。隨著探空氣球升空，地面雷達(dá)發(fā)出詢問(wèn)信號(hào)，探空儀回答器對(duì)應(yīng)發(fā)出回答信號(hào)。根據(jù)每一次詢問(wèn)和回答信號(hào)之間的時(shí)間間隔和信號(hào)的來(lái)向，可以測(cè)定每一瞬間探空氣球位置，即它離地面雷達(dá)的直線距離、方位角、仰角，然后根據(jù)探空氣球隨風(fēng)飄移的情況，就可以推算出風(fēng)向、風(fēng)速。

與此同時(shí)，探空儀也會(huì)把采集到的不同高度層的溫度、濕度、氣壓數(shù)據(jù)不斷地發(fā)給地面接收雷達(dá)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)解碼再傳到計(jì)算機(jī)終端顯示繪圖，這樣就完成了對(duì)高空溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速的探測(cè)。

探空氣球與天氣預(yù)報(bào)的關(guān)系

探空氣球獲取的數(shù)據(jù)對(duì)每天的天氣預(yù)報(bào)至關(guān)重要。釋放探空氣球以后，地面接收雷達(dá)跟蹤與數(shù)據(jù)監(jiān)視便會(huì)同時(shí)進(jìn)行。探空氣球可以每秒傳回1組數(shù)據(jù)，1分鐘便能收集60組。這些對(duì)平常人來(lái)說(shuō)猶如“天書(shū)”的數(shù)據(jù)，對(duì)氣象專業(yè)人士來(lái)說(shuō)彌足珍貴。解讀之后，它們會(huì)成為每天天氣預(yù)報(bào)的依據(jù)。

探空氣球的釋放

每個(gè)氣象探空站每天至少釋放兩次探空氣球，分別在7時(shí)15分和19時(shí)15分。充入探空氣球的氫氣或氦氣量決定了探空氣球探測(cè)的高度。充入的氣體越多，探空氣球升速越快，但達(dá)到膨脹極限的高度也就越低，這就意味著在探空氣球破裂之前能夠探測(cè)的高度也不會(huì)太高。

從離開(kāi)工作人員手中的那一刻起，探空氣球時(shí)而水平飄移，時(shí)而向上運(yùn)動(dòng)。在上升過(guò)程中，探空氣球會(huì)穿越云層，遇到水滴、冰晶，還會(huì)穿越大風(fēng)區(qū)，其所處位置的溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速等也在不斷變化。氣象預(yù)報(bào)員根據(jù)探空氣球測(cè)得的氣象數(shù)據(jù)判斷未來(lái)的天氣狀況，比如風(fēng)的大小、降雨等天氣過(guò)程的生成和發(fā)展趨勢(shì)等。

探空氣球的生命很短暫。隨著探空氣球攀升的高度不斷上升，周圍空氣越來(lái)越稀薄，氣壓不斷減小，溫度持續(xù)降低。到某個(gè)臨界點(diǎn)，探空氣球就會(huì)爆炸，而整個(gè)探測(cè)過(guò)程也會(huì)在爆炸的一瞬間結(jié)束。探空氣球爆炸后，其殘骸將與探空儀一起順著氣流方向自由下落。

遇到電閃雷鳴，對(duì)于工作人員和探空氣球來(lái)說(shuō)都是相當(dāng)大的考驗(yàn)。因此在空曠草地上釋放探空氣球需時(shí)刻防止雷擊。假如遇上暴雨、霜凍等惡劣天氣，探空氣球在升空途中遭遇“不測(cè)”，工作人員還要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)立即再釋放一個(gè)探空氣球。所以，天氣狀況決定了釋放探空氣球的次數(shù)，如臺(tái)風(fēng)天常常要增加釋放探空氣球的次數(shù)，以便更好地監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)動(dòng)態(tài)；在夏季汛期，每天探空氣球的釋放次數(shù)還會(huì)額外增加1次。

高空探測(cè)從18世紀(jì)中期就已經(jīng)出現(xiàn)，從早期的風(fēng)箏探測(cè)、載人氣球探測(cè)及系留氣球探測(cè)，再到今天的無(wú)線電探空，高空探測(cè)技術(shù)一直在不斷革新發(fā)展。未來(lái)，氣球還將攜手中國(guó)北斗定位探空儀，帶著中國(guó)人的祝福和夢(mèng)想越飛越高。

知識(shí)小鏈接

Q：如果撿到探空氣球該怎么辦？

A：如果在野外撿到探空氣球，一般不需要?dú)w還氣象站。因?yàn)樘娇諝馇虺杀镜停矝](méi)有回收價(jià)值。只有少量科研需要回收探空氣球，比如科研用的系留氣球，其探空儀上一般會(huì)標(biāo)注“精密儀器，請(qǐng)勿拆卸，撿到有獎(jiǎng)勵(lì)，請(qǐng)聯(lián)系×××”，這種情況下應(yīng)當(dāng)歸還給相關(guān)聯(lián)系人。

不用擔(dān)心，探空氣球不會(huì)砸到我們頭上。因?yàn)樘娇諝馇蚵涞攸c(diǎn)大多在人煙稀少的郊區(qū)野外。而且，探空氣球上的所有儀器均無(wú)污染和爆炸危險(xiǎn)，下降速度也很慢。

Q：探空氣球是不是可以隨時(shí)隨地釋放？

A：釋放探空氣球需要申請(qǐng)空域，不是隨地可以釋放的，一般只有在有高空氣象站的地方才能見(jiàn)到。高空氣象站并不像地面氣象站數(shù)量那么多，全國(guó)有幾萬(wàn)個(gè)地面氣象站，但只有120個(gè)高空氣象站，北京也只有1個(gè)高空氣象站。

同樣，探空氣球釋放的時(shí)間也不是隨意的，而是固定的。如果你所在的城市有高空氣象站，那么在北京時(shí)間01時(shí)15分、07時(shí)15分、13時(shí)15分、19時(shí)15分，你可以選一個(gè)時(shí)刻和探空氣球來(lái)一次邂逅。無(wú)論天氣多么惡劣，這些氣象站都會(huì)照常營(yíng)業(yè)哦！