探空氣球

探空氣球

把探空儀器帶到高空進行溫度、大氣壓力、濕度、風速風向等氣象要素測量的氣球
探空氣球在對于研究大氣中的各種物理過程以及天氣分析和預報等氣象服務工作中起到了重要作用。同時,它也是人類研究大氣層的重要工具。探空氣球本身并不能探測氣象信息,主要由它攜帶的探空儀發揮作用。探空儀裡有許多電子元件,可以探測各種氣象要素,包括大氣中各高度上的氣壓、溫度、濕度随時間和空間分布。,探空氣球傳回的數據對每天氣象預報至關重要[2]。
  • 中文名:探空氣球
  • 外文名:sounding balloon
  • 别名:
  • 相關術語:氣象氣球,無線電探空
  • 學科分支:大氣探測

特點和用途

探空氣球主要用于把無線電探空儀攜帶到高空,以便進行溫度、壓力、濕度和風等氣象要素的探測。探空氣球有圓形、梨形等不同形狀。球重300~1500克(較小的升至一定高度會自爆),充入适量的氫氣或氦氣,可升達離地30~40千米。高空氣象站使用的常規探測氣球升速一般為6~8米/秒,約上升到30千米高空後自行爆裂。

探空氣球是人類研究平流層的重要工具,在氣象學發展和天氣預報工作中起到了重要作用。探空氣球投資少,成本低,見效快,相對載重量大,飛行時間長,攜帶儀器姿态穩定,觀測數據資料精度高、用時短,靈活性大,施放不受地域和氣候因素影響。目前,雖然更先進的工具如探空火箭、氣象雷達、氣象衛星等廣泛應用,但探空氣球仍是氣象研究中不可缺少的工具,常用于作為其他探測儀器的标定。

材料

二次世界大戰之前,各國均采用天然膠乳;二次世界大戰之後,主要采用天然膠乳和氯丁膠乳兩種;目前,世界上生産氣球的總的發展趨勢是使用氯丁膠乳。

原理

探空氣球作為一個載體,攜帶探空儀器升空,上升過程中探空儀器測定不同高度和經緯度的溫度、氣壓、空氣濕度等氣象數據并将其通過無線電信号發回地面,從而獲得空中的氣象要素值。此外,通過氣球攜帶經緯度儀或者地面追蹤氣球軌迹的方法,還可計算出高空的風向和風速。

發展簡況

1902年德國氣象學家阿斯曼提出利用橡膠氣球結合經緯儀追蹤探測大氣及風的方法。

1927年在氣象學家莫爾恰諾夫的領導下,蘇聯研究出梳齒式無線電探空儀,促進了橡膠膠乳氣球的發展。

1955年北京橡膠研究院利用國産天然乳膠為原料研制出測雲測風氣象氣球,并在廣州成立中國首家膠乳氣球生産廠家——第十一橡膠廠。

1956年第十一橡膠廠開始生産10#、20#、30#、50#測雲測風天然膠乳氣球。随後陸續生産80#、120#、200#天然膠乳探空氣球。

1965年于雲南昆明近郊組建化工部乳膠工業研究所,研制出氯丁膠乳氣球。随即陸續研制出1500克、950克、750克(自重)等型号的天然膠乳探空氣球,基本完成天然膠乳氣象氣球的系列化研究。

1972年北京乳膠廠也開始生産天然膠乳測雲測風氣球。至此中國膠乳氣球生産規模發展成兩廠一所。

近幾十年來探空氣球的用法發展到用氣球攜帶各種無線電探測器升空,從而測定高空各高度上的溫度、濕度和氣壓等氣象要素,同時利用雷達對自由飛行的氣球定位獲得經度、緯度和高度數據,使膠乳氣球的發展更上一層樓。

目前世界各國都先後應用和發展了氣象用膠乳氣球系列,包括低空測風、測雲氣球,高空探空氣球。

進入衛星測量時代,探空氣球依然必不可少。探空氣球是實地觀測,代表了最真實的大氣狀況。衛星通過反演的雲圖自上而下觀測廓線,得到的結果往往包含了整層大氣的數據,比如衛星資料裡對流層溫度和平流層溫度雖然通過不同通道獲取,但是實際溫度資料裡包含了大量的其他層次的信号。對流層溫度信号一直有其他信号夾雜其中。同理,平流層溫度信号也包含了大量的對流層溫度,并不能準确地反映某個層次的真實情況。如果用這樣的溫度序列分析長期趨勢,則會低估溫室效應造成的對流層增暖效應和平流層降溫效應。此外,要平穩獲取大氣垂直剖面較密集的數據點,尤其是對風場的直接測量,要求探空設備移動速度不能過快,因此像探空火箭這種非浮空器還真做不來。直到今天,探空氣球仍是高空氣象最主要的直接探測方式

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