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气象探空气球正飞向高空 图/视觉中国 |
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2022年12月11日，一名美国空军成员在美国航空母舰波特兰号上部署气象气球 图/视觉中国 |
□杜传耀 最近，一艘用于气象等科研工作的无人飞艇上了热搜。这个“流浪”气球其实是万米高空上的“听诊器”——气象探空气球。它常常被人们误以为是“不明飞行物”，但气象工作者却亲切地给它取名为“大白”，“勇敢无畏的高空探险家”也是对它的极高评价。 气象探空气球是气象上用来探测从近地面到35km高空的温度、湿度、气压、风向、风速等气象要素的设备。那么它是如何完成高空探测任务的呢？ 气象探空系统=探空气球+探空仪+地面接收雷达 ▶ 探空气球 探空气球是整个探测设备的载体，它就像运载火箭一样，载着探空仪以6-8m/s的速度飞向高空，实现对高空气象要素的探测。 探空气球有几种规格，一般根据重量来区分，包括300克、750克、1600克等，根据对探测高度要求的不同可选用不同的规格。重量越大的气球探测的高度自然越高。 这种气球里面一般充的是氢气或者氦气。1.6千克的气球充满气后，在地面直径可达2.5米，到高空随着气压减小，气球就会慢慢膨胀，最后爆炸直径可达8米到11米，可谓壮观。 此外，探空气球除了作为载体，还可以根据它的水平位移来获取当时的风向和风速等相关数据。 ▶ 探空仪 探空仪是高空探测的核心部件，由温度、湿度、气压传感器以及测量电路、控制（解码）电路、发射电路和电池等组成。 探空仪被探空气球带到高空以后就会不停地采集温度、湿度、气压等气象数据，并和地面的数据接收雷达进行通信，将采集的数据传回到地面气象站。 ▶ 地面接收雷达 地面接收雷达在探空气球载着探空仪释放的一瞬间就开始跟踪工作了。气球和探空仪飞到哪，雷达天线就跟踪到哪，直到探空气球爆炸。其间，雷达还会不停地以询问、握手的方式和探空仪对话，接收探空仪采集的数据。 雷达跟踪探测过程 工作时，地面雷达利用对探空气球的实时跟踪来实现测风功能。探空气球携带探空仪升空，随着气球升空，地面雷达发出询问信号，探空仪回答器会对应发出回答信号。根据每一对询问和回答信号之间的时间间隔和信号的来向，就可以测定每一瞬间探空气球位置，即它离地面雷达的直线距离、方位角、仰角，然后根据探空气球随风飘移情况，就可以推算出风向、风速。 与此同时，探空仪也将采集到的不同高度层的温度、湿度、气压数据，不断地发回地面，信号会被地面数据接收雷达接收。被接收的信号通过解码再传到计算机终端，并显示绘图，这样就完成了对高空温度、湿度、气压、风向、风速的探测。 气象探空气球不可随时随地释放 实际上气象探空气球的释放需要申请空域，不是随地可以释放的。一般只有在有高空气象站的地方才能见到气象探空气球。 高空气象站并不像地面气象站数量那么多，全国有几万个地面气象站，但只有120个高空气象站。中国北京就只有一个高空气象站，位于南郊观象台。 同样，气球释放的时间也不是随意的，而是固定的。如果你所在的城市有高空气象站，那么在北京时间01时15分、07时15分、13时15分、19时15分，总有那么一个时刻可以和高空气球来一次邂逅。无论天气多么恶劣，这些气象站都会“照常营业”。 气象探空气球发挥的作用 气象探空气球是掌控高空风云变幻的重要手段。它犹如一个CT扫描仪，从地面到高空进行逐层扫描，实现了从二维到三维立体的观测，为天气预报提供了丰富的高空气象数据资料，促进了预报水平的提高。 气象探空气球还多次出现在南极和青藏高原的科考活动中，为全面评估这些地区的气候变化提供数据支撑。 高空探测从18世纪中期已开始尝试，先后采用风筝探测、载人气球探测及系留气球探测，再到今天的无线电探空，高空探测技术一直在不断革新发展。未来，这只气球还将携手中国北斗定位探空仪，带着中国人的祝福和梦想越飞越高。 （来源 蝌蚪五线谱）
