作者：杜傳耀 北京市氣象探測(cè)中心（北京市觀象臺(tái)）高級(jí)工程師

最近，一艘用于氣象等科研工作的無(wú)人飛艇登上了熱搜。這個(gè)“流浪”的氣球?qū)嶋H上是萬(wàn)米高空的聽(tīng)診器——?dú)庀筇娇諝馇?，它常常被人們誤以為是不明飛行物，但氣象工作者卻親切地給它取名為“大白”，“勇敢無(wú)畏的高空探險(xiǎn)家”也是對(duì)它的最高評(píng)價(jià)。

【資料圖】

氣象探空氣球是氣象上用來(lái)探測(cè)從近地面到35km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)的組成及各部門(mén)功能。氣象探空系統(tǒng)簡(jiǎn)單的講，主要由探空氣球、探空儀、地面數(shù)據(jù)接收雷達(dá)以及其他輔助設(shè)備組成。探空氣球是整個(gè)探測(cè)系統(tǒng)的載體，負(fù)責(zé)把探測(cè)設(shè)備運(yùn)載到高空；探空儀是高空探測(cè)系統(tǒng)的核心部件，負(fù)責(zé)高空氣象數(shù)據(jù)的采集并發(fā)回地面；地面數(shù)據(jù)接收雷達(dá)負(fù)責(zé)和探空儀進(jìn)行通信，接收探空儀采集的高空氣象數(shù)據(jù)。下面對(duì)主要組成部分詳細(xì)介紹。

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6-8m/s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，包括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，重量越大的氣球自然是探測(cè)高度越高。氣球里面一般充的是氫氣或者氦氣，1600克的氣球充氣后在地面直徑可達(dá)2.5米，到高空隨著氣壓減小，氣球就會(huì)慢慢膨脹，最后爆炸直徑可達(dá)8-11米，可謂壯觀。

此外，探空氣球除了作為載體之外，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，以及測(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在采集溫度、濕度、氣壓等氣象數(shù)據(jù)，并和地面的數(shù)據(jù)接收雷達(dá)進(jìn)行通信，將采集的數(shù)據(jù)傳回到地面氣象站。

地面接收雷達(dá)在探空氣球載著探空儀釋放的一瞬間就開(kāi)始跟蹤，氣球和探空儀飛到哪，雷達(dá)天線就跟蹤到哪，直到探空氣球爆炸，并不停地以詢問(wèn)握手的方式和探空儀對(duì)話，接收探空儀采集的數(shù)據(jù)。

探空氣球探測(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，探空氣球攜帶探空儀升空，隨著氣球升空，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)每一對(duì)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，就可以測(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)飄移情況，就可以推算出風(fēng)向、風(fēng)速。

在這同時(shí)，探空儀也將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)回地面，被地面數(shù)據(jù)接收雷達(dá)接收，被接收的信號(hào)通過(guò)解碼傳到計(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)。

氣象探空氣球是不是可以隨時(shí)隨地釋放呢？實(shí)際上氣象探空氣球的釋放需要申請(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，北京只有一個(gè)高空氣象站，位于南郊觀象臺(tái)。

同樣氣球釋放的時(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，總有那么一個(gè)時(shí)刻可以和高空氣球來(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！

氣象探空氣球發(fā)揮的作用。氣象探空氣球是掌控高空風(fēng)云變幻的重要手段。它猶如一個(gè)CT掃描儀，從地面到高空進(jìn)行逐層掃描，實(shí)現(xiàn)了從二維到三維立體的觀測(cè)，為天氣預(yù)報(bào)提供了豐富的高空氣象數(shù)據(jù)資料，促進(jìn)了預(yù)報(bào)水平的提高。

氣象探空氣球還多次出現(xiàn)在南極和青藏高原科考中，為全面評(píng)估這些地區(qū)的氣候變化提供了數(shù)據(jù)支撐。高空探測(cè)從18世紀(jì)中期開(kāi)始嘗試，先后采用風(fēng)箏探測(cè)，載人氣球探測(cè)及系留氣球探測(cè)，到今天的無(wú)線電探空，高空探測(cè)技術(shù)不斷革新發(fā)展。未來(lái)，這只氣球?qū)y手中國(guó)北斗定位探空儀帶著國(guó)人的祝福和夢(mèng)想越飛越高。