浅析高空气象观测气球的选用

2013-08-15魏珊珊孔令杰

中低纬山地气象 2013年2期

关键词：探空充气高空

魏珊珊，孔令杰

(海南省三沙市气象局，海南三沙 573100)

浅析高空气象观测气球的选用

魏珊珊，孔令杰

(海南省三沙市气象局，海南三沙 573100)

该文通过分析高空气象观测业务中所使用的气球颜色和天气情况的运用关系，介绍气球的使用技巧及如何判断球皮的质量好坏和保管方法，可以有效地提高高空气象观测气球施放高度及业务质量。

高空气象观测;气球;选用

1 引言

高空气象观测气球是以天然乳胶橡胶或橡胶塑料等材料制成球皮，充以氢、氦等比空气轻的气体携带仪器升空，进行高空气象观测的一种器材。它作为升空器具，具有廉价无动力升高的特点，用于观测不同高度中的气象要素，因此球皮的升速、质量优劣及颜色的选择直接决定着观测高度的高低，而气球施放高度也是业务质量考核的一项重要指标。本文根据高空气象观测业务规范和行业标准，结合笔者多年的高空气象观测实践，分析、总结出一些经验，供台站实际工作中参考。

2 气球的分类及颜色的选择

我们把尚未充气的观测气球简称为球皮，根据业务的不同球皮分为两大类。

2.1 探空气球

目前台站使用的探空气球均为乳白色，该气球携带GTS1型数字式探空仪器，可升至30 km左右的高度，平均升速为400 m/min左右，与L波段测风雷达配合进行业务观测。把气球和探空仪作为探空雷达的跟踪物，可观测高空温、压、湿及高空风随高度的分布情况。

2.2 测风气球

测风气球按业务又可分为小球和大球。小球充灌氢气/氦气后与测风经纬仪配合使用，不携带附加物(除夜间携带照明灯外)升速为200 m/min。大球携带回答器，可升至30 m左右的高度，升速为400 m/min，与测风雷达配合进行观测。小球和大球都只能作为气流运动的跟踪物，测定高空风随高度的分布情况。

我国高空站使用的基本上都是乳白色的探空专用气球，而测风气球有红色、黑色、白色。在充灌气球前，应根据当时的天气状况，确定气球的颜色，以使气球能与天空背景颜色区别开来，只有选择合适的球皮颜色，才能为提高施放高度奠定基础。

红色气球在白色光的照射下，红色与白色云天背景形成较强的颜色反差，加上红光波长较长，在大气中传播时散射削弱较少，就算通过透明度较差大气层时，也能观测到比较高的高度。因此红色球皮适宜在有透光程度较好的中、高云，有雾现象，黄昏或非阴天、天空呈乳白色时使用。

黑色气球在云层较厚、较低时太阳光被云滴散射使云层呈现出灰蓝色，气球在云层下面的散射光照射下，黑色气球吸收透射到球皮上的光线呈现出黑色，刚好与灰蓝色的云天有较强的亮度对比，使观测员能较好的跟踪气球的空间移动位置。因此黑色气球适宜天空阴暗时或垂直能见度不良、阴天或透光程度较差的中、低云时使用。

白色气球一般适用于晴空蓝天，大气透明度比较好，太阳光照射到白色球皮上，与蔚蓝色的天空背景之间有很强的亮度对比，当天空晴朗时白色吸热性差，不易增温提前球炸，这也是提高观测高度的方法。因些白色气球适宜垂直能见度较好少云，天空呈蔚蓝色时使用。

3 球皮优劣的判断

影响探空气球施放高度的因素，主要是球皮的质量，球皮优劣可从如下两方面来判断。

①可用手慢慢的拉扯球皮，感觉球皮松弛而柔软，展开球皮后，无大的皱折和明显的薄厚差别，说明气球质量比较好。弹性差的球皮薄厚不均匀。检查球皮上的补丁，补丁较多说明球皮做工较差，一般以补丁较少或没有补丁的为较好。

②从充气的球嘴到球皮顶的距离越高，说明气球较大，施放高度会较高。此外气球形状有近似圆形和椭圆形2种，在多年的观测业务实践中发现，椭圆形的球皮比圆形的球皮施放高度要高些，因此，椭圆形球皮是业务施放的首选气球。

4 气球的保管

近年来因探空气球的运输、保存不当对气球的质量影响很大，而造成观测达不到规定的最低高度的事件时有发生，因此掌握正确的保存气球的方法，应引起台站工作人员的高度重视。在运输及野外作业时，对包装箱要密封遮盖，禁止风吹、日晒、雨淋。球皮整箱保存时应在通风良好，阴凉干燥的库房内、相对湿度70%以下，库房温度应保持在20～30℃。温控器、照明灯等发热物体要与之相距1 m以上。气球应码放在离地20 cm以上的架子上，堆垛不宜过大，且堆垛间应保持5～10 cm以上的距离。球皮不能与油类、铜、锰等金属及酸碱性有害的物质一起存放。应做到“先进先出”的原则，即出厂日期早的气球先用，每隔3个月应翻转气球一次，但在库房的贮存期不宜超过18个月。

5 气球使用时的技巧

①充灌气球之前应打扫充气房的垫面卫生，球皮不能接触表面粗糙物或勾爪物体(如石头、砂粒、金属物等)，充气前不应拉扯或揉搓球皮，防止水份及其他杂物混入，应轻轻地展开放在干净的垫面上。施放前30 min准备充气，先把球内空气挤出，慢慢的灌入氢/氦气，充气不宜过快(一个750 g气球充气一般在20 min左右)缓慢的充气可避免球皮产生剧烈摩擦，充入的氢/氦气温度不得超40℃。气球微微鼓起时关闭充气阀，仔细检查有无漏气之处，确定没有问题后，再继续充气直到所需的净举力为止。充气好后要再次检查有无漏气，因故不能及时施放，停置时间不宜超过30 min。

②不同地区天气变化对探空气球的升速有很大的影响，从而影响施放高度。充气前根据天气情况调节好净举力，净举力要尽可能与高空观测业务规定的标准相接近。具体计算方法如下：

净举力=总举力－球皮重量－挂绳重量－探空仪重量

即净举力=平衡器重量+砝码重量－挂绳重量－探空仪重量

一般来说，晴天时高空站处于高压区，气球升速较快，球炸高度较高;雨天气压较低，气球升速较慢，球炸高度较低。对于某个气球而言，它的爆破直径是个定数。晴天云量少时净举力不宜过大，达到一定净举力后，升速就不容易增大了，这种情况下如果净举力增加很多，而升速的增加却很少，导致气球的直径加大，升空后随着高度升高，它的体积增加(体积与外部压力成反比)，到达爆破直径的高度必然降低，反而严重的影响了施放高度，但台风或大暴雨天气时，根据笔者多年工作的经验，充气要比晴天时多充10%的左右的氢气，必须要充有足够的净举力，不然气球将升不上去会被雨水压制，往往达不到业务所规定的的施放高度。因此充气量要根据天气的变化适度把握，各地区应根据实践摸索出适于本地的净举力，这样才能保证既符合高空观测业务规范的要求，又提高探空气球的施放高度。