影响高空探测高度的因素与提高方法研究

郑百红

摘 要：高空探测主要为气象服务，要进行高空探测应该在探究高空探測高度的基础上进行。高空探测高度直接决定着天气预报的准确性，因此，掌握高空探测高度的提高方法至关重要。通过一定的高度可以进行资料的搜集，更好地为气象站提供可靠的数据。高空探测高度受到多种因素的影响，只有深入了解其影响因素，才能更好提高其高度。该文主要对影响高空探测高度的因素进行分析，以提出提高高空探测高度的主要方法。

关键词：高空探测高度 影响因素 提高方法

中图分类号：P412.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）02（b）-0053-02

高空探测的主要方式是以氢气球为载体，携带探空仪进行探索，以完成对高空压力、温度、湿度、风向等指标的测定和记录。这些记录的数据便是人们探索高空的资料，通过对资料的分析，从而准确进行天气预测。但高空资料的获取与高空探测高度直接相关，如果高度不正确，其获取的资料也相对片面，从而影响预测的准确性。此外，高空探测高度受到了多种因素的影响，其中最为主要的就是降水、空气阻力、净举力等，该文将据此提出一些解决措施。

1 影响高空探测高度的主要因素

1.1 降水对高空探测高度的影响

高空探测主要通过氢气球进行，气球在高空中，一定会受到大气对流层的影响。除此之外，如果遇到降雨，气球上升的高度也会受到影响。当下雨时，雨水密度也会严重影响气球的上升速率。对于密度相对较小的雨水，一般不会对气球上升造成影响；但对于密度较大的降水，通常伴随着下沉气流，又受到雨滴降落的阻力，会严重影响上升速度，甚至造成气球下降。当气球升至厚降水云层时，处于低层的气球通常表面附着一层水，当温度降低到零度以下，便会发生冻结的现象。冻结是一个放热过程，在这个过程中，气球表面一直呈现湿润状态，因此，会积聚大量的雪，从而增加了气球的重量，降低了其上升速率。

1.2 净举力对高空探测高度的影响

探空气球的主要材质为弹性胶，因此，具有一定的延伸性。当在其中充入氢气时，它会产生向上的浮力。净举力是单纯向上的力，它的大小与高空探测高度直接相关。净举力是一个物理量，通过物理学的方法测定得出，它直接反映了气球上升高度的速率。提及净举力，总举力也是一个应当了解的重要指标。它等于净举力和球以及附属物重量之和，当相关部门工作人员掌握了这几个指标后，便能对气球上升的速率进行控制。净举力越大，上升的高度越高，其高空数据就越全面。但净举力与高度变化的关联很大，当高度越高时，如果氢气球以及附属物、压力等为定值时，净举力也保持恒定。根据相关物理学知识可以得出：在保持压力、球重以及附属物重量、气温相对恒定时，净举力与空气密度直接相关，空气密度越大，它的净举力也相应较大。

1.3 空气阻力对高空探测高度的影响

在物理学中，力学是相对重要的一门学科。虽然净举力能够使气球上升，但对于任何运动的物体来说，阻力是不可避免的。阻力的作用是阻碍物体的运动，它与净举力的作用正相反。在高空探测过程中，气象部门通常使用探测气球进行探索，当气球施放以后，气球首先会受到净举力的作用向上移动，与此同时，也受到一定阻力的作用。在气球上升过程中，阻力并非是固定不变的，它主要受到两个因素的影响，分别是球与空气接触的横截面积大小以及空气密度。这两个因素的数值越大，它所受到的空气阻力也越大。因此，可以根据这些影响因素来降低阻力，从而提高气球的探测高度。

1.4 探测仪器对高空探测高度的影响

进行高空探测的主要探测仪器是由氢气球携带的探空仪，在进行高空探测时，常常用球炸率来衡量高空探测高度。球炸率高的气球施放高度也相对较高，反之亦然。提高球炸率是提高高空探测方法的主要途径。但球炸率也受到很多因素的影响，比如当球炸率提高时，需要对马达等设备质量进行设定，使其保持稳定的状态，与此同时，还应解决气球本身的问题，防止出现干扰。对于探空气球来说，它很容易受到阻力的作用发生形变，因此，需要对气球的形状进行考虑，主要包括圆、椭圆两种，通常椭圆形气球与圆形气球相比效果较好。另外，气球的材质也是关键，应该选择弹性较好的气球，弹性大的气球的延伸性较好、质量较高，能探测的高度也相对较高。此外，直径较大的气球，上升的高度较高。气球还应保持完整、均质，以便达到预期的高度，更好进行资料搜集。

1.5 大气环境对高空探测高度的影响

在气球施放后，很容易受到大气环境的作用，使得气球的上升速度和运动轨迹发生改变。通常大气乱流和大气对流是两种最为主要的影响因素。大气乱流是一种十分不规则的运动，它的各个参数随着时间不同也随机发生变化，规律很难掌握。大气乱流在运动时会产生一个垂直的力，从而对气球有所影响。大气乱流产生的原因也有迹可循，大气乱流与探空高度的风速有关，障碍物的阻力与大气乱流流速成正比。大气乱流与温度、垂直稳定性等多种因素有关，它的强度大小也直接决定着气球所受阻力的大小。当大气乱流的强度越大时，相应的气球阻力就越小，从而高空探测所达到的高度也就越高。大气对流也严重影响着探测高度。对流与乱流不同，它的运动是规则有序的，它主要是通过温差的变化，使得气流发生上升或者下降的运动，这是由于受热不均而引起的。由于热胀冷缩原理，在相对较冷的地方，气流通常会下降，而在相对较暖的地方则相反，因而形成了对流层。大气对流与气球所受阻力也直接相关，它通过改变阻力来进一步影响气球上升的高度，大气对流越强，其上升的高度就越大。

2 提高高空探测高度的主要方法

2.1 做好降水工作

在降水时，气球所受到的阻力会增加，从而会影响气球上升的速率，这主要是由于气球受到的阻力增大，而且气球本身由于积冰而导致气球重量增加，使得气球的上升速度大大降低，从而影响最终抵达的高度。在实际工作中，探测降雨和积冰时，应该适当增加净举力，必要时可达到3/4。

2.2 控制净举力

净举力是气球上升高度最为重要的影响因素。控制净举力对于提高探测高度来说至关重要。在控制净举力时，需要根据天气进行。当在晴天进行气球施放时，应该尽可能减少气球的直径，这一方面不会对净举力有所影响；另一方面，又能大大降低气球所受到的阻力，阻力降低可以提升探测高度。气球的直径决定着气球的体积，体积越大时，受到的阻力也越大。当雨天时，由于气球受到的阻力增大，因此，应该合理控制净举力。只有把握好净举力的大小，才能使气球到达最大高度。

2.3 注意气球的存放

在进行高空探测时，氢气球是一种重要的工具，因此，气球本身的属性十分重要。在气球施放之前，应注意气球的存放注意事项。在进行充气时，应该首先对气球进行检查，查看是否存在漏气现象，并对气球的弹性、质量进行检查。在充气时，应该控制速度，以使得气球上升的速度处于预定范围内。

2.4 加强对设施的检查

在进行高空探测前，应该仔细检查设施设备。电流电压对仪器的影响十分重要，在气球施放前，应该加强检查。另外，还要保证仪器的清洁。当发现问题时，应该及时进行处理。

3 结语

高空探测对于气象部门来说是一种十分重要的了解高空气象的方法，需要不断探索和分析。高空探测高度由于受到多种因素的影响，因此，可能会使得它的准确性大大降低。在实际探测中，需要根据精准的数据来不断积累，以便总结出提高高空探测高度的方法，从而搜集全面的高空资料，准确地进行天气预测。

参考文献

[1] 李茂，马佩强，谢近年，等.探空仪探测高度的影响因子分析[J].气象水文海洋仪器，2014（2）：42-44，47.

[2] 刘春芳.探空高度与多种影响因子之间的关系[J].黑龙江气象，2014（1）：32-33.