浅谈提高探空气球施放高度的方法

那子鑫

摘要：探空气球施放高度是高空观测业务考核指标中的一项重要指标。探空气球施放的高度越高，所获得的气象数据就越多，为天气预报提供了更为详细的数据。本文根据我多年的工作情况，总结出了一些提高探空气球施放高度的方法。

关键词：探空气球；施放高度

1 引言

探空气球是以天然乳胶橡胶或橡胶塑料等材料制成的，充以氢气、氦气等气体并携带探空仪升空，进行高空气象观测，获取从地面至高空几万米高空中的气象要素的一种气球，它具有廉价无动力升高的特点。在高空气象观测工作中的五项业务考核指标中，探测高度直接影响到另外的四项。因此，探空气球的施放高度对探空质量起着至关重要的作用。

2 影响探空气球施放高度的因素

2.1球皮的制作工艺要求

探空氣球的几何形状要求近似于流线型，来减少气球上升过程中空气阻力及气流的影响。球皮需厚薄均匀，不允许有破损、油污、长划痕。球皮需要良好的耐极低温的性能，因为气温在距离地面16000-20000米处是低于-80℃的高寒区，这对球皮的性能是一个极大的考验，直接影响着最终的探空高度。若气球在极低温下的弹性越良好，膨胀系数越大，那么气球的升空高度就会越高。同时，球皮需要很强的耐辐射老化和臭氧老化性能。

2.2球皮做工的优劣

球皮做工的优劣，直接影响着探空施放的高度。它可以从以下两个方向来判断：

1、做工好的球皮应该松弛而柔软，有良好的弹性。观察气球表面是否有补丁，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较好。

2、从充气的球嘴到球皮顶的距离越长，说明气球越大。在同样的施放条件下，气球越大施放高度会相对较高。此外，气球形状有近似圆形和椭圆形两种。我在多年的观测中发现，椭圆形的球皮比圆形的球皮施放高度要高些。

2.3气球的储存

探空气球应该有严格的运输、保存要求。运输、保存不当会对气球的质量影响产生一定的影响，从而影响探空施放高度。

1、我们大家都知道，探空气球是由天然乳胶和适量配合剂加工而成的。天然乳胶容易与空气中的臭氧产生化学反应。同时，乳胶还会在阳光中紫外线的催化下与空气中的氧产生反应。因此，在施放气球之前，我们应该尽可能的减少气球暴露在阳光下的时间。

2、天然乳胶中含有多种蛋白质。在潮湿的环境下，蛋白质容易变质，影响球皮的性能。同时，橡胶成分中的其他吸水材料在吸收水分后，也会影响气球的使用性能。

2.4净举力对探空施放高度的影响

为了得到合理的气球升速，我们应该施加合理的净举力。净举力的计算公式如下：净举力= 总举力- 球皮重量- 挂绳重量- 探空仪重量，即，我们应该根据施放气球时，以及施放之后一段时间的天气状况，综合判断应该充入氢气或者氦气的量。在实际操作过程中，一个椭圆形的气球和一个圆形的气球，在相同天气条件下施加相同的净举力，前者受到的空气阻力面小而可能升速会快一点。因此，根据球形施加净举力是一个应考虑的因素。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。以福州探空站为例，在复杂天气施放气球，我们会先看一下整个福建省的雷达拼图，判断气球施放前后的大概天气情况。如果发现站点周围区域有强回波，或者未来一段时间内会有强回波移动到福州境内，则应多加气，让气球尽快冲出雨区，避免气球被压下。

3提高探空施放高度的一些方法

3.1 球皮的保养

（1）储存得当。储存时应避免阳光直射。气球储存在离地20cm的货架上，每3个月需翻动一次。堆放层数不超过12层，垛间间隔60cm，以保持良好的通风。室内温度保持在0℃-28℃，相对湿度在70%以下。

（2）增加弹性。气球经长期储存，球皮会老化，弹性会减小。因此球皮不要一次性购买太多。出产时间在一年以内的球皮为最好。球皮应即开即用，打开包装时间过长，会加速球皮的老化。

3.2 良好的气源

以氢气为例，在同样净举力的条件下，氢气的纯度低，充气量就会更多一些。这会造成球皮体积比充入高纯度氢气时更大。在气球升空的过程中，气球的体积逐渐变大，所以同一张球皮，充入低纯度氢气的球炸高度会比充入高纯度氢气低一些。

3.3气球充灌的注意事项

1、待施放的球皮取出后，勿接触表面粗糙、锋利的物体。灌球人员在充灌气球的过程中，提倡戴上棉质手套，尽可能把人为对球皮造成的损伤降到最低。充灌过程中，球皮应轻轻地展开放在干净的垫面上。灌球时间控制在施放前30min 开始最佳。充气前先把球内空气挤出，再慢慢的灌入氢气，一个750g的气球充气一般在20 min 左右。缓慢的充气可减少球皮产生的剧烈摩擦，充入的氢气温度不得超40℃。在充气过程中，当充入的氢气或氦气稍稍把球皮撑饱满时，停止充气，耳朵贴近气球仔细听听有没有球皮破洞漏气的声音，若有发现，应及时更换球皮。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，因故不能及时施放时，气球在空气中的停置时间不宜超过30 min，以免球皮与空气中的臭氧和氧气产生反应，影响球皮质量。

2、选择施放的球皮应该根据施放时的天气状况而定。以福州探空站为例，我们站里有两个厂家生产的球皮：株洲球和广州球。株洲球球皮较厚一些，广州球的球皮较薄较软，同时广州球的球型又较株洲球的球型更好一些。经过长时间的施放总结后发现，在晴好的白天，施放株洲球能获得较高的施放高度；在雨天以及晚上，施放广州球能获得较高的施放高度。另外，如在19时施放气球时的天气为雨天，广州球用煤油进得处理，会增加球皮的弹性，同时，雨水更加容易从球皮表面划下，大大减少了因雨水滞留的球皮表面结冰后将气球压下的可能。

3、充气结束后，气球球嘴要扎紧以防漏气。扎球时要使绳尽量靠近平衡器。因为这样可以适当增加球体的膨胀空间，有利于提高施放高度。

3.4 电池的浸泡：探空仪升空至球炸，需要靠电池进行供电，电池电压的高低决定了探空信号的好坏，因此电池的浸泡显得极为关键。在1 L水中加入少量盐并用温水浸泡。冬季气温低，电池与水反应的时间会相应变长，因此水温可以高一些，并多加些盐，可减少电池浸泡的时间，测量电池电压应当在18V至22V之间较好。

3.5 仪器的装配：仪器的装配也是一项非常仔细的过程，为保证探空信号的正常，应注意以下几点：仪器装配好后再次检查探空仪序号是否一致，发射板与智能板连接处是否插紧，装配是否牢固。装配好仪器之后，应检查电脑软件上回波信号是否正常，若不正常则应尽快更换仪器，以免造成施放不合格仪器或仪器在升空过程中可能发生的信号突失，影响探空施放高度。

4 结论

以上方法均为我在工作实践中的总结。我们在实际工作中应综合各种因素，通过实践不断摸索适用于当地的有效办法，逐步提高探空气球的施放高度。

参考文献

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[4]魏珊珊，孔令杰. 浅析高空气象观测气球的选用.贵州气象，2013，（3）：57-58

[5]李云霞，谢金涛. 浅谈影响探空气球施放高度因素.科技资讯，2014，231

（作者单位：福建省气象台）