探空气球为高空气象“把脉”

棉花糖

前一阵子，中国的一只气球因为不可抗力因素，漂洋过海到了美国，让美国人吓了一大跳。这只气球的下方悬挂了一左一右两组太阳能板，看起来和普通的气球很不一样。这只不小心“流浪”到美国的气球到底是什么？其实它的名字叫“气象探空气球”，由于它飞得特别高，常常被人们误以为是不明飞行物，然而气象工作者却亲切地给它取名为“大白”。

探空气球是一种气象上用来探测从近地面到35000米高空的温度、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？

气象探空系统的组成及其功能

气象探空系统由三个部分组成：探空气球、探空仪和地面接收雷达。

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8米/秒的速度飞向高空，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，常见的有300克、750克、1600克等，根据对探测高度要求的不同选用不同的规格，重量越大的气球探测的高度越高。气球里面一般充的是氢气或者氦气，以1600克的探空气球为例，充气后探空气球在地面上的直径可达2.5米，到了高空后，随着气压减小，气球就会慢慢膨胀，临近爆炸时，气球的直径可达8米—11米，可谓壮观。此外，探空气球除了作为载体，风向和风速的获取也是根据探空气球的水平位移来计算的。

探空仪是高空探测的核心部件，由温度、湿度、气压传感器、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不停地采集温度、湿度、气压等气象数据，并和地面接收雷达进行通信，将采集的数据传回地面气象站。

地面接收雷达在探空气球被释放的瞬间就开始跟踪，探空气球和探空仪飞到哪儿，雷达天线就跟踪到哪儿，并不停地以询问的方式与探空仪对话，接收探空仪采集的数据，直到探空气球爆炸。

探空气球的探测过程

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。随着探空气球升空，地面雷达发出询问信号，探空仪回答器对应发出回答信号。根据每一次询问和回答信号之间的时间间隔和信号的来向，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的情况，就可以推算出风向、风速。

与此同时，探空仪也会把采集到的不同高度层的温度、湿度、气压数据不断地发给地面接收雷达，这些数据经过解码再传到计算机终端显示绘图，这样就完成了对高空温度、湿度、气压、风向、风速的探测。

探空气球与天气预报的关系

探空气球获取的数据对每天的天气预报至关重要。释放探空气球以后，地面接收雷达跟踪与数据监视便会同时进行。探空气球可以每秒传回1组数据，1分钟便能收集60组。这些对平常人来说犹如“天书”的数据，对气象专业人士来说弥足珍贵。解读之后，它们会成为每天天气预报的依据。

探空气球的释放

每个气象探空站每天至少释放两次探空气球，分别在7时15分和19时15分。充入探空气球的氢气或氦气量决定了探空气球探测的高度。充入的气体越多，探空气球升速越快，但达到膨胀极限的高度也就越低，这就意味着在探空气球破裂之前能够探测的高度也不会太高。

从离开工作人员手中的那一刻起，探空气球时而水平飘移，时而向上运动。在上升过程中，探空气球会穿越云层，遇到水滴、冰晶，还会穿越大风区，其所处位置的温度、湿度、气压、风向、风速等也在不断变化。气象预报员根据探空气球测得的气象数据判断未来的天气状况，比如风的大小、降雨等天气过程的生成和发展趋势等。

探空气球的生命很短暂。随着探空气球攀升的高度不断上升，周围空气越来越稀薄，气压不断减小，温度持续降低。到某个临界点，探空气球就会爆炸，而整个探测过程也会在爆炸的一瞬间结束。探空气球爆炸后，其残骸将与探空仪一起顺着气流方向自由下落。

遇到电闪雷鸣，对于工作人员和探空气球来说都是相当大的考验。因此在空旷草地上釋放探空气球需时刻防止雷击。假如遇上暴雨、霜冻等恶劣天气，探空气球在升空途中遭遇“不测”，工作人员还要在规定时间内立即再释放一个探空气球。所以，天气状况决定了释放探空气球的次数，如台风天常常要增加释放探空气球的次数，以便更好地监测台风动态；在夏季汛期，每天探空气球的释放次数还会额外增加1次。

高空探测从18世纪中期就已经出现，从早期的风筝探测、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，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。

知识小链接

Q：如果捡到探空气球该怎么办？

A：如果在野外捡到探空气球，一般不需要归还气象站。因为探空气球成本低，也没有回收价值。只有少量科研需要回收探空气球，比如科研用的系留气球，其探空仪上一般会标注“精密仪器，请勿拆卸，捡到有奖励，请联系×××”，这种情况下应当归还给相关联系人。

不用担心，探空气球不会砸到我们头上。因为探空气球落地点大多在人烟稀少的郊区野外。而且，探空气球上的所有仪器均无污染和爆炸危险，下降速度也很慢。

Q：探空气球是不是可以随时随地释放？

A：释放探空气球需要申请空域，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。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，北京也只有1个高空气象站。

同样，探空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，你可以选一个时刻和探空气球来一次邂逅。无论天气多么恶劣，这些气象站都会照常营业哦！