淺析高空氣象觀測(cè)氣球的選用

魏珊珊，孔令杰

(海南省三沙市氣象局，海南 三沙 573100)

淺析高空氣象觀測(cè)氣球的選用

魏珊珊，孔令杰

(海南省三沙市氣象局，海南 三沙 573100)

該文通過(guò)分析高空氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)中所使用的氣球顏色和天氣情況的運(yùn)用關(guān)系，介紹氣球的使用技巧及如何判斷球皮的質(zhì)量好壞和保管方法，可以有效地提高高空氣象觀測(cè)氣球施放高度及業(yè)務(wù)質(zhì)量。

高空氣象觀測(cè);氣球;選用

1 引言

高空氣象觀測(cè)氣球是以天然乳膠橡膠或橡膠塑料等材料制成球皮，充以氫、氦等比空氣輕的氣體攜帶儀器升空，進(jìn)行高空氣象觀測(cè)的一種器材。它作為升空器具，具有廉價(jià)無(wú)動(dòng)力升高的特點(diǎn)，用于觀測(cè)不同高度中的氣象要素，因此球皮的升速、質(zhì)量?jī)?yōu)劣及顏色的選擇直接決定著觀測(cè)高度的高低，而氣球施放高度也是業(yè)務(wù)質(zhì)量考核的一項(xiàng)重要指標(biāo)。本文根據(jù)高空氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合筆者多年的高空氣象觀測(cè)實(shí)踐，分析、總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)，供臺(tái)站實(shí)際工作中參考。

2 氣球的分類及顏色的選擇

我們把尚未充氣的觀測(cè)氣球簡(jiǎn)稱為球皮，根據(jù)業(yè)務(wù)的不同球皮分為兩大類。

2.1 探空氣球

目前臺(tái)站使用的探空氣球均為乳白色，該氣球攜帶GTS1型數(shù)字式探空儀器，可升至30 km左右的高度，平均升速為400 m/min左右，與L波段測(cè)風(fēng)雷達(dá)配合進(jìn)行業(yè)務(wù)觀測(cè)。把氣球和探空儀作為探空雷達(dá)的跟蹤物，可觀測(cè)高空溫、壓、濕及高空風(fēng)隨高度的分布情況。

2.2 測(cè)風(fēng)氣球

測(cè)風(fēng)氣球按業(yè)務(wù)又可分為小球和大球。小球充灌氫氣/氦氣后與測(cè)風(fēng)經(jīng)緯儀配合使用，不攜帶附加物(除夜間攜帶照明燈外)升速為200 m/min。大球攜帶回答器，可升至30 m左右的高度，升速為400 m/min，與測(cè)風(fēng)雷達(dá)配合進(jìn)行觀測(cè)。小球和大球都只能作為氣流運(yùn)動(dòng)的跟蹤物，測(cè)定高空風(fēng)隨高度的分布情況。

我國(guó)高空站使用的基本上都是乳白色的探空專用氣球，而測(cè)風(fēng)氣球有紅色、黑色、白色。在充灌氣球前，應(yīng)根據(jù)當(dāng)時(shí)的天氣狀況，確定氣球的顏色，以使氣球能與天空背景顏色區(qū)別開(kāi)來(lái)，只有選擇合適的球皮顏色，才能為提高施放高度奠定基礎(chǔ)。

紅色氣球在白色光的照射下，紅色與白色云天背景形成較強(qiáng)的顏色反差，加上紅光波長(zhǎng)較長(zhǎng)，在大氣中傳播時(shí)散射削弱較少，就算通過(guò)透明度較差大氣層時(shí)，也能觀測(cè)到比較高的高度。因此紅色球皮適宜在有透光程度較好的中、高云，有霧現(xiàn)象，黃昏或非陰天、天空呈乳白色時(shí)使用。

黑色氣球在云層較厚、較低時(shí)太陽(yáng)光被云滴散射使云層呈現(xiàn)出灰藍(lán)色，氣球在云層下面的散射光照射下，黑色氣球吸收透射到球皮上的光線呈現(xiàn)出黑色，剛好與灰藍(lán)色的云天有較強(qiáng)的亮度對(duì)比，使觀測(cè)員能較好的跟蹤氣球的空間移動(dòng)位置。因此黑色氣球適宜天空陰暗時(shí)或垂直能見(jiàn)度不良、陰天或透光程度較差的中、低云時(shí)使用。

白色氣球一般適用于晴空藍(lán)天，大氣透明度比較好，太陽(yáng)光照射到白色球皮上，與蔚藍(lán)色的天空背景之間有很強(qiáng)的亮度對(duì)比，當(dāng)天空晴朗時(shí)白色吸熱性差，不易增溫提前球炸，這也是提高觀測(cè)高度的方法。因些白色氣球適宜垂直能見(jiàn)度較好少云，天空呈蔚藍(lán)色時(shí)使用。

3 球皮優(yōu)劣的判斷

影響探空氣球施放高度的因素，主要是球皮的質(zhì)量，球皮優(yōu)劣可從如下兩方面來(lái)判斷。

①可用手慢慢的拉扯球皮，感覺(jué)球皮松弛而柔軟，展開(kāi)球皮后，無(wú)大的皺折和明顯的薄厚差別，說(shuō)明氣球質(zhì)量比較好。彈性差的球皮薄厚不均勻。檢查球皮上的補(bǔ)丁，補(bǔ)丁較多說(shuō)明球皮做工較差，一般以補(bǔ)丁較少或沒(méi)有補(bǔ)丁的為較好。

②從充氣的球嘴到球皮頂?shù)木嚯x越高，說(shuō)明氣球較大，施放高度會(huì)較高。此外氣球形狀有近似圓形和橢圓形2種，在多年的觀測(cè)業(yè)務(wù)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，橢圓形的球皮比圓形的球皮施放高度要高些，因此，橢圓形球皮是業(yè)務(wù)施放的首選氣球。

4 氣球的保管

近年來(lái)因探空氣球的運(yùn)輸、保存不當(dāng)對(duì)氣球的質(zhì)量影響很大，而造成觀測(cè)達(dá)不到規(guī)定的最低高度的事件時(shí)有發(fā)生，因此掌握正確的保存氣球的方法，應(yīng)引起臺(tái)站工作人員的高度重視。在運(yùn)輸及野外作業(yè)時(shí)，對(duì)包裝箱要密封遮蓋，禁止風(fēng)吹、日曬、雨淋。球皮整箱保存時(shí)應(yīng)在通風(fēng)良好，陰涼干燥的庫(kù)房?jī)?nèi)、相對(duì)濕度70%以下，庫(kù)房溫度應(yīng)保持在20～30℃。溫控器、照明燈等發(fā)熱物體要與之相距1 m以上。氣球應(yīng)碼放在離地20 cm以上的架子上，堆垛不宜過(guò)大，且堆垛間應(yīng)保持5～10 cm以上的距離。球皮不能與油類、銅、錳等金屬及酸堿性有害的物質(zhì)一起存放。應(yīng)做到“先進(jìn)先出”的原則，即出廠日期早的氣球先用，每隔3個(gè)月應(yīng)翻轉(zhuǎn)氣球一次，但在庫(kù)房的貯存期不宜超過(guò)18個(gè)月。

5 氣球使用時(shí)的技巧

①充灌氣球之前應(yīng)打掃充氣房的墊面衛(wèi)生，球皮不能接觸表面粗糙物或勾爪物體(如石頭、砂粒、金屬物等)，充氣前不應(yīng)拉扯或揉搓球皮，防止水份及其他雜物混入，應(yīng)輕輕地展開(kāi)放在干凈的墊面上。施放前30 min準(zhǔn)備充氣，先把球內(nèi)空氣擠出，慢慢的灌入氫/氦氣，充氣不宜過(guò)快(一個(gè)750 g氣球充氣一般在20 min左右)緩慢的充氣可避免球皮產(chǎn)生劇烈摩擦，充入的氫/氦氣溫度不得超40℃。氣球微微鼓起時(shí)關(guān)閉充氣閥，仔細(xì)檢查有無(wú)漏氣之處，確定沒(méi)有問(wèn)題后，再繼續(xù)充氣直到所需的凈舉力為止。充氣好后要再次檢查有無(wú)漏氣，因故不能及時(shí)施放，停置時(shí)間不宜超過(guò)30 min。

②不同地區(qū)天氣變化對(duì)探空氣球的升速有很大的影響，從而影響施放高度。充氣前根據(jù)天氣情況調(diào)節(jié)好凈舉力，凈舉力要盡可能與高空觀測(cè)業(yè)務(wù)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)相接近。具體計(jì)算方法如下：

凈舉力=總舉力－球皮重量－掛繩重量－探空儀重量

即 凈舉力=平衡器重量+砝碼重量－掛繩重量－探空儀重量

一般來(lái)說(shuō)，晴天時(shí)高空站處于高壓區(qū)，氣球升速較快，球炸高度較高;雨天氣壓較低，氣球升速較慢，球炸高度較低。對(duì)于某個(gè)氣球而言，它的爆破直徑是個(gè)定數(shù)。晴天云量少時(shí)凈舉力不宜過(guò)大，達(dá)到一定凈舉力后，升速就不容易增大了，這種情況下如果凈舉力增加很多，而升速的增加卻很少，導(dǎo)致氣球的直徑加大，升空后隨著高度升高，它的體積增加(體積與外部壓力成反比)，到達(dá)爆破直徑的高度必然降低，反而嚴(yán)重的影響了施放高度，但臺(tái)風(fēng)或大暴雨天氣時(shí)，根據(jù)筆者多年工作的經(jīng)驗(yàn)，充氣要比晴天時(shí)多充10%的左右的氫氣，必須要充有足夠的凈舉力，不然氣球?qū)⑸簧先?huì)被雨水壓制，往往達(dá)不到業(yè)務(wù)所規(guī)定的的施放高度。因此充氣量要根據(jù)天氣的變化適度把握，各地區(qū)應(yīng)根據(jù)實(shí)踐摸索出適于本地的凈舉力，這樣才能保證既符合高空觀測(cè)業(yè)務(wù)規(guī)范的要求，又提高探空氣球的施放高度。

6 結(jié)束語(yǔ)

觀測(cè)人員在工作中，應(yīng)不斷積累經(jīng)驗(yàn)，在使用觀測(cè)氣球時(shí)，要根據(jù)各地不同的天氣情況來(lái)選擇氣球的顏色及充氣量。充灌氣球之前先仔細(xì)檢查球皮的彈性、均勻度及形狀等。平時(shí)要注意保管，庫(kù)房要通風(fēng)，保持適宜的溫濕度，遠(yuǎn)離有害物體。只有正確保管和使用觀測(cè)氣球，才能保證氣球施放高度較高，從而觀測(cè)到更多的高空氣象資料。

［1］中國(guó)氣象局監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)司.常規(guī)高空氣象觀測(cè)規(guī)范(試行)［S］.中國(guó)氣象局監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)司，2002.

［2］馮增麗.影響高空觀測(cè)高度的若干因素及提高觀測(cè)高度的對(duì)策［J］.廣西氣象，2003，24(2)：60－62.

［3］蘭州氣象學(xué)校高空教研組.高空氣象觀測(cè)(上冊(cè))［M］.2004，8.

［4］中國(guó)氣象局監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)司.L波段(1型)高空氣象觀測(cè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)操作手冊(cè)［M］.北京：氣象出版社，2005.

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B

1003－6598(2013)02－0057－02

2012－07－19

魏珊珊 (1985—)，女，助工，主要從事高空氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)工作。