最近,一艘用于氣象等科研工作的無(wú)人飛艇登上了熱搜。這個(gè)“流浪”的氣球是萬(wàn)米高空的聽(tīng)診器——?dú)庀筇娇諝馇?,它常常被人們誤以為是不明飛行物,但氣象工作者卻親切地給它取名為“大白”,“勇敢無(wú)畏的高空探險(xiǎn)家”也是對(duì)它的最高評(píng)價(jià)。
氣象探空氣球是氣象上用來(lái)探測(cè)從近地面到35km高空的溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象要素的設(shè)備。那么它是如何完成高空探測(cè)任務(wù)的呢?
(資料圖)
氣象探空系統(tǒng)的組成及各部門(mén)功能
01
探空氣球
探空氣球是整個(gè)探測(cè)設(shè)備的載體,它就像運(yùn)載火箭一樣載著探空儀以6-8m/s的速度飛向高空,實(shí)現(xiàn)對(duì)高空氣象要素的探測(cè)。
探空氣球有幾種規(guī)格,一般根據(jù)重量來(lái)區(qū)分,包括300克、750克、1600克等,根據(jù)對(duì)探測(cè)高度要求的不同選用不同的規(guī)格,重量越大的氣球自然是探測(cè)高度越高。氣球里面一般充的是氫氣或者氦氣,1600克的氣球充氣后在地面直徑可達(dá)2.5米,到高空隨著氣壓減小,氣球就會(huì)慢慢膨脹,最后爆炸直徑可達(dá)8-11米,可謂壯觀。
此外,探空氣球除了作為載體之外,風(fēng)向和風(fēng)速的獲取,也是根據(jù)探空氣球的水平位移來(lái)計(jì)算的。
02
探空儀
探空儀是高空探測(cè)的核心部件,由溫度、濕度、氣壓傳感器,以及測(cè)量電路,控制(解碼)電路,發(fā)射電路和電池等組成,探空儀被探空氣球帶到高空以后就不停地在采集溫度、濕度、氣壓等氣象數(shù)據(jù),并和地面的數(shù)據(jù)接收雷達(dá)進(jìn)行通信,將采集的數(shù)據(jù)傳回到地面氣象站。
03
地面接收雷達(dá)
地面接收雷達(dá)在探空氣球載著探空儀釋放的一瞬間就開(kāi)始跟蹤,氣球和探空儀飛到哪,雷達(dá)天線就跟蹤到哪,直到探空氣球爆炸,并不停地以詢問(wèn)握手的方式和探空儀對(duì)話,接收探空儀采集的數(shù)據(jù)。
探空氣球探測(cè)過(guò)程
工作時(shí),地面雷達(dá)利用對(duì)探空氣球的實(shí)時(shí)跟蹤來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)風(fēng)功能,探空氣球攜帶探空儀升空,隨著氣球升空,地面雷達(dá)發(fā)出詢問(wèn)信號(hào),探空儀回答器對(duì)應(yīng)發(fā)出回答信號(hào),根據(jù)每一對(duì)詢問(wèn)和回答信號(hào)之間的時(shí)間間隔和信號(hào)的來(lái)向,就可以測(cè)定每一瞬間探空氣球位置,即它離地面雷達(dá)的直線距離、方位角、仰角,然后根據(jù)探空氣球隨風(fēng)飄移情況,就可以推算出風(fēng)向、風(fēng)速。
在這同時(shí),探空儀也將采集到的不同高度層的溫度、濕度、氣壓數(shù)據(jù),不斷地發(fā)回地面,被地面數(shù)據(jù)接收雷達(dá)接收,被接收的信號(hào)通過(guò)解碼傳到計(jì)算機(jī)終端顯示繪圖,這樣就完成了對(duì)高空溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速的探測(cè)。
氣象探空氣球
是不是可以隨時(shí)隨地釋放呢?
實(shí)際上氣象探空氣球的釋放需要申請(qǐng)空域,不是隨地可以釋放的,一般只有在有高空氣象站的地方才能見(jiàn)到,高空氣象站并不像地面氣象站數(shù)量那么多,全國(guó)有幾萬(wàn)個(gè)地面氣象站,但只有120個(gè)高空氣象站,北京只有一個(gè)高空氣象站,位于南郊觀象臺(tái)。
同樣氣球釋放的時(shí)間也不是隨意的,而是固定的。如果你所在的城市有高空氣象站,那么在北京時(shí)間01時(shí)15分、07時(shí)15分、13時(shí)15分、19時(shí)15分,總有那么一個(gè)時(shí)刻可以和高空氣球來(lái)一次邂逅,無(wú)論天氣多么惡劣,這些氣象站都會(huì)照常營(yíng)業(yè)哦!
氣象探空氣球發(fā)揮的作用
氣象探空氣球是掌控高空風(fēng)云變幻的重要手段。它猶如一個(gè)CT掃描儀,從地面到高空進(jìn)行逐層掃描,實(shí)現(xiàn)了從二維到三維立體的觀測(cè),為天氣預(yù)報(bào)提供了豐富的高空氣象數(shù)據(jù)資料,促進(jìn)了預(yù)報(bào)水平的提高。
氣象探空氣球還多次出現(xiàn)在南極和青藏高原科考中,為全面評(píng)估這些地區(qū)的氣候變化提供了數(shù)據(jù)支撐。高空探測(cè)從18世紀(jì)中期開(kāi)始嘗試,先后采用風(fēng)箏探測(cè),載人氣球探測(cè)及系留氣球探測(cè),到今天的無(wú)線電探空,高空探測(cè)技術(shù)不斷革新發(fā)展。未來(lái),這只氣球?qū)y手中國(guó)北斗定位探空儀帶著國(guó)人的祝福和夢(mèng)想越飛越高。
END
作者:杜傳耀
北京市氣象探測(cè)中心(北京市觀象臺(tái))高級(jí)工程師
責(zé)編:咕嚕
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