淺析高空氣象觀測氣球的選用

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)

該文通過分析高空氣象觀測業務中所使用的氣球顏色和天氣情況的運用關系，介紹氣球的使用技巧及如何判斷球皮的質量好壞和保管方法，可以有效地提高高空氣象觀測氣球施放高度及業務質量。

高空氣象觀測;氣球;選用

1 引言

高空氣象觀測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，進行高空氣象觀測的一種器材。它作為升空器具，具有廉價無動力升高的特點，用于觀測不同高度中的氣象要素，因此球皮的升速、質量優劣及顏色的選擇直接決定著觀測高度的高低，而氣球施放高度也是業務質量考核的一項重要指標。本文根據高空氣象觀測業務規范和行業標準，結合筆者多年的高空氣象觀測實踐，分析、總結出一些經驗，供臺站實際工作中參考。

2 氣球的分類及顏色的選擇

我們把尚未充氣的觀測氣球簡稱為球皮，根據業務的不同球皮分為兩大類。

2.1 探空氣球

目前臺站使用的探空氣球均為乳白色，該氣球攜帶GTS1型數字式探空儀器，可升至30 km左右的高度，平均升速為400 m/min左右，與L波段測風雷達配合進行業務觀測。把氣球和探空儀作為探空雷達的跟蹤物，可觀測高空溫、壓、濕及高空風隨高度的分布情況。

2.2 測風氣球

測風氣球按業務又可分為小球和大球。小球充灌氫氣/氦氣后與測風經緯儀配合使用，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，與測風雷達配合進行觀測。小球和大球都只能作為氣流運動的跟蹤物，測定高空風隨高度的分布情況。

我國高空站使用的基本上都是乳白色的探空專用氣球，而測風氣球有紅色、黑色、白色。在充灌氣球前，應根據當時的天氣狀況，確定氣球的顏色，以使氣球能與天空背景顏色區別開來，只有選擇合適的球皮顏色，才能為提高施放高度奠定基礎。

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的顏色反差，加上紅光波長較長，在大氣中傳播時散射削弱較少，就算通過透明度較差大氣層時，也能觀測到比較高的高度。因此紅色球皮適宜在有透光程度較好的中、高云，有霧現象，黃昏或非陰天、天空呈乳白色時使用。

黑色氣球在云層較厚、較低時太陽光被云滴散射使云層呈現出灰藍色，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出黑色，剛好與灰藍色的云天有較強的亮度對比，使觀測員能較好的跟蹤氣球的空間移動位置。因此黑色氣球適宜天空陰暗時或垂直能見度不良、陰天或透光程度較差的中、低云時使用。

白色氣球一般適用于晴空藍天，大氣透明度比較好，太陽光照射到白色球皮上，與蔚藍色的天空背景之間有很強的亮度對比，當天空晴朗時白色吸熱性差，不易增溫提前球炸，這也是提高觀測高度的方法。因些白色氣球適宜垂直能見度較好少云，天空呈蔚藍色時使用。

3 球皮優劣的判斷

影響探空氣球施放高度的因素，主要是球皮的質量，球皮優劣可從如下兩方面來判斷。

①可用手慢慢的拉扯球皮，感覺球皮松弛而柔軟，展開球皮后，無大的皺折和明顯的薄厚差別，說明氣球質量比較好。彈性差的球皮薄厚不均勻。檢查球皮上的補丁，補丁較多說明球皮做工較差，一般以補丁較少或沒有補丁的為較好。

②從充氣的球嘴到球皮頂的距離越高，說明氣球較大，施放高度會較高。此外氣球形狀有近似圓形和橢圓形2種，在多年的觀測業務實踐中發現，橢圓形的球皮比圓形的球皮施放高度要高些，因此，橢圓形球皮是業務施放的首選氣球。

4 氣球的保管

近年來因探空氣球的運輸、保存不當對氣球的質量影響很大，而造成觀測達不到規定的最低高度的事件時有發生，因此掌握正確的保存氣球的方法，應引起臺站工作人員的高度重視。在運輸及野外作業時，對包裝箱要密封遮蓋，禁止風吹、日曬、雨淋。球皮整箱保存時應在通風良好，陰涼干燥的庫房內、相對濕度70%以下，庫房溫度應保持在20～30℃。溫控器、照明燈等發熱物體要與之相距1 m以上。氣球應碼放在離地20 cm以上的架子上，堆垛不宜過大，且堆垛間應保持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一起存放。應做到“先進先出”的原則，即出廠日期早的氣球先用，每隔3個月應翻轉氣球一次，但在庫房的貯存期不宜超過18個月。

5 氣球使用時的技巧

①充灌氣球之前應打掃充氣房的墊面衛生，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)，充氣前不應拉扯或揉搓球皮，防止水份及其他雜物混入，應輕輕地展開放在干凈的墊面上。施放前30 min準備充氣，先把球內空氣擠出，慢慢的灌入氫/氦氣，充氣不宜過快(一個750 g氣球充氣一般在20 min左右)緩慢的充氣可避免球皮產生劇烈摩擦，充入的氫/氦氣溫度不得超40℃。氣球微微鼓起時關閉充氣閥，仔細檢查有無漏氣之處，確定沒有問題后，再繼續充氣直到所需的凈舉力為止。充氣好后要再次檢查有無漏氣，因故不能及時施放，停置時間不宜超過30 min。

②不同地區天氣變化對探空氣球的升速有很大的影響，從而影響施放高度。充氣前根據天氣情況調節好凈舉力，凈舉力要盡可能與高空觀測業務規定的標準相接近。具體計算方法如下：

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

一般來說，晴天時高空站處于高壓區，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。對于某個氣球而言，它的爆破直徑是個定數。晴天云量少時凈舉力不宜過大，達到一定凈舉力后，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)，到達爆破直徑的高度必然降低，反而嚴重的影響了施放高度，但臺風或大暴雨天氣時，根據筆者多年工作的經驗，充氣要比晴天時多充10%的左右的氫氣，必須要充有足夠的凈舉力，不然氣球將升不上去會被雨水壓制，往往達不到業務所規定的的施放高度。因此充氣量要根據天氣的變化適度把握，各地區應根據實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業務規范的要求，又提高探空氣球的施放高度。

6 結束語

觀測人員在工作中，應不斷積累經驗，在使用觀測氣球時，要根據各地不同的天氣情況來選擇氣球的顏色及充氣量。充灌氣球之前先仔細檢查球皮的彈性、均勻度及形狀等。平時要注意保管，庫房要通風，保持適宜的溫濕度，遠離有害物體。只有正確保管和使用觀測氣球，才能保證氣球施放高度較高，從而觀測到更多的高空氣象資料。

［1］中國氣象局監測網絡司.常規高空氣象觀測規范(試行)［S］.中國氣象局監測網絡司，2002.

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

［3］蘭州氣象學校高空教研組.高空氣象觀測(上冊)［M］.2004，8.

［4］中國氣象局監測網絡司.L波段(1型)高空氣象觀測系統業務操作手冊［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業務工作。