影響高空探測高度的因素與提高方法研究

鄭百紅

摘 要：高空探測主要為氣象服務，要進行高空探測應該在探究高空探測高度的基礎上進行。高空探測高度直接決定著天氣預報的準確性，因此，掌握高空探測高度的提高方法至關重要。通過一定的高度可以進行資料的搜集，更好地為氣象站提供可靠的數據。高空探測高度受到多種因素的影響，只有深入了解其影響因素，才能更好提高其高度。該文主要對影響高空探測高度的因素進行分析，以提出提高高空探測高度的主要方法。

關鍵詞：高空探測高度 影響因素 提高方法

中圖分類號：P412.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（b）-0053-02

高空探測的主要方式是以氫氣球為載體，攜帶探空儀進行探索，以完成對高空壓力、溫度、濕度、風向等指標的測定和記錄。這些記錄的數據便是人們探索高空的資料，通過對資料的分析，從而準確進行天氣預測。但高空資料的獲取與高空探測高度直接相關，如果高度不正確，其獲取的資料也相對片面，從而影響預測的準確性。此外，高空探測高度受到了多種因素的影響，其中最為主要的就是降水、空氣阻力、凈舉力等，該文將據此提出一些解決措施。

1 影響高空探測高度的主要因素

1.1 降水對高空探測高度的影響

高空探測主要通過氫氣球進行，氣球在高空中，一定會受到大氣對流層的影響。除此之外，如果遇到降雨，氣球上升的高度也會受到影響。當下雨時，雨水密度也會嚴重影響氣球的上升速率。對于密度相對較小的雨水，一般不會對氣球上升造成影響；但對于密度較大的降水，通常伴隨著下沉氣流，又受到雨滴降落的阻力，會嚴重影響上升速度，甚至造成氣球下降。當氣球升至厚降水云層時，處于低層的氣球通常表面附著一層水，當溫度降低到零度以下，便會發生凍結的現象。凍結是一個放熱過程，在這個過程中，氣球表面一直呈現濕潤狀態，因此，會積聚大量的雪，從而增加了氣球的重量，降低了其上升速率。

1.2 凈舉力對高空探測高度的影響

探空氣球的主要材質為彈性膠，因此，具有一定的延伸性。當在其中充入氫氣時，它會產生向上的浮力。凈舉力是單純向上的力，它的大小與高空探測高度直接相關。凈舉力是一個物理量，通過物理學的方法測定得出，它直接反映了氣球上升高度的速率。提及凈舉力，總舉力也是一個應當了解的重要指標。它等于凈舉力和球以及附屬物重量之和，當相關部門工作人員掌握了這幾個指標后，便能對氣球上升的速率進行控制。凈舉力越大，上升的高度越高，其高空數據就越全面。但凈舉力與高度變化的關聯很大，當高度越高時，如果氫氣球以及附屬物、壓力等為定值時，凈舉力也保持恒定。根據相關物理學知識可以得出：在保持壓力、球重以及附屬物重量、氣溫相對恒定時，凈舉力與空氣密度直接相關，空氣密度越大，它的凈舉力也相應較大。

1.3 空氣阻力對高空探測高度的影響

在物理學中，力學是相對重要的一門學科。雖然凈舉力能夠使氣球上升，但對于任何運動的物體來說，阻力是不可避免的。阻力的作用是阻礙物體的運動，它與凈舉力的作用正相反。在高空探測過程中，氣象部門通常使用探測氣球進行探索，當氣球施放以后，氣球首先會受到凈舉力的作用向上移動，與此同時，也受到一定阻力的作用。在氣球上升過程中，阻力并非是固定不變的，它主要受到兩個因素的影響，分別是球與空氣接觸的橫截面積大小以及空氣密度。這兩個因素的數值越大，它所受到的空氣阻力也越大。因此，可以根據這些影響因素來降低阻力，從而提高氣球的探測高度。

1.4 探測儀器對高空探測高度的影響

進行高空探測的主要探測儀器是由氫氣球攜帶的探空儀，在進行高空探測時，常常用球炸率來衡量高空探測高度。球炸率高的氣球施放高度也相對較高，反之亦然。提高球炸率是提高高空探測方法的主要途徑。但球炸率也受到很多因素的影響，比如當球炸率提高時，需要對馬達等設備質量進行設定，使其保持穩定的狀態，與此同時，還應解決氣球本身的問題，防止出現干擾。對于探空氣球來說，它很容易受到阻力的作用發生形變，因此，需要對氣球的形狀進行考慮，主要包括圓、橢圓兩種，通常橢圓形氣球與圓形氣球相比效果較好。另外，氣球的材質也是關鍵，應該選擇彈性較好的氣球，彈性大的氣球的延伸性較好、質量較高，能探測的高度也相對較高。此外，直徑較大的氣球，上升的高度較高。氣球還應保持完整、均質，以便達到預期的高度，更好進行資料搜集。

1.5 大氣環境對高空探測高度的影響

在氣球施放后，很容易受到大氣環境的作用，使得氣球的上升速度和運動軌跡發生改變。通常大氣亂流和大氣對流是兩種最為主要的影響因素。大氣亂流是一種十分不規則的運動，它的各個參數隨著時間不同也隨機發生變化，規律很難掌握。大氣亂流在運動時會產生一個垂直的力，從而對氣球有所影響。大氣亂流產生的原因也有跡可循，大氣亂流與探空高度的風速有關，障礙物的阻力與大氣亂流流速成正比。大氣亂流與溫度、垂直穩定性等多種因素有關，它的強度大小也直接決定著氣球所受阻力的大小。當大氣亂流的強度越大時，相應的氣球阻力就越小，從而高空探測所達到的高度也就越高。大氣對流也嚴重影響著探測高度。對流與亂流不同，它的運動是規則有序的，它主要是通過溫差的變化，使得氣流發生上升或者下降的運動，這是由于受熱不均而引起的。由于熱脹冷縮原理，在相對較冷的地方，氣流通常會下降，而在相對較暖的地方則相反，因而形成了對流層。大氣對流與氣球所受阻力也直接相關，它通過改變阻力來進一步影響氣球上升的高度，大氣對流越強，其上升的高度就越大。

2 提高高空探測高度的主要方法

2.1 做好降水工作

在降水時，氣球所受到的阻力會增加，從而會影響氣球上升的速率，這主要是由于氣球受到的阻力增大，而且氣球本身由于積冰而導致氣球重量增加，使得氣球的上升速度大大降低，從而影響最終抵達的高度。在實際工作中，探測降雨和積冰時，應該適當增加凈舉力，必要時可達到3/4。

2.2 控制凈舉力

凈舉力是氣球上升高度最為重要的影響因素。控制凈舉力對于提高探測高度來說至關重要。在控制凈舉力時，需要根據天氣進行。當在晴天進行氣球施放時，應該盡可能減少氣球的直徑，這一方面不會對凈舉力有所影響；另一方面，又能大大降低氣球所受到的阻力，阻力降低可以提升探測高度。氣球的直徑決定著氣球的體積，體積越大時，受到的阻力也越大。當雨天時，由于氣球受到的阻力增大，因此，應該合理控制凈舉力。只有把握好凈舉力的大小，才能使氣球到達最大高度。

2.3 注意氣球的存放

在進行高空探測時，氫氣球是一種重要的工具，因此，氣球本身的屬性十分重要。在氣球施放之前，應注意氣球的存放注意事項。在進行充氣時，應該首先對氣球進行檢查，查看是否存在漏氣現象，并對氣球的彈性、質量進行檢查。在充氣時，應該控制速度，以使得氣球上升的速度處于預定范圍內。

2.4 加強對設施的檢查

在進行高空探測前，應該仔細檢查設施設備。電流電壓對儀器的影響十分重要，在氣球施放前，應該加強檢查。另外，還要保證儀器的清潔。當發現問題時，應該及時進行處理。

3 結語

高空探測對于氣象部門來說是一種十分重要的了解高空氣象的方法，需要不斷探索和分析。高空探測高度由于受到多種因素的影響，因此，可能會使得它的準確性大大降低。在實際探測中，需要根據精準的數據來不斷積累，以便總結出提高高空探測高度的方法，從而搜集全面的高空資料，準確地進行天氣預測。

參考文獻

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