气象有奥秘｜探空气球，都能探啥？说起气球

说起气球，你想到的一定是五颜六色、可以吹的大大的气球；也可能想到的是可以与飞上天的氢气球。若不是中科院大气所前阵子有气球“走失”，恐怕你还真不认识探空气球是个啥。

中科院大气所“走失”的气球

事件回顾：

中科院大气物理研究所一课题组在山东济南章丘气象局探空站做实验时，因绳索断掉，一探空气球及携带的科研仪器，随风飘走。该课题组根据根据雷达、高空风向及风速等信息，初步判断气球最终落点在山东省淄博市周村淄川一带。

科研人员立刻寻找丢失的气球和科研仪器。

探空气球真的有那么重要吗？它到底都能探测出什么？看下面······

探空气球，高空中的“医生”

为了探测大气的温度、湿度、气压、风向、风速等，人们经常要进行高空气象观测。高空气象观测以测大气各高度上的温度、湿度、气压、风向、风速为主，其他还有一些特殊项目，如大气成分、臭氧、辐射、气电等。

那么，进行高空气象观测的主要手段都有哪些呢？主要包括卫星掩星、飞机搭载、地基遥感、火箭探空和气球探空等，而只有气球探空能够升到高空以直接接触的方式“搭脉”气象环境，堪称高空气象探测的“医者”。其获得的“诊疗数据”通常被认为相对最准确，常用于大气遥感观测真实性检验和校准检验。

气球探空的优点是是人类研究地面至高空30千米大气的重要手段，具有成本低、飞行时间较长、携带仪器姿态稳定等优点，其升放过程受地域和气候因素影响相对较小，获取的观测数据资料精度高、用时短，因此在天气预报、气候监测以及气象服务中发挥了重要作用。

现代探空气球

有人会问，气象卫星都上天了，还用得着一个气球进行探空吗？

进入卫星观测时代，气球探空依然必不可少。气球探空采用传感器进行直接接触式观测，可以代表最真实的大气状况。卫星通过掩星技术可以获取自上而下的观测廓线，得到的结果常包含其他信息，并不能准确地反映某个层次的真实情况。

此外，要平稳获取大气垂直剖面较密集的数据点，尤其是对风场的直接测量，要求探空设备移动速度不能过快，因此，火箭探空等还真做不来。

直到今天，气球探空仍是高空气象最主要的直接探测方式。

气球探空怎么探？

气球探空，顾名思义，就是利用气球把探空仪带到几十公里的高空进行温度、大气压力、湿度、风速风向等气象要素的测量。

这么大的一个气球，又是如何制作的呢？

制作气球的原料一般是天然乳胶，它在单个方向上的伸展可以超过500%。气球有圆形、梨形等不同形状，球重一般在300克至1500克。充入适量的氢气或氦气后，气球升放时的水平直径大约为1.5米，约上升到30千米高空后自行爆裂，其在高空中的爆破直径达8米至9米。

探空用气球与普通气球本质区别在于其下面悬挂探空仪和与之相互配合工作的地面接受设备，他们共同构成高空“医者”的“听诊器”。

探空系统的更新换代

我国高空探空系统在1949年以后经历了几次升级换代，几代系统的主要差别在“听诊器”上。较早应用的高空59-701探空系统由P波段二次测风雷达和机械式探空仪相互配合使用。从2002年开始，中国气象局逐渐将探空系统升级改造为L波段探测系统，工作性能较稳定，功能更齐全，操作易掌握，且自动化程度高。

位于锡林浩特的L波段雷达

总结一下

目前，我国有120多个地方探空站，东部站点间隔约200千米，中部站点间隔约300千米，西部站点间隔约500千米，基本上达到世界气象组织WMO对探空平均站间距的距离要求。

全国探空站分布

一个气球与天气预报有什么关系？

气球通常能上升到3万米高空，在整个过程中，气球探空犹如一个CT扫描仪，从低空到高空进行逐层扫描，把不同空间位置上的大气温度、湿度、气压等数据通过无线电信号发回地面，从而获得关键的气象要素值。

气球探空获取的数据对每天的天气预报至关重要。在气球施放以后，地面接收雷达跟踪与数据监视便会同时进行。气球探空可以每秒传回一组数据，一分钟便能收集60组，这些对平常人犹如“天书”的数据，对于气象专业人士来说，却弥足珍贵。通过解读之后，它们就会成为每天天气预报的依据。

通常，每个探空站每天施放两次气球，分别在7时15分和19时15分。充入气球的氢气/氦气量，决定气球探测的高度。充入的气体越多，气球升速越快，但达到膨胀极限的高度也越低，在破裂之前探测的高度也低。

工作人员为准备施放的探空气球充气。

探空气球的施放

飘摇的气球

从离开工作人员手中的那一瞬间起，气球时而水平飘移，时而向上运动，飞越1万米、2万米，甚至3万米，最高可达4.5万米。在上升过程中，气球会穿越云层，遇到水滴、冰晶，并会穿越大风区，其所处位置的温度、湿度、气压、风向、风速等也在不断地变化。每隔1秒，气球探空就把高空测得的气象要素数据反馈回地面接收雷达，雷达将这些信息传送给气象站终端电脑，预报员根据这些要素就能判断出未来的天气状况或者重大天气过程，如风的大小、降雨等天气过程的生成和发展趋势。

气球的生命很短暂。随着高度的不断上升，周围空气越来越稀薄，气压不断减小，温度也持续降低。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。整个探测过程也就在爆炸的一瞬间结束。

当气球遇到恶劣天气

遇到电闪雷鸣时，对于工作员来说是一次相当大的考验，在空旷草地上施放时需要时刻防止雷击。假如遇上台风、暴雨、雷电、霜冻等恶劣天气，气球在升空途中遭遇“不测”，还要在规定时间内立即再充一个气球升放到空中；台风天常常要加密施放气球，以便更好地监测台风动态；而在夏季汛期，每天气球的施放次数还会额外增加1次。