摘 要 本文從探空氣球及其儲存保管、使用高純度氫氣及正確充灌、探空氣球上升過程中的受力以及天氣變化狀況等方面分析影響氣球上升高度的多個因素，并探討相應(yīng)改進措施，提高探空施放高度和質(zhì)量，以獲取更多更全面的高空大氣資料。

關(guān)鍵詞 探測高度；存儲；充灌；凈舉力；天氣狀況；改進措施

中圖分類號 P414 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)052-0115-01

高空探測是氣象部門獲取天氣變化資料的基本手段，是發(fā)展氣象科學(xué)的重要基礎(chǔ)，利用充灌氫氣的探空氣球攜帶探空儀在上升過程中進行高空溫度、氣壓、濕度、大風(fēng)測量，以獲得最大垂直范圍內(nèi)的探測資料。但氣球在上升過程中受諸多因素的影響，往往還未達到預(yù)定高度即過早爆炸，嚴(yán)重影響探空質(zhì)量。內(nèi)蒙古錫林浩特國家氣候觀象臺是世界氣象組織（WMO）GCOS高空基準(zhǔn)觀測網(wǎng)（GRUAN）的第一批基準(zhǔn)探空站，配備著符合氣候觀測要求的精度較高的探空儀，能及時獲取很多重要的氣候觀測數(shù)據(jù)。筆者作為錫林浩特探空站一名工作人員，在多年的工作實踐和摸索中，總結(jié)出一些高空放球經(jīng)驗，針對探空氣球施放操作技術(shù)、外界條件等分析影響氣球上升高度的因素，提出改進措施，有效提高探空業(yè)務(wù)質(zhì)量。

1 探空氣球及儲存保管

探空氣球在進行氣象學(xué)發(fā)展研究及天氣預(yù)報中有著重要作用，是目前氣象研究中不可缺少的運載工具。探空氣球由天然橡膠或氯丁合成橡膠制成，有圓形、橢圓形等不同形狀，球重約

300 g～1 000 g，可升空離地30 km～40 km；探空站使用的常規(guī)探測氣球升速為6 m/s～8 m/s，上升至約30 km高空處將自行爆裂。探空氣球球皮質(zhì)量的優(yōu)劣是決定其探測高度高低的因素之一，在其他條件和升速相同的情況下，探空氣球所能達到的高度（球皮破裂的臨界高度）基本上取決于橡膠球皮質(zhì)量，球皮越厚，氣球能達到的高度越高。因此，高空探測日常使用的氣球重量在1 kg左右時，85%以上的氣球均可達到30 km左右的高度，生產(chǎn)商家應(yīng)著重于改進氣球質(zhì)量及工藝，提高氣球爆炸高度及穩(wěn)定性。

由于探空氣球的主原料為天然橡膠，具備彈性大、蠕變小、耐低溫、抗老化等優(yōu)點，但耐熱氧化、耐臭氧老化及抗紫外線性能差。廠家生產(chǎn)時將防老化劑和防寒劑加入配方，然后將氣球裝入塑料袋包裝后兩個一組裝入小紙盒。運輸過程中，氣球包裝箱應(yīng)嚴(yán)格密封遮蓋，不能風(fēng)吹雨打日曬。球皮箱要儲藏在通風(fēng)、陰涼、干燥的庫房內(nèi)，要求庫溫控制在0℃～28℃、相對濕度70%以下；通常將氣球存儲箱放置于距地面20 cm以上的架子上，且箱垛不能過于大，每垛之間間隔一定的距離以保證良好的通風(fēng)；存放氣球的地方禁止存放酸、堿、油等易燃物和銅、錳等金屬以及其他隊橡膠有害的物質(zhì)，遠離熱源或發(fā)熱體1 m以外；氣球具有一定的使用期限，在保管和使用時應(yīng)按照使用說.明，以出廠時間先后依次使用，避免氣球的存儲期超過18個月，每隔3個月應(yīng)對存儲箱翻轉(zhuǎn)一次，防止長時間積壓。探空氣球妥善的運輸及保管目的就是為了其能在使用過程中最大限度的發(fā)揮性能，避免影響探測

高度。

2 使用高純度氫氣及正確充灌

氫氣是氣體中比重最輕的氣體，世界大多數(shù)國家探空站普遍采用氫氣充灌探空氣球。相對于化學(xué)制氫、購買工業(yè)制氫等取氫途徑來說，電解水制氫氫氣純度最高（99.5%以上）、安全系數(shù)相對較高，為當(dāng)前大多數(shù)探空站采用的有效方法。根據(jù)高空氣象探測規(guī)范規(guī)定，探測氣球平均升速應(yīng)保持400 m/s，氫氣純度達到99.8%以上時安全系數(shù)相對最高，因此使用同一型號氣球時，純度低的氫氣相對充入量要多，這樣氣球體積就會增大，而氣球在升空過程中體積隨高度的增加逐漸膨脹，當(dāng)體積膨大到一定程度時就會爆炸；可見，充入純度低的氫氣時氣球爆炸高度相對要低，在相同條件下，氫氣純度也是影響探空高度的因素之一。所以，在電解水制氫時要做好氫氣純度的檢測，盡可能使用純度較高的氫氣，不僅能提高探測高度還可保證操作人員的人身安全。

對氣球進行充灌前，應(yīng)先檢查氣球外觀，無大皺折、補丁且厚薄均勻的氣球可保證施放高度，如果試?yán)蚱じ杏X柔軟而松弛，就說明氣球質(zhì)量較好，相反彈性小說明質(zhì)量差；球嘴到球頂?shù)木嚯x越長說明氣球越大，能施放的高度就越高。氣球充灌應(yīng)避開烈日、大風(fēng)，選擇無風(fēng)避日條件下進行；充灌在放球前20分鐘最合適，首先要倒掉球皮里的滑石粉，將氣球放置在專用充氣臺上，注意不能讓球皮接觸粗糙、鋒利物體，工作人員穿戴防靜電服、橡膠手套、操作，防止指甲、油污等損壞球皮或靜電引起火花；充灌時用手輕提起氣球頂部，緩慢打開閥門，充氣流量宜小，當(dāng)氫氣脹滿球體后，減緩充灌速度使球皮慢慢膨大，以保證球皮受力均勻；氣球升空時升速隨高度的增加逐漸增大，氣球充氫量過多即會縮短升空時間使爆炸高度降低，充氫量要保證放球后第一分鐘能達到350 m的高度為宜；完全充好后靠近球嘴處用繩子捆扎，以增大氣球膨脹空間，延緩爆炸時間，提高氣球升空

高度。

3 探空氣球上升過程中的受力影響

探空氫氣球在上升過程中產(chǎn)生一個向上的浮力，高空探測中將氣球所受的總舉力（氣球所受浮力減去氫氣質(zhì)量）減去球皮及附加在球體重物的質(zhì)量之和得到氣球所受的凈舉力，即：

凈舉力=總舉力（平衡器質(zhì)量+砝碼質(zhì)量+球皮質(zhì)量）—（氣球質(zhì)量+探空儀質(zhì)量+掛繩等附加物質(zhì)量）

該公式可簡化為：凈舉力=平衡器質(zhì)量+砝碼質(zhì)量-（探空儀+掛繩等附加物）質(zhì)量

高空氣象探測規(guī)范規(guī)定，凈舉力一般應(yīng)為1 200 g～1 500 g，凈舉力太小將導(dǎo)致氣球平均升速低于150 m/s影響探測高度，造成重放球，雨雪天氣還會使氣球下沉重放球；凈舉力太大則易造成凈舉力與升速關(guān)系曲線接近對數(shù)關(guān)系，當(dāng)達到一定的凈舉力后，升速很難增加，這樣一來，由于氣球充氣太多勢必嚴(yán)重廣泛影響氣球施放高度。公式中平衡器質(zhì)量、探空儀質(zhì)量及掛繩質(zhì)量是一成不變的，要控制凈舉力的大小只有根據(jù)錫林浩特探空站實際情況作砝碼質(zhì)量的調(diào)整。

當(dāng)球皮和附加物質(zhì)量一定時，凈舉力還與放球時當(dāng)?shù)氐臍鈮?、氣溫有關(guān)，氣溫越高或氣壓越低，凈舉力就越小，可適當(dāng)增加砝碼質(zhì)量保證氣球上升速度；而氣溫越低或氣壓越高，凈舉力越大，可適當(dāng)減少砝碼質(zhì)量降低氣球過高的升速；通過合理調(diào)整凈舉力的措施穩(wěn)定氣球上升速度，從而確保提高探測高度。

4 天氣變化的影響

天氣變化狀況也是影響探空氣球升速進而影響氣球施放高度的重要因素之一。通常，晴天或僅有一層薄云時，探空站處于高壓區(qū)，氣球升速加大，氣球探測高度較高；陰冷天氣，由于低層維持靜止鋒云系，穩(wěn)定的云系即使產(chǎn)生微量雨雪也不致影響氣球上升速度和壽命，因此氣球爆炸高度也較高；當(dāng)陰冷天氣云層不斷增厚或上空出現(xiàn)擾動時，可能會造成氣球施放高度略低現(xiàn)象；雨雪天氣，氣壓偏低，氣球上升慢，且上升過程中不斷受到密集雨、雪的阻撓，上升到一定高度還會受到冰晶、冰粒撞擊、摩擦總的來說，應(yīng)在實踐過程中不斷累積經(jīng)驗，科學(xué)、靈活應(yīng)對不同天氣狀況下的放球，遇陰天、小雨雪，要較正常天氣狀況多充灌5%～10%的氫氣，即增大凈舉力為1600 g，中到大雨或大雪天氣，應(yīng)多充灌20%的氫氣，盡量避開大雨、雷暴時段，待雨量變小、雷暴減弱時抓住有利天氣時機進行施放，保證能在有限的天氣條件下提高探空氣球的探測高度。

參考文獻

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作者簡介

武魁（1977—），男，漢族，內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林浩特市人，本科，工程師，從事氣象工作。