編譯 段景頤

1982年7 月2 日，多個(gè)航班的飛行員在下降到美國洛杉磯國際機(jī)場(chǎng)時(shí)都在天空中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)不明飛行物，數(shù)名機(jī)長用無線電向機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)報(bào)告了這一情況。根據(jù)機(jī)長們的描述，塔臺(tái)工作人員初步判斷這個(gè)不明物體似乎是一個(gè)坐在鋁制草坪椅上的人，他手里似乎拿著一桿獵槍。這個(gè)奇怪的人和椅子被吊在一串大型氣球上，正在5000 米左右的高度飛行著。

后來，警方確認(rèn)了這位“怪人”名叫拉里·沃爾特斯。在警方盤問下，他交代了自己利用43 個(gè)充滿氦氣的氣象氣球升空并飛行了45 分鐘的整個(gè)過程。拉里很想當(dāng)飛行員，但視力問題讓他沒能實(shí)現(xiàn)成為飛行員的夢(mèng)想，可他還是想飛到天上。1982 年，他購買了45 個(gè)氣象氣球（每個(gè)能膨脹到2.4 米直徑，充氣過程中破了兩個(gè)）和一些氦氣罐，并于7 月2 日實(shí)施了這場(chǎng)鬧劇。最后，他被當(dāng)?shù)貦z察機(jī)關(guān)以危害機(jī)場(chǎng)空域安全等理由起訴，法院判罰他繳納1500 美元罰金。

氣象氣球的工作原理

氣球因?yàn)榫哂谐杀镜?、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而被大量用于高空觀測(cè)和氣象探空。以氣象氣球中的探空氣球?yàn)槔?，它們能在大氣中飛行約2 小時(shí)，飛行總距離約為200 千米，最高可上升到3 萬米的大氣層。探空氣球由乳膠或氯丁橡膠制成，從地面釋放時(shí)直徑一般為2 米。隨著探空氣球逐漸升高，外部氣壓逐漸降低，探空氣球也變得越來越大，最大可膨大到直徑8 米，最后探空氣球破裂并下落。在探空氣球浮空的過程中，其下方的無線電探空儀每隔1~2 秒就會(huì)向地面回傳氣溫、濕度和氣壓等信息。位于地面的工作人員通過全站儀測(cè)出探空氣球的仰角，并將其換算為風(fēng)向和風(fēng)速等信息，也可以通過雷達(dá)跟蹤探空氣球，計(jì)算出風(fēng)速和風(fēng)向。

氣象氣球的先驅(qū)者們

最早想出利用氣球觀測(cè)大氣這個(gè)方法的是英國人杰弗里斯。1785 年，他乘坐法國熱氣球運(yùn)動(dòng)員布蘭查德的熱氣球，嘗試穿越英吉利海峽。在空中，杰弗里斯幫助布蘭查德觀察天氣，順便記錄高層大氣的活動(dòng)過程。然而，該氣球沒能升到高空，并差點(diǎn)墜入英吉利海峽。為了給氣球減負(fù)，杰弗里斯不得不大量丟棄他攜帶的設(shè)備。也許是受此啟發(fā)，在從1896 年起的數(shù)年間，法國氣象學(xué)家波爾升空了數(shù)百個(gè)捆綁著儀器的氣象氣球，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)幫助他發(fā)現(xiàn)了對(duì)流層頂和平流層。

氣象氣球也要分類

按照制作材料和用途，氣象氣球大致可分為如下幾類：

①測(cè)風(fēng)氣球測(cè)風(fēng)氣球的用途是測(cè)定高層大氣的風(fēng)向和風(fēng)速。測(cè)風(fēng)氣球的球皮重量一般僅為30克，因此這些氣球被稱作“小球”。氣球升空后，地面觀測(cè)人員用測(cè)風(fēng)經(jīng)緯儀不斷跟蹤觀測(cè)，記錄下氣球每分鐘的仰角和方位角，并計(jì)算出氣球經(jīng)過不同高度時(shí)的風(fēng)向和風(fēng)速。

②探空氣球探空氣球的球皮一般重0.8~2 千克，可以攜帶1 千克的儀器設(shè)備，以5~6 米/秒的垂直方向速度升空，最高升空高度可達(dá)30 千米，是日常高空觀測(cè)所使用的氣球。

③系留氣球顧名思義，系留氣球通過纜繩被固定在地面，其最大特點(diǎn)是可以長時(shí)間停留在特定高度，每次滯空時(shí)間最長可達(dá)數(shù)月，常用于大氣和環(huán)境監(jiān)測(cè)。

④平流層氣球平流層氣球能完成20 ～40 千米或更高大氣區(qū)域的高空探測(cè)任務(wù)，其作用包括測(cè)量并記錄氣象要素、大氣成分、大氣電、大氣臭氧、太陽輻射，驗(yàn)證壓—高公式……平流層氣球具有10 ～30 萬立方米或更大的容積，充氫氣后可以負(fù)載100 ～150 千克的儀器。

氣象氣球發(fā)揮重要作用

今天，氣象氣球幫助我們完成了大部分高空探測(cè)工作，全世界有900 多個(gè)氣象站依靠每日（兩次）升空氣象氣球獲取氣象數(shù)據(jù)。

低層大氣和高層大氣的氣象狀況差異堪稱云泥之別。海平面上可能風(fēng)平浪靜，但同一片海域上方5000 多米的高層大氣可能正在醞釀一場(chǎng)暴風(fēng)雨。定期釋放氣象氣球就是為了探測(cè)高層大氣的變化。一個(gè)多世紀(jì)前，當(dāng)時(shí)的氣象學(xué)家只能根據(jù)地面觀測(cè)，預(yù)測(cè)未來幾小時(shí)內(nèi)的天氣；今天，借助氣象氣球，氣象工作者已經(jīng)可以預(yù)測(cè)幾天后的天氣狀況。

這些氣象預(yù)測(cè)的作用不僅僅是減少人們?cè)谏舷掳嗦飞媳挥炅艿母怕?，高層大氣?shù)據(jù)對(duì)有可能發(fā)生的氣象災(zāi)害（如龍卷風(fēng)、雷暴或山洪）的預(yù)警也起著重要作用。在氣象氣球的幫助下，有關(guān)單位可以在這些災(zāi)害發(fā)生的數(shù)小時(shí)前向?yàn)?zāi)區(qū)調(diào)度物資和救援人員。

氣象氣球收集到的數(shù)據(jù)，可以用于山洪等災(zāi)害預(yù)警

能探測(cè)太陽風(fēng)、小行星塵埃和宇宙射線

美國宇航局于2021 年5 月-6 月放飛了6 個(gè)氣象氣球，讓它們升到地表以上100~500 千米的高層大氣，那里是地球大氣接觸太空的區(qū)域。太陽發(fā)出的太陽風(fēng)（連續(xù)帶電粒子流）掠過地球，并綿延60 多億千米。太陽風(fēng)的突然爆發(fā)會(huì)在地球上引發(fā)美麗的極光，但也會(huì)破壞無線電傳輸和GPS 信號(hào)，威脅衛(wèi)星安全，影響地面電網(wǎng)的正常工作。

大部分太陽風(fēng)粒子的移動(dòng)速度很慢，即便是最快的太陽風(fēng)粒子也會(huì)因?yàn)榈厍虼艌?chǎng)的偏轉(zhuǎn)作用而偏離地球表面。地球磁場(chǎng)相當(dāng)于一個(gè)屏障，阻止太陽風(fēng)中的帶電粒子撞擊地球。然而，雖然大部分地磁場(chǎng)是閉合的，但也有少數(shù)開放的區(qū)域，這就為太陽風(fēng)粒子到達(dá)地球表面提供了通道。通過氣象氣球，科學(xué)家可以觀測(cè)太陽風(fēng)粒子如何進(jìn)入地球磁場(chǎng)，以此找到地球磁場(chǎng)的外邊界。

美國宇航局也經(jīng)常使用氣象氣球進(jìn)行近太空實(shí)驗(yàn)：在流星雨期間，氣象氣球可以收集經(jīng)過地球附近的小行星散落的塵埃；一些氣象氣球還能用于探測(cè)宇宙射線。

放飛140 萬個(gè)氣球，后果很嚴(yán)重

氣象氣球的放飛數(shù)量和頻率被嚴(yán)格限制，這是因?yàn)闊o限制地放飛氣球會(huì)造成麻煩。1986 年，美國俄亥俄州克利夫蘭市舉辦了一場(chǎng)盛況空前的氣球放飛活動(dòng)。140 萬個(gè)各色氣球在周圍人群興奮無比的高喊聲和歡呼聲中被放飛。

許多氣球乘風(fēng)飛到了很遠(yuǎn)的地方。受氣球影響，柏克湖畔機(jī)場(chǎng)的一條跑道被迫關(guān)閉半小時(shí)。多條公路也因?yàn)闅馇蚨l(fā)生車禍——一些司機(jī)呆呆地盯著天上難得一見的壯觀景象，視線離開了路面……還有一些氣球飄到了馬場(chǎng)，導(dǎo)致馬匹受驚嚇?biāo)纳⒈继?，一些馬因此受了傷。最可惜的是，氣球放飛活動(dòng)當(dāng)天，兩名漁民在伊利湖上失蹤。雖然救援直升機(jī)及時(shí)發(fā)現(xiàn)了船只，但飛行員因視線受湖面氣球干擾而無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)漁民。幾天后，人們才在岸邊發(fā)現(xiàn)了兩名漁民的尸體。