每天,从世界各地近900个探空气象站地点、有近1000个气象气球被放飞。它们扶摇直上,进入大气层的不同高度,收集弥足珍贵的第一手观测资料。
人们很少亲眼看见气象气球,大多时候几乎不会意识到它的存在。但近期加拿大和美国在其境内击落了几个飞行物、其中包括一个气球。这个热点新闻迅速将气象气球带入了大众视野。
联合国世界气象组织2月17日强调说,气象气球传回的数以百万计的数据在庞大而复杂的全球观测系统中发挥着重要作用。这个全球性系统是过去60年来最雄心勃勃和最成功的国际合作实例之一。
气象气球近期成为新闻热点
气象气球能为高空气象直接“号脉”
在一部名为《热气球飞行家》的电影中,“小雀斑”埃迪·雷德梅恩饰演了一位1860年代的气象学家。在那个气象学刚刚起步的时代里,他为了实现天气可预报,必须获取高空的气象数据。为此,他不断挑战热气球的升限高度、也承受了一次次生死攸关的考验。
气象学发展史上,获取高空气象数据曾经十分艰难
今天的气象学家不再需要以身涉险,他们高空气象观测的工具箱里有卫星、飞机、地面雷达和探空系统等高科技选择,并可以相互结合以期获得最准确的气象数据。
但能够升到高空直接给气象环境“号脉”的只有探空气球,其获得的 “诊疗数据” 通常被认为是最准确的,因此在大气遥感观测真实性检验和校准检验中发挥着无可替代的基准作用。
与火箭、卫星等其他升空器具相比,气象气球具有不需要动力、廉价、便利等优点。它一般用橡胶或塑料等材料制成球皮,充以氢、氦等比空气轻的气体,由于它相对载重量大、飞行时间长、携带仪器姿态稳定,其升放过程受地域和气候因素影响相对较小,所以获取的观测数据资料精度高、用时短。作为综合气象观测系统的重要组成部分, 探空气球是人类研究平流层的重要工具,在气象学发展、天气预报、气候监测工作中起到了重要作用。
在气球升放以后,雷达操作、跟踪与数据观测便会同时进行。附着在气球上的无线电探测仪由一个小电池供电,可忍受-95°C的低温和极低的高空气压。无线电探测仪上的发射器每隔一到两秒就把数据发回给地面的跟踪设备。通过跟踪无线电探空仪的位置,我们还可以计算出风速和风向。
而气球通常能上升到3万米高空,在整个过程中,探空气球就犹如一个CT扫描仪,从低空到高空进行逐层扫描,把不同高度和经纬度的温度、气压、空气湿度、风向风速等数据通过信号发回地面,从而获得关键的气象要素值。
据悉,探空气球能每1.2秒传回一组数据一分钟便能收集50组,这些对平常人来说犹如“天书”的数据,对于气象专业人士来说,却弥足珍贵。
气象气球有哪些种类
气象气球一般分膨胀型与非膨胀型。膨胀型气球可随大气压的降低而自由膨胀,气球可一直上升到破裂为止。这种气球一般是在大气垂直探测中应用;非膨胀型气球一般在超压状态下工作,球皮几乎无伸缩性。它可以制作定高气球、系留气球等使用期较长、负荷较大的气球。它们通常被用于大气中的水平探测。
目前,主流的气象气球主要有四种——
测风气球:气象上称小球,用橡胶制作,球皮重约30克,主要用于经纬仪测风或边界层探空,最大升空高度在10-15公里。
探空气球:用橡胶或氯丁乳胶制作,球皮重0.8─2.0千克,携带1千克仪器升速为5─6米/秒,最大升空高度可达30公里,是日常高空观测使用的气球。
系留气球:用缆绳拴在地面绞车上,能控制浮升高度的气球。通常用聚脂薄膜做成流线形,缆绳长度及与地面交角可以估算气球距地面高度,它可以携带测量仪器在指定高度作数小时连续测量,用完后收回作多次使用。特别适用于大气污染监测和研究大气边界层等。
定高气球:在大气中保持在等密度面上的气球,它可以平稳地随气流飘移,也称等密度气球或等容气球。气球由塑料制成多层复合膜,耐压性强,保气性好。在地面施放时仅部分充气,升到预定高度时,因球内气体量不变因而密度不变,保持在一个等密度面上飘行,气球大小视飞行高度和所带仪器的重量而定,其直径小至一米,大至数十米不等,在空中可飘行数天至数月。
大型定高气球直径22米,距地高24公里,可携带200个探空仪,能接受卫星指令,每隔一定飘浮距离投下一架探空仪,下投的探空仪带降落伞,观测数据由无线电信号发到母球,再由母球转送到卫星,最后由卫星播发到地面站接收。这种与卫星结合的定高气球称为母子定高气球系统,在测量气团属性变化和大气电学特性等方面已广泛应用。
气象气球讲述了国际合作的故事
近几十年来,作为全球观测网络的一部分,气象气球是地面数据的主要来源。中国约有120个气象站点也是全球共享观测系统的组成部分,它们每天都会放飞探空气球并和全世界共享采集的气象数据。
立体而完整的全球气象网络高度依赖国际合作
爆炸是每一个气象气球的宿命。随着高度不断上升,周围空气越来越稀薄,气压不断减小,温度也持续降低。直到最后一刻,整个探测过程在爆炸的瞬间终结。
单个气象气球的生命是脆弱而短暂的,然而每天飞向高空的1000个气球,却构成了坚韧的全球气象数据网络。无论所在时区是白天、黑夜,狂风、暴雨,全球的气象工作者们用同一套技术规范、在同一时间内施放气象气球,成为全球天气预报得以实现的前提。所以,当这些气球飞过我们蓝色星球的上空时,它们讲述的并不是“流浪”的故事,而是一个国际合作的故事。
编 辑:秣 马
责 编:小 文