作者：杜傳耀 北京市氣象探測中心（北京市觀象臺）高級工程師

最近，一艘用于氣象等科研工作的無人飛艇登上了熱搜。這個“流浪”的氣球?qū)嶋H上是萬米高空的聽診器——氣象探空氣球，它常常被人們誤以為是不明飛行物，但氣象工作者卻親切地給它取名為“大白”，“勇敢無畏的高空探險家”也是對它的最高評價。

【資料圖】

氣象探空氣球是氣象上用來探測從近地面到35km高空的溫度、濕度、氣壓、風向、風速等氣象要素的設(shè)備。那么它是如何完成高空探測任務(wù)的呢？

氣象探空系統(tǒng)的組成及各部門功能。氣象探空系統(tǒng)簡單的講，主要由探空氣球、探空儀、地面數(shù)據(jù)接收雷達以及其他輔助設(shè)備組成。探空氣球是整個探測系統(tǒng)的載體，負責把探測設(shè)備運載到高空；探空儀是高空探測系統(tǒng)的核心部件，負責高空氣象數(shù)據(jù)的采集并發(fā)回地面；地面數(shù)據(jù)接收雷達負責和探空儀進行通信，接收探空儀采集的高空氣象數(shù)據(jù)。下面對主要組成部分詳細介紹。

探空氣球是整個探測設(shè)備的載體，它就像運載火箭一樣載著探空儀以6-8m/s的速度飛向高空，實現(xiàn)對高空氣象要素的探測。

探空氣球有幾種規(guī)格，一般根據(jù)重量來區(qū)分，包括300克、750克、1600克等，根據(jù)對探測高度要求的不同選用不同的規(guī)格，重量越大的氣球自然是探測高度越高。氣球里面一般充的是氫氣或者氦氣，1600克的氣球充氣后在地面直徑可達2.5米，到高空隨著氣壓減小，氣球就會慢慢膨脹，最后爆炸直徑可達8-11米，可謂壯觀。

此外，探空氣球除了作為載體之外，風向和風速的獲取，也是根據(jù)探空氣球的水平位移來計算的。

探空儀是高空探測的核心部件，由溫度、濕度、氣壓傳感器，以及測量電路，控制（解碼）電路，發(fā)射電路和電池等組成，探空儀被探空氣球帶到高空以后就不停地在采集溫度、濕度、氣壓等氣象數(shù)據(jù)，并和地面的數(shù)據(jù)接收雷達進行通信，將采集的數(shù)據(jù)傳回到地面氣象站。

地面接收雷達在探空氣球載著探空儀釋放的一瞬間就開始跟蹤，氣球和探空儀飛到哪，雷達天線就跟蹤到哪，直到探空氣球爆炸，并不停地以詢問握手的方式和探空儀對話，接收探空儀采集的數(shù)據(jù)。

探空氣球探測過程。工作時，地面雷達利用對探空氣球的實時跟蹤來實現(xiàn)測風功能，探空氣球攜帶探空儀升空，隨著氣球升空，地面雷達發(fā)出詢問信號，探空儀回答器對應(yīng)發(fā)出回答信號，根據(jù)每一對詢問和回答信號之間的時間間隔和信號的來向，就可以測定每一瞬間探空氣球位置，即它離地面雷達的直線距離、方位角、仰角，然后根據(jù)探空氣球隨風飄移情況，就可以推算出風向、風速。

在這同時，探空儀也將采集到的不同高度層的溫度、濕度、氣壓數(shù)據(jù)，不斷地發(fā)回地面，被地面數(shù)據(jù)接收雷達接收，被接收的信號通過解碼傳到計算機終端顯示繪圖，這樣就完成了對高空溫度、濕度、氣壓、風向、風速的探測。

氣象探空氣球是不是可以隨時隨地釋放呢？實際上氣象探空氣球的釋放需要申請空域，不是隨地可以釋放的，一般只有在有高空氣象站的地方才能見到，高空氣象站并不像地面氣象站數(shù)量那么多，全國有幾萬個地面氣象站，但只有120個高空氣象站，北京只有一個高空氣象站，位于南郊觀象臺。

同樣氣球釋放的時間也不是隨意的，而是固定的。如果你所在的城市有高空氣象站，那么在北京時間01時15分、07時15分、13時15分、19時15分，總有那么一個時刻可以和高空氣球來一次邂逅，無論天氣多么惡劣，這些氣象站都會照常營業(yè)哦！

氣象探空氣球發(fā)揮的作用。氣象探空氣球是掌控高空風云變幻的重要手段。它猶如一個CT掃描儀，從地面到高空進行逐層掃描，實現(xiàn)了從二維到三維立體的觀測，為天氣預報提供了豐富的高空氣象數(shù)據(jù)資料，促進了預報水平的提高。

氣象探空氣球還多次出現(xiàn)在南極和青藏高原科考中，為全面評估這些地區(qū)的氣候變化提供了數(shù)據(jù)支撐。高空探測從18世紀中期開始嘗試，先后采用風箏探測，載人氣球探測及系留氣球探測，到今天的無線電探空，高空探測技術(shù)不斷革新發(fā)展。未來，這只氣球?qū)y手中國北斗定位探空儀帶著國人的祝福和夢想越飛越高。