探空气球(Sounding Balloons、Radiosonde balloon)是一种用于气象观测的特殊运载工具,能够携带各种测量装置,监测大气的关键参数,如温度、气压和湿度等,为天气预报和气象研究提供重要数据。探空气球可以升至高达30000米以上的高度,是气象观测中不可或缺的工具。
早在1809年,英国人沃利斯和福雷斯首次使用测风气球探测高空风。1862年,格林威治气象台的格列塞尔台长和助手冒险乘坐气球升至8800米高空,进行了高空探测,尽管条件非常艰苦,但还是取得了重要的进展。1864年,
英国气象学家开始采用系留气球下悬挂的气象仪器进行低空气象观测,这种方法较为安全可靠。1898年,莱昂·泰瑟伦·德·博尔特(LéonTeisserenc De Bort ,1855-1913) 开始使用风筝和气球进行垂直探测,1899年通过实验论证了平流层的存在。直到
第一次世界大战期间,人们才认识到这些探测的重要性,并建立了探空站网络来进行大气观测。1927年,罗伯特·伯克和皮埃尔·伊德拉克发明了无线电探空仪,使得通过无线电接收气球携带的仪器的测量值成为可能。在出现卫星数据之前,这些观测值成为数值天气预报模式中同化的主要来源。
当地时间2023年2月2日,
美国国防部官员称正在追踪一颗疑似来自中国的高空“间谍”气球,但许多专家对指控表示怀疑,认为缺乏充分依据。两天后,
美国联邦航空局临时暂停
北卡罗来纳州和
南卡罗来纳州等机场飞机起降,两架
F-22战斗机其中一架击落了探空气球。此事件导致中美外交访问取消并引发政治辩论。
发展
早在1809年,两位英国人沃利斯和福雷斯就首次创造性地使用测风气球来探测高空风的情况。之后的1862年的9月5日,格林威治气象台的台长格列塞尔和他的助手一同乘坐气球升到了8800米的高空,进行了高空探测飞行,而且还没有带
氧气设备,可见当时的探测条件非常艰苦。1864年,
英国的气象学家首次采用了系留气球下悬挂的气象仪器来进行低空气象观测,系留气球是通过缆绳将气球拴在地面绞车上,并可以控制其在大气中的飘浮高度,这样可以相对安全和可靠地进行观测,由于氢气球的升高性能好、滞空时间长,所以应用得比较广泛,但氢气球有易燃易爆的缺点。此时的科学家们还探索了其他方法来确保仪器和资料的回收,例如使用降落伞法,即气球上升到一定高度后破裂,然后降落伞会打开,将仪器安全地送回地面。还有另一种叫做双球法,即其中一个气球破裂后,另一个气球仍然不能支撑仪器的重量,从而使得仪器安全下降回地面。这些方法都对仪器和数据的回收产生了一定的效果。
1898年,一位名叫莱昂·泰瑟伦·德·博尔特(LéonTeisserenc De Bort ,1855-1913) 的科学家开始使用风筝和气球来对大气进行垂直探测。1899年,莱昂·泰瑟伦·德·博尔特通过实验论证了平流层的存在,到了
第一次世界大战期间,人们才开始认识到这些探测的重要性,并建立了一个探空站网络来进行大气观测。罗伯特·伯克和皮埃尔·伊德拉克两人在1927年发明了无线电探空仪,这使得通过无线电接收气球携带的仪器的测量值成为可能。在出现
卫星数据之前,这些观测值成为数值天气预报模式中同化的主要来源。从20世纪20年代开始,
氦气球出现,并取代了之前使用的易燃易爆的氢气球,采用氦气填充的气球解决了氢气气球的安全隐患,使探空气球的使用更加安全可靠。
1955年开始,北京橡胶研究院采用国产天然乳胶为原料,成功研制出了测云测风气象气球,并在
广州市成立了我国首家胶乳气球生产厂家——第十一橡胶厂。之后该厂开始生产10#、20#、30#、50#等型号的测云测风天然胶乳气球,逐步扩大生产规模。
1965年,云南昆明近郊成立了化工部乳胶工业研究所,研发了氯丁胶乳气球。随后陆续研制出1500克、950克、750克等型号的天然胶乳探空气球,实现了天然胶乳气象气球的系列化研究。到了1972年,北京乳胶厂也开始生产天然胶乳测云测风气球,使得中国胶乳气球的生产规模进一步扩大,形成了两家生产厂家和一个研究所的格局。
顺着近几十年来,探空气球的应用也得到了进一步发展,现在气球可以携带各种无线电探测器升空,从而测定高空各高度上的温度、湿度和气压等气象要素。同时利用雷达对自由飞行的气球定位,可以获得气球的经度、纬度和高度数据。这些创新使得胶乳气球的发展更加先进和多样化。
用途
探空气球是一种用于气象探空的特殊气象仪器,可以搭载各种测量装置,帮助了解大气层的情况。这些搭载的仪器能够实时监测和记录大气的关键参数,如温度、气压和湿度等,帮助人们进行实时分析或者研究。探空气球可以升至非常高的高度,大约30000米左右,最大高度可以达到约50000米。
高空气象观测在现代
气象学中依然扮演着至关重要的角色,而探空气球作为主要的气象探空运载工具,在这个领域中仍然占有着不可替代的地位。以中国气象部门为例,其采用的气象探空方法通常是结合“地面雷达+探空仪”的方式进行。在这种方法中,探空气球将搭载的探空仪升空,气球上升的速度通常在每分钟300到500米之间。这使得探空气球能够覆盖从地面到高度约40千米的范围,涵盖了大气边界层和自由大气,探空气球在上升的过程中,搭载的探测仪器将实时收集气象数据,包括气温、气压、湿度、风向和风速等重要参数,此外还包括一些特殊项目,如大气成分、
臭氧、辐射、大气
电场等。
构造
现在的探空气球通常采用
氦气填充,这种气球使用高质量的
氯丁橡胶材料制成。相比之前使用
氢气的气球,采用氦气气球具有重要的优势,有效地解决了之前氢气气球易燃易爆的安全隐患。
相关事件
采集数据
2021年3月23日,位于
成都电视台温江国家气候观象台,在这个气象观测台,工程师陈建准备放飞探空气球进行天气观测。探空气球会携带无线电探空仪,通过自由升空的方式获取地面到3万米高空的温度、气压、湿度和风等气象数据。会每天三次放飞探空气球以收集相关气象信息。温江国家气候观象台是全国24个国家气候观象台之一,其职责包括高空气象观测、地面气象、农业气象、辐射、
雷电等观测工作。所获得的气象数据不仅用于国内,还参与国际交换,为
中原地区的气候模式开发和气候变化机理研究提供数据支撑,从而提高气象防灾减灾能力,并增强科学应对气候变化的能力。这个气象观测台在
世界气象日前夕被揭秘,向公众展示了他们的工作和意义。
气球事件
当地时间2023年2月2日,
美国国防部官员称,正在追踪一颗疑似来自中国的高空“间谍”气球,这个气球出现在美国大陆上空,担心这个“间谍”气球的出现可能会进一步加剧中美关系的紧张局势。许多相关领域的专家对这个指控表示怀疑,在接受《
环球时报》记者采访时都认为,美方的指控缺乏充分依据。他们认为,探空气球从中国飞往
美国大陆的可能性非常小,在美国上空从事监视活动”更是无稽之谈。
当地时间2023年2月4日,一架F-22美国军用战斗机在南卡罗来纳州海岸附近击落了这个探空气球,该气球坠落距离海岸6
海里处。多艘
美国海军和
海岸警卫队船只正在前往气球坠落区域,计划回收残骸并将其送往实验室进行详细分析。