探空高度與多種影響因子之間的關系

劉春芳

（齊齊哈爾市氣象局，黑龍江 齊齊哈爾161006）

1 引言

常規高空氣象觀測是由探空氣球攜帶探空儀，以自由升空方式對大氣氣象要素和運動狀態等的變化進行觀測，因此探空氣球施放高度越高，探測到的資料越多，為氣象預報和氣候分析提供的依據越多。近年來， 齊齊哈爾站使用的探空氣球都是由廣州與株洲兩廠生產的。

2 氣候條件

齊齊哈爾市屬溫帶大陸性季風氣候， 四季特點十分明顯：春季干旱多風，夏季炎熱多雨，秋季暫短霜早，冬季干冷漫長。 這樣多風、多雨和干冷的環境，較難達到較高的探測高度。

3 氣球自身質量

2011年中國氣象局與廠家為提高探測高度，要求各個臺站每月填寫探空儀與氣球質量登記表，以方便廠家在生產工藝、配方、原材料、質量控制等各方面采取措施，提高施放高度。 將此表與2012年的質量報表重新匯總如表1。

表1 齊齊哈爾探空站2012年氣球質量、探空高度統計表(單位：m)

根據中國氣象局有關的考核辦法規定，高度<26 000 m 視為不合格氣球。上表中的“其中雨”是指下雨天高度不合格的氣球。 從表1 中可以看出：在55 個不合格氣球中，雨、雪天占18 個，說明雨、雪天對氣球施放高度有影響；由于2012年庫存大部分是株洲產氣球，就一年的施放情況看，株洲氣球高度相對高一些，但問題氣球也相對多一些。

4 儲存條件對氣球的影響

（1）氣象氣球由天然乳膠和適量配合劑加工而成。 天然乳膠易與空氣中少量的臭氧產生反應，還會在陽光中紫外線的催化下與氧反應。 氣球充氣或置于氣溫高或紫外線強的室外時，這種反應速度更快。因此，氣球必須在適宜的溫度和盡可能避光、少氧的環境下儲存。

（2）天然乳膠中含有多種蛋白質，在潮濕的環境下，蛋白質容易變質，影響產品的性能。 橡膠成分中的其他吸水材料在吸收水分后， 也會影響氣球的使用性能。 所以氣球在儲存中，相對濕度在70%以下為宜。

（3）氣球儲存在離地20 cm 的貨架上，并且每3個月需翻動一次。 堆放層數不超過12 層，垛間相隔60 cm，以保持良好的通風。

5 良好的氫氣氣源

氫氣是比重最輕的氣體， 電解水制出的氫氣純度可達99.5%以上，安全系數也相對較高。 使用同一型號的儀器，純度低時，充氣量就會多些,勢必造成球皮體積增大，在升空過程中，隨高度的增加球體逐漸膨脹，而球皮的膨脹極限是一定的，所以同一球皮，充入低純度的氫氣比充入高純度的氫氣爆炸高度低一些。

6 使用時對氣球的影響

(1)人為避免不利因素。 如果將氣球充灌好后置于室外，受太陽暴曬、雨淋以及風的不規則拽拉都會影響氣球的性能和施放高度。

(2)控制充氣速度。充氣速度不宜過快，一般15-20 min 為宜。 因為充氣過快，突然的膨脹可能導致球皮局部出現薄點，隨著氣球的升空過程，內外壓差會導致薄點過早爆炸。

(3)掌握凈舉力。 在外界天氣條件確定的情況下，控制氣球升速的快慢主要通過確定凈舉力來實現,而凈舉力的大小直接影響升空高度。 在陰天，低云量較多的情況下，或有雨、雪的天氣下，要加大凈舉力。 大風、霧霾天氣一般不做增減。 凈舉力與升速之間的關系為： , 式中：w 為氣球升速（m/min）;b1為升速系數;ρ0為標準大氣壓;ρ 為實際大氣壓;A 為凈舉力;B 為球皮及附加物重,從式子中可看出，凈舉力與升速成對數關系，因此凈舉力應適宜，不宜過大或過小。 如果凈舉力過大，升速就不易增大，反而由于充氣太多，球升空后球皮過度膨脹而早炸，沒有達到預期高度。 所以各地臺站應根據實際情況認真研究適合本地的氣球凈舉力大小。

7 小結

(1)保證探空氣球施放高度的穩定性，首先要按規定對氣球進行儲存，同時保證氣球的質量，提高氣球的總體性能。

(2)探空員要善于積累經驗，提高自身的技術。 比如，善于觀察天氣變化，適當改變凈舉力、充灌氣球的速度和扎球方法等。