影響高空探測(cè)高度的因素與提高方法研究

鄭百紅

摘 要：高空探測(cè)主要為氣象服務(wù)，要進(jìn)行高空探測(cè)應(yīng)該在探究高空探測(cè)高度的基礎(chǔ)上進(jìn)行。高空探測(cè)高度直接決定著天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，因此，掌握高空探測(cè)高度的提高方法至關(guān)重要。通過(guò)一定的高度可以進(jìn)行資料的搜集，更好地為氣象站提供可靠的數(shù)據(jù)。高空探測(cè)高度受到多種因素的影響，只有深入了解其影響因素，才能更好提高其高度。該文主要對(duì)影響高空探測(cè)高度的因素進(jìn)行分析，以提出提高高空探測(cè)高度的主要方法。

關(guān)鍵詞：高空探測(cè)高度 影響因素 提高方法

中圖分類號(hào)：P412.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）02（b）-0053-02

高空探測(cè)的主要方式是以氫氣球?yàn)檩d體，攜帶探空儀進(jìn)行探索，以完成對(duì)高空壓力、溫度、濕度、風(fēng)向等指標(biāo)的測(cè)定和記錄。這些記錄的數(shù)據(jù)便是人們探索高空的資料，通過(guò)對(duì)資料的分析，從而準(zhǔn)確進(jìn)行天氣預(yù)測(cè)。但高空資料的獲取與高空探測(cè)高度直接相關(guān)，如果高度不正確，其獲取的資料也相對(duì)片面，從而影響預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。此外，高空探測(cè)高度受到了多種因素的影響，其中最為主要的就是降水、空氣阻力、凈舉力等，該文將據(jù)此提出一些解決措施。

1 影響高空探測(cè)高度的主要因素

1.1 降水對(duì)高空探測(cè)高度的影響

高空探測(cè)主要通過(guò)氫氣球進(jìn)行，氣球在高空中，一定會(huì)受到大氣對(duì)流層的影響。除此之外，如果遇到降雨，氣球上升的高度也會(huì)受到影響。當(dāng)下雨時(shí)，雨水密度也會(huì)嚴(yán)重影響氣球的上升速率。對(duì)于密度相對(duì)較小的雨水，一般不會(huì)對(duì)氣球上升造成影響；但對(duì)于密度較大的降水，通常伴隨著下沉氣流，又受到雨滴降落的阻力，會(huì)嚴(yán)重影響上升速度，甚至造成氣球下降。當(dāng)氣球升至厚降水云層時(shí)，處于低層的氣球通常表面附著一層水，當(dāng)溫度降低到零度以下，便會(huì)發(fā)生凍結(jié)的現(xiàn)象。凍結(jié)是一個(gè)放熱過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，氣球表面一直呈現(xiàn)濕潤(rùn)狀態(tài)，因此，會(huì)積聚大量的雪，從而增加了氣球的重量，降低了其上升速率。

1.2 凈舉力對(duì)高空探測(cè)高度的影響

探空氣球的主要材質(zhì)為彈性膠，因此，具有一定的延伸性。當(dāng)在其中充入氫氣時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生向上的浮力。凈舉力是單純向上的力，它的大小與高空探測(cè)高度直接相關(guān)。凈舉力是一個(gè)物理量，通過(guò)物理學(xué)的方法測(cè)定得出，它直接反映了氣球上升高度的速率。提及凈舉力，總舉力也是一個(gè)應(yīng)當(dāng)了解的重要指標(biāo)。它等于凈舉力和球以及附屬物重量之和，當(dāng)相關(guān)部門工作人員掌握了這幾個(gè)指標(biāo)后，便能對(duì)氣球上升的速率進(jìn)行控制。凈舉力越大，上升的高度越高，其高空數(shù)據(jù)就越全面。但凈舉力與高度變化的關(guān)聯(lián)很大，當(dāng)高度越高時(shí)，如果氫氣球以及附屬物、壓力等為定值時(shí)，凈舉力也保持恒定。根據(jù)相關(guān)物理學(xué)知識(shí)可以得出：在保持壓力、球重以及附屬物重量、氣溫相對(duì)恒定時(shí)，凈舉力與空氣密度直接相關(guān)，空氣密度越大，它的凈舉力也相應(yīng)較大。

1.3 空氣阻力對(duì)高空探測(cè)高度的影響

在物理學(xué)中，力學(xué)是相對(duì)重要的一門學(xué)科。雖然凈舉力能夠使氣球上升，但對(duì)于任何運(yùn)動(dòng)的物體來(lái)說(shuō)，阻力是不可避免的。阻力的作用是阻礙物體的運(yùn)動(dòng)，它與凈舉力的作用正相反。在高空探測(cè)過(guò)程中，氣象部門通常使用探測(cè)氣球進(jìn)行探索，當(dāng)氣球施放以后，氣球首先會(huì)受到凈舉力的作用向上移動(dòng)，與此同時(shí)，也受到一定阻力的作用。在氣球上升過(guò)程中，阻力并非是固定不變的，它主要受到兩個(gè)因素的影響，分別是球與空氣接觸的橫截面積大小以及空氣密度。這兩個(gè)因素的數(shù)值越大，它所受到的空氣阻力也越大。因此，可以根據(jù)這些影響因素來(lái)降低阻力，從而提高氣球的探測(cè)高度。

1.4 探測(cè)儀器對(duì)高空探測(cè)高度的影響

進(jìn)行高空探測(cè)的主要探測(cè)儀器是由氫氣球攜帶的探空儀，在進(jìn)行高空探測(cè)時(shí)，常常用球炸率來(lái)衡量高空探測(cè)高度。球炸率高的氣球施放高度也相對(duì)較高，反之亦然。提高球炸率是提高高空探測(cè)方法的主要途徑。但球炸率也受到很多因素的影響，比如當(dāng)球炸率提高時(shí)，需要對(duì)馬達(dá)等設(shè)備質(zhì)量進(jìn)行設(shè)定，使其保持穩(wěn)定的狀態(tài)，與此同時(shí)，還應(yīng)解決氣球本身的問(wèn)題，防止出現(xiàn)干擾。對(duì)于探空氣球來(lái)說(shuō)，它很容易受到阻力的作用發(fā)生形變，因此，需要對(duì)氣球的形狀進(jìn)行考慮，主要包括圓、橢圓兩種，通常橢圓形氣球與圓形氣球相比效果較好。另外，氣球的材質(zhì)也是關(guān)鍵，應(yīng)該選擇彈性較好的氣球，彈性大的氣球的延伸性較好、質(zhì)量較高，能探測(cè)的高度也相對(duì)較高。此外，直徑較大的氣球，上升的高度較高。氣球還應(yīng)保持完整、均質(zhì)，以便達(dá)到預(yù)期的高度，更好進(jìn)行資料搜集。

1.5 大氣環(huán)境對(duì)高空探測(cè)高度的影響

在氣球施放后，很容易受到大氣環(huán)境的作用，使得氣球的上升速度和運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生改變。通常大氣亂流和大氣對(duì)流是兩種最為主要的影響因素。大氣亂流是一種十分不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，它的各個(gè)參數(shù)隨著時(shí)間不同也隨機(jī)發(fā)生變化，規(guī)律很難掌握。大氣亂流在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直的力，從而對(duì)氣球有所影響。大氣亂流產(chǎn)生的原因也有跡可循，大氣亂流與探空高度的風(fēng)速有關(guān)，障礙物的阻力與大氣亂流流速成正比。大氣亂流與溫度、垂直穩(wěn)定性等多種因素有關(guān)，它的強(qiáng)度大小也直接決定著氣球所受阻力的大小。當(dāng)大氣亂流的強(qiáng)度越大時(shí)，相應(yīng)的氣球阻力就越小，從而高空探測(cè)所達(dá)到的高度也就越高。大氣對(duì)流也嚴(yán)重影響著探測(cè)高度。對(duì)流與亂流不同，它的運(yùn)動(dòng)是規(guī)則有序的，它主要是通過(guò)溫差的變化，使得氣流發(fā)生上升或者下降的運(yùn)動(dòng)，這是由于受熱不均而引起的。由于熱脹冷縮原理，在相對(duì)較冷的地方，氣流通常會(huì)下降，而在相對(duì)較暖的地方則相反，因而形成了對(duì)流層。大氣對(duì)流與氣球所受阻力也直接相關(guān)，它通過(guò)改變阻力來(lái)進(jìn)一步影響氣球上升的高度，大氣對(duì)流越強(qiáng)，其上升的高度就越大。

2 提高高空探測(cè)高度的主要方法

2.1 做好降水工作

在降水時(shí)，氣球所受到的阻力會(huì)增加，從而會(huì)影響氣球上升的速率，這主要是由于氣球受到的阻力增大，而且氣球本身由于積冰而導(dǎo)致氣球重量增加，使得氣球的上升速度大大降低，從而影響最終抵達(dá)的高度。在實(shí)際工作中，探測(cè)降雨和積冰時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)增加凈舉力，必要時(shí)可達(dá)到3/4。

2.2 控制凈舉力

凈舉力是氣球上升高度最為重要的影響因素。控制凈舉力對(duì)于提高探測(cè)高度來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。在控制凈舉力時(shí)，需要根據(jù)天氣進(jìn)行。當(dāng)在晴天進(jìn)行氣球施放時(shí)，應(yīng)該盡可能減少氣球的直徑，這一方面不會(huì)對(duì)凈舉力有所影響；另一方面，又能大大降低氣球所受到的阻力，阻力降低可以提升探測(cè)高度。氣球的直徑?jīng)Q定著氣球的體積，體積越大時(shí)，受到的阻力也越大。當(dāng)雨天時(shí)，由于氣球受到的阻力增大，因此，應(yīng)該合理控制凈舉力。只有把握好凈舉力的大小，才能使氣球到達(dá)最大高度。

2.3 注意氣球的存放

在進(jìn)行高空探測(cè)時(shí)，氫氣球是一種重要的工具，因此，氣球本身的屬性十分重要。在氣球施放之前，應(yīng)注意氣球的存放注意事項(xiàng)。在進(jìn)行充氣時(shí)，應(yīng)該首先對(duì)氣球進(jìn)行檢查，查看是否存在漏氣現(xiàn)象，并對(duì)氣球的彈性、質(zhì)量進(jìn)行檢查。在充氣時(shí)，應(yīng)該控制速度，以使得氣球上升的速度處于預(yù)定范圍內(nèi)。

2.4 加強(qiáng)對(duì)設(shè)施的檢查

在進(jìn)行高空探測(cè)前，應(yīng)該仔細(xì)檢查設(shè)施設(shè)備。電流電壓對(duì)儀器的影響十分重要，在氣球施放前，應(yīng)該加強(qiáng)檢查。另外，還要保證儀器的清潔。當(dāng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行處理。

3 結(jié)語(yǔ)

高空探測(cè)對(duì)于氣象部門來(lái)說(shuō)是一種十分重要的了解高空氣象的方法，需要不斷探索和分析。高空探測(cè)高度由于受到多種因素的影響，因此，可能會(huì)使得它的準(zhǔn)確性大大降低。在實(shí)際探測(cè)中，需要根據(jù)精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)來(lái)不斷積累，以便總結(jié)出提高高空探測(cè)高度的方法，從而搜集全面的高空資料，準(zhǔn)確地進(jìn)行天氣預(yù)測(cè)。

參考文獻(xiàn)

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