淺談提高探空氣球施放高度的方法

那子鑫

摘要：探空氣球施放高度是高空觀測(cè)業(yè)務(wù)考核指標(biāo)中的一項(xiàng)重要指標(biāo)。探空氣球施放的高度越高，所獲得的氣象數(shù)據(jù)就越多，為天氣預(yù)報(bào)提供了更為詳細(xì)的數(shù)據(jù)。本文根據(jù)我多年的工作情況，總結(jié)出了一些提高探空氣球施放高度的方法。

關(guān)鍵詞：探空氣球；施放高度

1 引言

探空氣球是以天然乳膠橡膠或橡膠塑料等材料制成的，充以氫氣、氦氣等氣體并攜帶探空儀升空，進(jìn)行高空氣象觀測(cè)，獲取從地面至高空幾萬米高空中的氣象要素的一種氣球，它具有廉價(jià)無動(dòng)力升高的特點(diǎn)。在高空氣象觀測(cè)工作中的五項(xiàng)業(yè)務(wù)考核指標(biāo)中，探測(cè)高度直接影響到另外的四項(xiàng)。因此，探空氣球的施放高度對(duì)探空質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。

2 影響探空氣球施放高度的因素

2.1球皮的制作工藝要求

探空氣球的幾何形狀要求近似于流線型，來減少氣球上升過程中空氣阻力及氣流的影響。球皮需厚薄均勻，不允許有破損、油污、長(zhǎng)劃痕。球皮需要良好的耐極低溫的性能，因?yàn)闅鉁卦诰嚯x地面16000-20000米處是低于-80℃的高寒區(qū)，這對(duì)球皮的性能是一個(gè)極大的考驗(yàn)，直接影響著最終的探空高度。若氣球在極低溫下的彈性越良好，膨脹系數(shù)越大，那么氣球的升空高度就會(huì)越高。同時(shí)，球皮需要很強(qiáng)的耐輻射老化和臭氧老化性能。

2.2球皮做工的優(yōu)劣

球皮做工的優(yōu)劣，直接影響著探空施放的高度。它可以從以下兩個(gè)方向來判斷：

1、做工好的球皮應(yīng)該松弛而柔軟，有良好的彈性。觀察氣球表面是否有補(bǔ)丁，補(bǔ)丁較多說明球皮做工較差，一般以補(bǔ)丁較少或沒有補(bǔ)丁的較好。

2、從充氣的球嘴到球皮頂?shù)木嚯x越長(zhǎng)，說明氣球越大。在同樣的施放條件下，氣球越大施放高度會(huì)相對(duì)較高。此外，氣球形狀有近似圓形和橢圓形兩種。我在多年的觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，橢圓形的球皮比圓形的球皮施放高度要高些。

2.3氣球的儲(chǔ)存

探空氣球應(yīng)該有嚴(yán)格的運(yùn)輸、保存要求。運(yùn)輸、保存不當(dāng)會(huì)對(duì)氣球的質(zhì)量影響產(chǎn)生一定的影響，從而影響探空施放高度。

1、我們大家都知道，探空氣球是由天然乳膠和適量配合劑加工而成的。天然乳膠容易與空氣中的臭氧產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。同時(shí)，乳膠還會(huì)在陽光中紫外線的催化下與空氣中的氧產(chǎn)生反應(yīng)。因此，在施放氣球之前，我們應(yīng)該盡可能的減少氣球暴露在陽光下的時(shí)間。

2、天然乳膠中含有多種蛋白質(zhì)。在潮濕的環(huán)境下，蛋白質(zhì)容易變質(zhì)，影響球皮的性能。同時(shí)，橡膠成分中的其他吸水材料在吸收水分后，也會(huì)影響氣球的使用性能。

2.4凈舉力對(duì)探空施放高度的影響

為了得到合理的氣球升速，我們應(yīng)該施加合理的凈舉力。凈舉力的計(jì)算公式如下：凈舉力= 總舉力- 球皮重量- 掛繩重量- 探空儀重量，即，我們應(yīng)該根據(jù)施放氣球時(shí)，以及施放之后一段時(shí)間的天氣狀況，綜合判斷應(yīng)該充入氫氣或者氦氣的量。在實(shí)際操作過程中，一個(gè)橢圓形的氣球和一個(gè)圓形的氣球，在相同天氣條件下施加相同的凈舉力，前者受到的空氣阻力面小而可能升速會(huì)快一點(diǎn)。因此，根據(jù)球形施加凈舉力是一個(gè)應(yīng)考慮的因素。充氣量要根據(jù)天氣的變化適度把握，各地區(qū)應(yīng)根據(jù)實(shí)踐摸索出適于本地的凈舉力，這樣才能保證既符合高空觀測(cè)業(yè)務(wù)規(guī)范的要求，又提高探空氣球的施放高度。以福州探空站為例，在復(fù)雜天氣施放氣球，我們會(huì)先看一下整個(gè)福建省的雷達(dá)拼圖，判斷氣球施放前后的大概天氣情況。如果發(fā)現(xiàn)站點(diǎn)周圍區(qū)域有強(qiáng)回波，或者未來一段時(shí)間內(nèi)會(huì)有強(qiáng)回波移動(dòng)到福州境內(nèi)，則應(yīng)多加氣，讓氣球盡快沖出雨區(qū)，避免氣球被壓下。

3提高探空施放高度的一些方法

3.1 球皮的保養(yǎng)

（1）儲(chǔ)存得當(dāng)。儲(chǔ)存時(shí)應(yīng)避免陽光直射。氣球儲(chǔ)存在離地20cm的貨架上，每3個(gè)月需翻動(dòng)一次。堆放層數(shù)不超過12層，垛間間隔60cm，以保持良好的通風(fēng)。室內(nèi)溫度保持在0℃-28℃，相對(duì)濕度在70%以下。

（2）增加彈性。氣球經(jīng)長(zhǎng)期儲(chǔ)存，球皮會(huì)老化，彈性會(huì)減小。因此球皮不要一次性購買太多。出產(chǎn)時(shí)間在一年以內(nèi)的球皮為最好。球皮應(yīng)即開即用，打開包裝時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)加速球皮的老化。

3.2 良好的氣源

以氫氣為例，在同樣凈舉力的條件下，氫氣的純度低，充氣量就會(huì)更多一些。這會(huì)造成球皮體積比充入高純度氫氣時(shí)更大。在氣球升空的過程中，氣球的體積逐漸變大，所以同一張球皮，充入低純度氫氣的球炸高度會(huì)比充入高純度氫氣低一些。

3.3氣球充灌的注意事項(xiàng)

1、待施放的球皮取出后，勿接觸表面粗糙、鋒利的物體。灌球人員在充灌氣球的過程中，提倡戴上棉質(zhì)手套，盡可能把人為對(duì)球皮造成的損傷降到最低。充灌過程中，球皮應(yīng)輕輕地展開放在干凈的墊面上。灌球時(shí)間控制在施放前30min 開始最佳。充氣前先把球內(nèi)空氣擠出，再慢慢的灌入氫氣，一個(gè)750g的氣球充氣一般在20 min 左右。緩慢的充氣可減少球皮產(chǎn)生的劇烈摩擦，充入的氫氣溫度不得超40℃。在充氣過程中，當(dāng)充入的氫氣或氦氣稍稍把球皮撐飽滿時(shí)，停止充氣，耳朵貼近氣球仔細(xì)聽聽有沒有球皮破洞漏氣的聲音，若有發(fā)現(xiàn)，應(yīng)及時(shí)更換球皮。確定沒有問題后，再繼續(xù)充氣直到所需的凈舉力為止。充氣好后要再次檢查有無漏氣，因故不能及時(shí)施放時(shí)，氣球在空氣中的停置時(shí)間不宜超過30 min，以免球皮與空氣中的臭氧和氧氣產(chǎn)生反應(yīng)，影響球皮質(zhì)量。

2、選擇施放的球皮應(yīng)該根據(jù)施放時(shí)的天氣狀況而定。以福州探空站為例，我們站里有兩個(gè)廠家生產(chǎn)的球皮：株洲球和廣州球。株洲球球皮較厚一些，廣州球的球皮較薄較軟，同時(shí)廣州球的球型又較株洲球的球型更好一些。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的施放總結(jié)后發(fā)現(xiàn)，在晴好的白天，施放株洲球能獲得較高的施放高度；在雨天以及晚上，施放廣州球能獲得較高的施放高度。另外，如在19時(shí)施放氣球時(shí)的天氣為雨天，廣州球用煤油進(jìn)得處理，會(huì)增加球皮的彈性，同時(shí)，雨水更加容易從球皮表面劃下，大大減少了因雨水滯留的球皮表面結(jié)冰后將氣球壓下的可能。

3、充氣結(jié)束后，氣球球嘴要扎緊以防漏氣。扎球時(shí)要使繩盡量靠近平衡器。因?yàn)檫@樣可以適當(dāng)增加球體的膨脹空間，有利于提高施放高度。

3.4 電池的浸泡：探空儀升空至球炸，需要靠電池進(jìn)行供電，電池電壓的高低決定了探空信號(hào)的好壞，因此電池的浸泡顯得極為關(guān)鍵。在1 L水中加入少量鹽并用溫水浸泡。冬季氣溫低，電池與水反應(yīng)的時(shí)間會(huì)相應(yīng)變長(zhǎng)，因此水溫可以高一些，并多加些鹽，可減少電池浸泡的時(shí)間，測(cè)量電池電壓應(yīng)當(dāng)在18V至22V之間較好。

3.5 儀器的裝配：儀器的裝配也是一項(xiàng)非常仔細(xì)的過程，為保證探空信號(hào)的正常，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：儀器裝配好后再次檢查探空儀序號(hào)是否一致，發(fā)射板與智能板連接處是否插緊，裝配是否牢固。裝配好儀器之后，應(yīng)檢查電腦軟件上回波信號(hào)是否正常，若不正常則應(yīng)盡快更換儀器，以免造成施放不合格儀器或儀器在升空過程中可能發(fā)生的信號(hào)突失，影響探空施放高度。

4 結(jié)論

以上方法均為我在工作實(shí)踐中的總結(jié)。我們?cè)趯?shí)際工作中應(yīng)綜合各種因素，通過實(shí)踐不斷摸索適用于當(dāng)?shù)氐挠行мk法，逐步提高探空氣球的施放高度。

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（作者單位：福建省氣象臺(tái)）