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影响探空气球探测高度的因素分析及提高对策 摘要：本文根据日常高空气象探测工作经验进行总结，认为降水是影响气象探测气球高度的天气现象，净举力、空气阻力会对气球上升高度产生阻力，同时探空仪器和气球的质量也会对其造成一定影响，针对这些因素提出相应解决对策，供开展高空探测工作参考。 关键词：气象探测气球；高度；影响因素；分析；对策 引言 探测气球是进行高空探测的主要手段，通过其携带探空仪，从而完成对高空气压、温湿度以及风向等气象要素值的测定，并记录。预报员们通过对探空仪所获取的数据资料再进行总结分析，从而制作准确的天气预报。高空探测所获取的资料越详细准确，就越有利于气象专家们的研究和提升天气预报准确度，以便更好服务社会、服务人民。如果探测气球的高度不够，那么所获得的资料就有很大局限性，对于天气预测的准确性会产生极大影响。然而，探测气球高度，受诸多因素影响，本文针对影响气象探测气球高度的因素进行分析，并提出相应提高对策，以期参考。 1影响气象探测气球高度的因素 1.1降水 在进行高空探测时，施放气球在高空之中，会被大气对流层所影响。如果施放过程中有降水，那么，探空气球的上升就会受到影响。降水密度会阻止探空气球上升速率。如果降水密度不大，一般来说，对探空气球产生不了什么影响。但若降水的密度比较大，那么容易产生下沉气流，而加上雨滴降落时阻力，不仅会影响探空气球上升速度，还可能会让气球下降。如果探测气球升高到较厚降水云层时，会有一层水附着于气球表面，如果温度在零度之下，那么这层水就容易冻结在探测气球之上。而在冻结过程中，气球表面会表现出较湿润，从而会有大量雪积聚之上，探测气球由此重量加大，会使上升的速率下降。 1.2净举力 用于造探测气球的材料是弹性胶，具备一定延伸力。当对探测气球进行氢气充灌时，探测气球就会产生浮力而向上飘浮，这就是净举力。而净举力的大小决定着探测气球所能达到的高度。通过净举力的计算，能够反映出探测气球上升高度时的速率。而净举力和附属物重量之和就是总举力。净举力和探测气球上升高度成正比，净举力越大，探测气球就能升得越高，由此所获得的高空数据也就会更为全面。净举力与高度变化关联相关，当高度达到一定数值时，探测气球及附属物和压力等都成为定值，而此时净举力也变成恒定值。当压力、球重、附属物重量及气温都处于恒定不变的值时，净举力受到空气密度影响，净举力随空气密度增大而增大。 1.3空气阻力 虽然净举力能够使探测气球得到升高，但只要是运动着的物体，都会受到阻力影响。阻力对于探测气球产生的作用，正好与净举力相反。在探测气球进行高空探测时，施放球后，探测气球在受到净举力作用开始上升同时，也受到阻力影响。然而，受影响的阻力在不断地发生变化，主要是因为阻力受探测气球接触到空气横截面积影响，还有空气密度。当这两个数值表现的越大，探测气球受到空气阻力也就越大。 1.4探测仪器 在高空探测中，探测气球会携带探空仪，通过球炸率来衡量出高空探测的高度。球炸率会到受诸多因素的影响，探测仪器的质量就是影响因素之一，如果探空仪器质量不好，或者故障仪器在升空之前观测员未发现，仪器升空后出现信号突失等情况，不但会影响探测高度，还会影响探测质量。 1.5大气环境 高空探测气球在施放以后，难免会受到大气环境产生的作用，并不一定能够按照所设定的上升速度和动动的轨迹进行。造成这种影响的主要是大气中乱流和对流。其中，大气乱流的运动十分不规则，并且没有固定规律，参数变化具有随机性。同时，大气乱流会产生一个垂直的力，从而影响到探测气球。之所以会有大气乱流的出现，主要是受探测气球探升高度风速的影响，障碍物的阻力与大气乱流流速成为正比。大气乱流强度决定着探测气球受到阻力的大小。大气乱流强度越大，那么气球受到的阻力就会越小，而探测气球所能到达的高度就会更高。 大气对流也会对探测气球所能到达的高度产生影响。不同的是，对流的运动是有序规则的，对流的产生和温差变化相关，气流从而产生上升或下降运动。如果温度较低，气流就会下沉，如果是较暖温度，那么气流就会上升，形成对流层。大气对流能够改变大气中阻力，当大气对流表现越强，探测气球上升高度就会越大。 2提高探测气球高度的对策 2.1做好降水时准备工作 受降水影响，探测气球本身由于可能会产生积冰增加球体重量，在上升过程中受到的阻力会进一步增大，影响气球上升速率，最终会影响到探测气球所能够抵达高度。另外降水天气下，探测气球上升高度低，主要是受到雨水冲刷，气球表面可能会受到损伤，而被水淋湿后气球表皮延伸性能就可能会变差，导致探测气球球炸。另外，降水天气，气球充气量要适当提高，使其控制在标准升速内，保证气球上升到更高的探测高度。?否则的话，气球上升速度太慢，还容易出现下沉记录。 然而，高空探测有规定时间，因而探测气球在进行施放球时难免会遇到降水的情况，尤其是遇到暴雨、雷暴等恶劣天气状况，很容易出现重放球、探空信号变性、信号突失、探测高度不高等情况。因此，为避免探测气球在施放球过程中遇到这些情况，需要在施放球时，给气球适当的增加充气量，以确保气球通过500hPa，避免发生重放球现象，从而提高探测气球高度。另外，可选择在暴雨、雷暴及闪电等天气情况停止，或者减弱的形势下再进行施放球。如果施放球前就有降水，那么需要将充灌好氢气的探测气球置于室内，避免被雨淋到，到放球时间再拿出来施放。 2.2提高气球质量 探测气球质量决定探空高度，如果在晴阴天时，探测气球上升高度不能到达通常要达到的范围时，那么就是探测气球质量有问题。因此在选择探测气球时，需对质量关进行把控，选择弹性好、延伸性强材质气球。如果探测气球质量无法改变，那么气球保管及正确使用，是提高探测气球高度的关键做法。通常存放探测气球的仓库，温度应在0—30℃范围内，湿度需在70%之下，且气球不能直接置于地面，需放在离地保持20cm的架子上。另外，气球放置中需3个月反转一次。在使用气球时，应该先将球内的滑石粉抖干净，并避免被锋利的物体刮碰气球。对气球进行氢气充灌时，要检查气球是否有漏气，如果有此情况，应立即停止使用。同时给探测气球充灌氢气需适量，避免气体过多发生快炸现象。 2.3探空仪检查 探空仪质量导致探测气球能否顺利地实现高空探测。因此，在进行施放球之前，要先检查探空仪是否变形或损坏。仪器的装配也是一项非常仔细的过程，为保证探空信号正常，应注意以下几点：仪器装配好后再次检查探空仪序号是否一致，发射板与智能板连接处是否插紧，电池、传感器插口连接是否牢固，必须将探空仪保温盖盖严，温度支架外伸，用线绳固定，扣紧铁片扣。另外，探空仪所使用的电池在放入之前，需在3%NaCL溶液内浸泡够3-5分钟，夏天时水温约35℃，赋能17 V左右较好，冬天时水温需45℃左右，测量电池电压并赋能18～19 V，以保证探空仪正常工作需要。并且要注意电池必须密封，不能漏气。 参考文献： [1]梁雪莲,王燕玲,张靖彬,梁艳芳,孙晓文,段树海.复杂天气对高空探测的影响与防范对策探究[J].科技创新与应用,2019(1). [2]夏明,刘月新,杨忠全,彭勃.雨雪天提高高空探测气球施放高度的方法与研究[J].科技与创新,2018(9). 第一作者简介：黄爱荣（1972-），女，河南省商丘县人，本科，副高，从事气象测报工作。 本文来源：https://www.dywdw.cn/7a9f410140323968011ca300a6c30c225901f0cb.html
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2022-05-28
