前段时间，中国科学院发生了一件“大事”——一个科学实验气球飞丢了，重金悬赏发动群众将其“捉拿归案”。气球“走失”事件让大家因此知道了科研气球的存在。今天，小编就给大家介绍一种“高大上”的科研气球——探空气球。

3万米高空探“天情”
 

探空气球，顾名思义就是用来探测天空的气球。目前，世界各国进行高空气象观测的手段主要包括卫星、飞机、地面雷达和探空系统等，并相互结合以期获得最准确的气象数据。其中，只有探空气球能够升到高空直接“搭脉”气象环境，堪称高空气象环境中的“医者”。其获得的“诊疗数据”通常被认为是最准确的，因此在大气遥感观测真实性检验和校准检验中发挥着无可替代的基准作用。
 

探空气球在20世纪20年代就得到了实际应用，主要用于把无线电探空仪携带到高空，以便进行温度、压力、湿度和风等气象要素的探测。探空气球有圆形、梨形等不同形状。球重300～1500克（较小的升至一定高度会自爆），充入适量的氢气或氦气，可升达离地30～40千米高空。高空气象站使用的常规探测气球升速一般为6～8米/秒，约上升到30千米高空后自行爆裂。
 

探空气球是人类研究平流层的重要工具，在气象学发展和天气预报工作中起到了重要作用。探空气球投资少，成本低，见效快，相对载重量大，飞行时间长，携带仪器姿态稳定，观测数据资料精度高、用时短，灵活性大，施放不受地域和气候因素影响。目前，虽然更先进的工具如探空火箭、气象雷达、气象卫星等已被广泛应用，但探空气球仍是气象研究中不可缺少的工具，常用于其他探测仪器的标定。
 

直到今天，探空气球仍是高空气象最主要的直接探测方式。
 

探空仪和地面雷达充当“听诊器”
 

探空气球本身是不可能探测气象信息的，它还有一个共同飞向高空的小伙伴——探空仪。别看探空仪只有成人手掌大小，但里面有许多电子元件，可以探测各种气象要素，包括大气中各高度上的气压、温度、湿度。探空仪和地面雷达共同构成了探空气球的“听诊器”，地面雷达可根据探空仪器的位置计算高度、升速、水平风速风向等信息。

中国气象局气象探测中心数据质量室高级工程师郭启云介绍，我国从1959年开始应用高空探空系统，几代系统的主要差别就在“听诊器”上。最早应用的高空59-701探空系统由P波段二次测风雷达和机械式探空仪配套使用。从2002年开始，中国气象局逐渐将高空探空系统升级为L波段探测系统，该系统由L波段二次测风雷达和GTS1型数字探空仪配套使用，其工作性能较稳定，功能更齐全，操作易掌握，且自动化程度高。
 

现在正在发展的还有导航式探空仪，比如我国的北斗卫星导航式探空仪、美国的GPS卫星导航式探空仪以及欧洲的伽利略卫星导航式探空仪，它们不再依赖地面雷达测量风速等。
 

除此之外，我国下一代探空系统——往返平漂式探空组网系统也已亮相。该系统通过一次气球升放能实现“上升—平漂—下降”3次观测，获取2组垂直廓线和1组平流层观测资料，探测效益显著提高。
 

目前，我国已建有120多个地方探空站，东部站点间隔约200千米至300千米，西部站点间隔约500千米，基本能与天气尺度的数值模式格点相匹配。

1分钟采集50组数据
 

探空气球传回的数据对每天的天气预报至关重要。
 

通常，每个探空站每天升放两个探空气球，分别在7时15分和19时15分。在升放前，工作人员已经根据气球及所有装备的重量计算好了氢气或氦气的用量，以保证气球能够每分钟上升大约400米。
 

从离开工作人员手中的那一瞬间起，气球以每分钟约400米的速度随风飘扬，飞向1万米、2万米，直至3万米左右的高空。在气球升放以后，雷达操作、跟踪与数据观测便会同时进行。探空气球把不同高度和经纬度的温度、气压、空气湿度、风向风速等数据通过信号发回地面，从而获得关键的气象要素值。
 

据悉，探空气球每1.2秒能传回一组数据，一分钟便能收集50组。每隔1秒，探空气球就把高空测得的气象要素数据反馈回地面雷达，雷达会将这些信息传送给气象站值班室内的电脑。
 

这些对平常人来说犹如“天书”的数据，对气象专业人士来说，却弥足珍贵。通过解读，它们就会成为每天预报的依据。根据这些数据，预报员就能判断出未来的天气状况或者重大天气过程，如刮风、降雨等天气过程的生成和发展趋势。

短暂而绚烂的“生命”
 

探空气球的生命很短暂。从探空气球自地面放飞起，到升至3万米左右的高空，一般需要花费70到80分钟的时间。
 

随着高度的不断上升，周围空气越来越稀薄，气压不断减小，探空气球不断膨胀，地面1.5米左右的直径会增加到8米至9米，并最终在空中爆炸。

气球爆炸后，其残骸将与探空仪一起顺着气流方向自由下落。整个探测过程也就在爆炸的一瞬间结束了。
 

探测结束后，气象站会将探空仪传回的数据以莫尔斯代码的形式发送给各个国际气象中心。当然，气象站也会进行备份。
 

■E学课堂

除了科学探索，气球还可以应用到军事方面。在一战时期，为应对德国的临空轰炸，英国人就想出了在英伦三岛上空布满防空气球的妙招。扫描二维码，看防空气球是如何为保卫英国而立下功勋的。