探空氣球：從研發(fā)到應(yīng)用，揭秘高空探測的幕后英雄?

摘要

本文詳細(xì)介紹了探空氣球的研發(fā)歷程、發(fā)展趨勢以及廣泛應(yīng)用。探空氣球作為氣象觀測的重要工具，在天氣預(yù)報和氣象研究中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。文中闡述了其從早期簡單形式到如今技術(shù)融合的發(fā)展過程，分析了在不同領(lǐng)域的應(yīng)用情況，同時介紹了相關(guān)測試測量設(shè)備，特別提及晨穹研發(fā)的壓力和溫度測量產(chǎn)品在探空氣球中的應(yīng)用，展現(xiàn)了探空氣球在現(xiàn)代科技下的新活力。

引言

在氣象觀測的廣袤領(lǐng)域中，探空氣球宛如一位默默奉獻(xiàn)的幕后英雄，雖看似簡單，卻承載著極為重要的使命。它能夠攜帶各類測量裝置，勇敢地沖向高空，為我們揭開大氣層神秘面紗，提供關(guān)鍵的氣象數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對于準(zhǔn)確的天氣預(yù)報以及深入的氣象研究而言，猶如基石一般存在。

一、探空氣球的研發(fā)起源

早在 19 世紀(jì)初，人類便開啟了利用氣球進(jìn)行高空探測的征程。1809 年，英國人沃利斯和福雷斯具有創(chuàng)造性地使用測風(fēng)氣球?qū)Ω呖诊L(fēng)進(jìn)行探測，這一嘗試猶如一顆種子，為后續(xù)探空氣球的發(fā)展埋下了希望。此后，1862 年 9 月 5 日，格林威治氣象臺的格列塞爾臺長和助手在沒有氧氣設(shè)備的艱苦條件下，乘坐氣球勇敢地升至 8800 米高空進(jìn)行探測，其勇氣令人欽佩。而 1864 年，英國氣象學(xué)家采用系留氣球懸掛氣象儀器進(jìn)行低空氣象觀測，使得觀測變得相對安全可靠。此時，氫氣球因升高性能好、滯空時間長而被廣泛應(yīng)用，不過其易燃易爆的缺點(diǎn)也逐漸顯現(xiàn)。科學(xué)家們?yōu)榻鉀Q儀器和資料回收問題，探索出降落傘法和雙球法等方法，為早期探空氣球技術(shù)的完善做出了貢獻(xiàn)。

二、探空氣球的發(fā)展歷程

1898 年，萊昂?泰瑟倫?德?博爾特開始使用風(fēng)箏和氣球進(jìn)行垂直探測，并于 1899 年通過實(shí)驗(yàn)論證了平流層的存在，這一發(fā)現(xiàn)極大地推動了人們對大氣層結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。直到世界大戰(zhàn)期間，人們才深刻認(rèn)識到這些探測的重要性，進(jìn)而建立了探空站網(wǎng)絡(luò)來系統(tǒng)地進(jìn)行大氣觀測。1927 年，羅伯特?伯克和皮埃爾?伊德拉克發(fā)明了無線電探空儀，這一發(fā)明具有里程碑意義，使得通過無線電接收氣球攜帶儀器的測量值成為現(xiàn)實(shí)，在衛(wèi)星數(shù)據(jù)出現(xiàn)之前，這些觀測值成為數(shù)值天氣預(yù)報模式中同化的主要來源。20 世紀(jì) 20 年代，氦氣球的出現(xiàn)取代了易燃易爆的氫氣球，大大提高了探空氣球使用的安全性。

在我國，1955 年北京橡膠研究院采用國產(chǎn)天然乳膠成功研制出測云測風(fēng)氣象氣球，并在廣州成立了我國膠乳氣球生產(chǎn)廠家 —— 第十一橡膠廠，隨后生產(chǎn)出多種型號的天然膠乳氣球。1965 年，化工部乳膠工業(yè)研究所成立并研發(fā)出氯丁膠乳氣球，實(shí)現(xiàn)了天然膠乳氣象氣球的系列化研究。1972 年，北京乳膠廠也加入生產(chǎn)行列，至此我國形成了兩家生產(chǎn)廠家和一個研究所的格局。近幾十年來，探空氣球不斷發(fā)展，能夠攜帶各種無線電探測器升空，測定高空的溫度、濕度、氣壓等氣象要素，同時利用雷達(dá)對自由飛行的氣球定位，獲取經(jīng)度、緯度和高度數(shù)據(jù)，使探空氣球技術(shù)更加多樣化。

三、探空氣球的應(yīng)用領(lǐng)域

（一）氣象觀測與預(yù)報

探空氣球在氣象觀測與預(yù)報領(lǐng)域的作用很有必要性。每天，我國眾多高空氣象觀測站會定時放飛探空氣球，如每天早上 7 時 15 分，全國 120 個高空氣象觀測站就會同時行動。這些氣球通常上升到 3 萬米左右的高空，在上升過程中，搭載的探測儀器會實(shí)時收集豐富的氣象數(shù)據(jù)，包括氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)向和風(fēng)速等關(guān)鍵參數(shù)，此外還涉及一些特殊項(xiàng)目，如大氣成分、臭氧、輻射、大氣電場等。這些數(shù)據(jù)不僅用于國內(nèi)氣象分析，還參與國際交換，為氣象研究和預(yù)報提供重要支撐，為提高氣象防災(zāi)減災(zāi)能力以及科學(xué)應(yīng)對氣候變化發(fā)揮著關(guān)鍵作用。例如，在臺風(fēng)來襲時，加密放飛探空氣球的頻次，能夠更好地監(jiān)測臺風(fēng)動態(tài)，為提前做好防范措施爭取寶貴時間。

（二）科學(xué)研究

在科學(xué)研究方面，探空氣球?yàn)榭茖W(xué)家們提供了研究大氣層的重要手段。通過它攜帶的高精度儀器，能夠獲取不同高度大氣層的詳細(xì)信息，幫助科學(xué)家深入了解大氣層的結(jié)構(gòu)、成分、物理特性以及大氣環(huán)流等現(xiàn)象。這些研究對于揭示地球氣候系統(tǒng)的奧秘、研究氣候變化的機(jī)制以及預(yù)測未來氣候趨勢具有重要意義。例如，通過長期對大氣成分和臭氧的監(jiān)測，科學(xué)家可以更好地了解臭氧層的變化情況及其對地球生態(tài)環(huán)境的影響。

（三）其他領(lǐng)域應(yīng)用

除了氣象和科研領(lǐng)域，探空氣球在其他方面也有應(yīng)用。在航空航天領(lǐng)域，它可以為飛機(jī)飛行和衛(wèi)星發(fā)射提供必要的大氣環(huán)境數(shù)據(jù)，保障飛行安全。在通信領(lǐng)域，探空氣球可以作為一種臨時的通信中繼平臺，在一些特殊情況下解決通信覆蓋問題。此外，在一些環(huán)境監(jiān)測項(xiàng)目中，探空氣球能夠攜帶監(jiān)測設(shè)備對高空的環(huán)境污染情況進(jìn)行探測，為環(huán)境保護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。

四、探空氣球中的測試測量設(shè)備

（一）溫度測量設(shè)備

溫度是大氣的重要參數(shù)之一，準(zhǔn)確測量不同高度的溫度對于氣象分析至關(guān)重要。傳統(tǒng)的溫度測量設(shè)備有熱敏電阻等，它們通過自身電阻隨溫度變化的特性來測量溫度。隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了精度更高、響應(yīng)速度更快的溫度傳感器。例如，采用 MEMS 技術(shù)制造的溫度傳感器，具有體積小、功耗低、精度高等優(yōu)點(diǎn)，能夠更精確地測量高空復(fù)雜環(huán)境下的溫度變化。

（二）壓力測量設(shè)備

壓力測量設(shè)備用于測量大氣壓力，其原理多樣。常見的有基于壓阻效應(yīng)的壓力傳感器，當(dāng)受到大氣壓力作用時，傳感器的電阻值會發(fā)生變化，通過測量電阻變化來計算壓力值。還有電容式壓力傳感器，利用壓力改變電容極板間距從而改變電容值來測量壓力。這些壓力測量設(shè)備能夠?qū)崟r監(jiān)測探空氣球上升過程中大氣壓力的變化，為氣象研究提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

（三）濕度測量設(shè)備

測量大氣濕度對于了解大氣水汽含量和天氣變化趨勢十分關(guān)鍵。常用的濕度測量設(shè)備有干濕球濕度計，通過測量干球和濕球的溫度差來計算濕度。此外，還有基于電容、電阻等原理的濕度傳感器，它們具有響應(yīng)速度快、精度高的特點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確測量高空不同高度的大氣濕度。

（四）定位與數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備

為了確定探空氣球的位置并將測量數(shù)據(jù)及時傳輸回地面，需要定位與數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。早期通過經(jīng)緯儀追蹤氣球來獲取位置信息，如今則廣泛采用衛(wèi)星定位技術(shù)，如 GPS、北斗等，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的定位。數(shù)據(jù)傳輸方面，利用無線電通信技術(shù)將探空儀采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送回地面接收站，現(xiàn)代的探空儀還具備數(shù)據(jù)處理和質(zhì)量控制功能，能夠?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行初步處理和篩選，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

五、晨穹研發(fā)產(chǎn)品在探空氣球中的應(yīng)用

晨穹研發(fā)的壓力和溫度測量產(chǎn)品在探空氣球領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢。其研發(fā)的高精度壓力測量產(chǎn)品，采用傳感技術(shù)和精密的制造工藝，能夠在高空復(fù)雜的氣壓環(huán)境下準(zhǔn)確測量大氣壓力。該產(chǎn)品具有超高的精度和穩(wěn)定性，能夠有效減少測量誤差，為氣象研究提供可靠的壓力數(shù)據(jù)。例如，在高空氣象觀測中，精確的壓力數(shù)據(jù)對于分析大氣垂直結(jié)構(gòu)和氣流運(yùn)動具有重要作用，晨穹的壓力測量產(chǎn)品能夠滿足這一需求，幫助氣象學(xué)家更準(zhǔn)確地了解大氣狀態(tài)。

晨穹的溫度測量產(chǎn)品同樣表現(xiàn)出色。它具備快速響應(yīng)和高精度測量的特點(diǎn)，能夠迅速捕捉到高空大氣溫度的微小變化。在探空氣球上升過程中，溫度變化復(fù)雜且迅速，晨穹的溫度測量產(chǎn)品能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地測量溫度，為氣象分析提供精確的溫度數(shù)據(jù)。無論是在寒冷的平流層還是溫度變化較大的對流層，都能穩(wěn)定可靠地工作，為氣象觀測和研究提供有力支持。

六、結(jié)論

探空氣球從早期簡單的探測工具發(fā)展到如今融合多種技術(shù)的高空探測利器，經(jīng)歷了漫長而輝煌的歷程。它在氣象觀測、科學(xué)研究以及其他眾多領(lǐng)域都發(fā)揮著不可替代的重要作用。隨著科技的不斷進(jìn)步，相關(guān)的測試測量設(shè)備也日益進(jìn)步，而晨穹研發(fā)的壓力和溫度測量產(chǎn)品更是為探空氣球的精準(zhǔn)探測注入了新的活力。未來，探空氣球有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮作用，并且在技術(shù)創(chuàng)新的推動下，其性能將進(jìn)一步提升，為人類探索大氣層、應(yīng)對氣候變化以及推動各相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。