作者：杜传耀 北京市气象探测中心（北京市观象台）高级工程师
(相关资料图)
最近，一艘用于气象等科研工作的无人飞艇登上了热搜。这个“流浪”的气球实际上是万米高空的听诊器——气象探空气球，它常常被人们误以为是不明飞行物，但气象工作者却亲切地给它取名为“大白”，“勇敢无畏的高空探险家”也是对它的最高评价。
气象探空气球是气象上用来探测从近地面到35km高空的温度、湿度、气压、风向、风速等气象要素的设备。那么它是如何完成高空探测任务的呢？
气象探空系统的组成及各部门功能。气象探空系统简单的讲，主要由探空气球、探空仪、地面数据接收雷达以及其他辅助设备组成。探空气球是整个探测系统的载体，负责把探测设备运载到高空；探空仪是高空探测系统的核心部件，负责高空气象数据的采集并发回地面；地面数据接收雷达负责和探空仪进行通信，接收探空仪采集的高空气象数据。下面对主要组成部分详细介绍。
探空气球是整个探测设备的载体，它就像运载火箭一样载着探空仪以6-8m/s的速度飞向高空，实现对高空气象要素的探测。
探空气球有几种规格，一般根据重量来区分，包括300克、750克、1600克等，根据对探测高度要求的不同选用不同的规格，重量越大的气球自然是探测高度越高。气球里面一般充的是氢气或者氦气，1600克的气球充气后在地面直径可达2.5米，到高空随着气压减小，气球就会慢慢膨胀，最后爆炸直径可达8-11米，可谓壮观。
此外，探空气球除了作为载体之外，风向和风速的获取，也是根据探空气球的水平位移来计算的。
探空仪是高空探测的核心部件，由温度、湿度、气压传感器，以及测量电路，控制（解码）电路，发射电路和电池等组成，探空仪被探空气球带到高空以后就不停地在采集温度、湿度、气压等气象数据，并和地面的数据接收雷达进行通信，将采集的数据传回到地面气象站。
地面接收雷达在探空气球载着探空仪释放的一瞬间就开始跟踪，气球和探空仪飞到哪，雷达天线就跟踪到哪，直到探空气球爆炸，并不停地以询问握手的方式和探空仪对话，接收探空仪采集的数据。
探空气球探测过程。工作时，地面雷达利用对探空气球的实时跟踪来实现测风功能，探空气球携带探空仪升空，随着气球升空，地面雷达发出询问信号，探空仪回答器对应发出回答信号，根据每一对询问和回答信号之间的时间间隔和信号的来向，就可以测定每一瞬间探空气球位置，即它离地面雷达的直线距离、方位角、仰角，然后根据探空气球随风飘移情况，就可以推算出风向、风速。
在这同时，探空仪也将采集到的不同高度层的温度、湿度、气压数据，不断地发回地面，被地面数据接收雷达接收，被接收的信号通过解码传到计算机终端显示绘图，这样就完成了对高空温度、湿度、气压、风向、风速的探测。
气象探空气球是不是可以随时随地释放呢？实际上气象探空气球的释放需要申请空域，不是随地可以释放的，一般只有在有高空气象站的地方才能见到，高空气象站并不像地面气象站数量那么多，全国有几万个地面气象站，但只有120个高空气象站，北京只有一个高空气象站，位于南郊观象台。
同样气球释放的时间也不是随意的，而是固定的。如果你所在的城市有高空气象站，那么在北京时间01时15分、07时15分、13时15分、19时15分，总有那么一个时刻可以和高空气球来一次邂逅，无论天气多么恶劣，这些气象站都会照常营业哦！
气象探空气球发挥的作用。气象探空气球是掌控高空风云变幻的重要手段。它犹如一个CT扫描仪，从地面到高空进行逐层扫描，实现了从二维到三维立体的观测，为天气预报提供了丰富的高空气象数据资料，促进了预报水平的提高。
气象探空气球还多次出现在南极和青藏高原科考中，为全面评估这些地区的气候变化提供了数据支撑。高空探测从18世纪中期开始尝试，先后采用风筝探测，载人气球探测及系留气球探测，到今天的无线电探空，高空探测技术不断革新发展。未来，这只气球将携手中国北斗定位探空仪带着国人的祝福和梦想越飞越高。
