無線電探空儀
無線電探空儀（Radiosonde）通常由充滿氦氣或氫氣的氣球（風向球）搭載升空，在中低層大氣測量大氣主要數據，並通過無線電將數據傳回地面氣象站點的儀器。[1]
概述
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無線電探空儀搭載在氣象氣球上。它測量多個大氣參數並將這些數據用無線電傳回地面接受站。無線電頻率403MHz專門留給無線電探空儀使用。無線電探空儀由氦氣球或氫氣球搭載進入大氣層。氣球的大小重量和材料決定了氣球所能到達的高度最大值。氣球的型號從150克到3000克都有。800克的氣球在30千米的高度會由於在此高度外部大氣氣壓過低而爆裂。
無線電探空儀通常由氣球搭載升空。它也可以由火箭搭載升空，這樣的無線電探空儀被稱為「火箭無線電探空儀」（rocketsonde）。由飛行器直接在大氣層中投放，使用降落傘搭載的無線電探空儀稱為「下投式無線電探空儀」（dropsonde） 。
當代的無線電探空儀經由無線電與地面的計算機通訊。計算機實時存儲這些傳回的數據。最初無線電探空測風儀由地面通過經緯儀觀測，通過測量大氣中儀器的位置變化來估算風速。而當代無線電探空儀可選用多種裝置測定風速和風向，諸如Loran（遠距離無線電導航系統）、無線電定向儀、GPS等。當代無線電探空儀測量的重要數據包括：大氣壓力、高度、經緯度、溫度、相對濕度和風速風向等。 一些無線電探空儀同時測量大氣臭氧濃度。通過對數據的分析可以繪製圖表。科學家可以用圖表解釋說明大氣現象例如大氣逆溫現象。
典型的無線電探空儀重250克。主要生產商是芬蘭的Vaisala（維薩拉）。
1985年，蘇聯的金星探測器「Vega 1」和「Vega 2」分別向金星大氣層投放了一個無線電探空儀。對這兩個探空儀發出的信號可以追蹤兩天。（兩天之後儀器可能在金星大氣中損毀了。）
發明與早期發展
[編輯]長期以來，人們為了探測大氣的變化規律，一直進行著不懈的努力，在大氣科學萌芽時期，人們主要依靠眼睛觀察天氣現象的變化，憑感官感知冷暖乾濕的差異。隨著科學技術的發展，人們相繼發明了溫度計、氣壓計、濕度計、風速計等。
最初的近代高空氣象探測主要是利用載人吊籃和系留氣球攜帶自記儀器的方法。與此同時，還設計出種種方法來保證儀器和資料的回收，如降落傘法（氣球上升一定高度破裂後開傘）和雙球法（一球破裂後，另一球不足以支持儀器的重量而下降）都有一定的效果。在人煙稠密的地區，回收率較高，但在人煙稀少的地區，回收就成為極其困難的問題。再就是這些辦法都不適宜作業務觀測，因為時間上來不及，於是人們設法讓氣球攜帶發報機，把觀測到的氣象記錄化為電波訊號，即時發送到地面上來。這種試驗最早開始在1918年，但並沒有成功。
1923年, 美國陸軍氣象學家布賴爾繼續試驗時，地面得到了歷時20分鐘的訊號，這是無線電探空第一次獲得成功。
1927年, 德國氣象學家愛德拉格和布利歐首次把波長42米的電子管發報機系在上升氣球下面進行試驗，收到了發報機發自平流層的訊號。
最早可以用作業務的蘇式無線電探空儀是前蘇聯帕維爾·莫爾恰諾夫教授研製的。1932年芬蘭人維薩拉也發明了著名的芬式無線電探空儀。這類探空儀不受惡劣天氣的影響，絕大多數情況下都能釋放；它可以獲得不同高度的氣象資料，而不需要進行回收。因此，這類探空儀是現今探測30—40公里以下高度高空氣象條件的主要儀器，全世界都在使用。
無線電探空儀的出現和廣泛使用，使人們能夠積累大量的高空氣象資料，加深了對高空大氣狀況的了解。在此基礎上，瑞典籍美國科學家卡爾-古斯塔夫·羅斯貝提出了大氣長波理論，這不僅是三維空間分析和預報大型天氣演變過程方面的創舉，而且也為五十年代業務數值天氣預報的問世開闢了道路。
結構與特點
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小小的無線電探空儀，就象一台飛行的發報機，隨時將探測到的所在高度的氣象資料傳送到地面。「麻雀雖小，五臟俱全」，重量不到1公斤的探空儀，主要由感應元件、轉換裝置、發射機和電源四部分組成。感應元件用來感應大氣溫度、壓強、濕度要素的大小與變化；然後通過轉換裝置轉換成相應於探測量的無線電訊號；而發射機產生的約數十或數百兆赫的高頻無線電振盪（載波），則能裝載著探測訊號向地面發送；電源提供了整個探空儀的能量來源，它占據了相當大的重量。
感應元件（或稱傳感器）是探空儀的關鍵組成部分，與地面觀測儀器的感應器相比，它必須具有輕便、靈敏、響應快等性質。
因為探空儀隨氣球以300～400米/分的速度向上運動，不可能在某一高度停留下來，所以探空儀的傳感器必須惰性小，這樣才能迅速響應外界環境的變化，比較正確的反映各個高度上的氣象要素值。
由於探空儀是一次性使用，所以傳感器比較簡單。它測量的都是相對量，在正式釋放前，要進行一次「基值測定」，將傳感器的相對值與它所處環境的絕對值聯繫起來，以便事後易與探測記錄進行處理和換算。
以上兩個因素都影響觀測精度，使得高空觀測的精度不如地面觀測。另外氣球上升時間和運動軌跡對觀測精度也有影響。我們需要知道的是某點上空在一瞬間的氣象要素的垂直分布情況（術語叫廓線），而氣球探測的是不同時間（氣球整個上升過程約一個小時）、不同地點（水平飄移約數十公里）的氣象要素，這也將造成測量誤差。
探空儀上常用的溫度傳感器是扭成環狀或螺旋狀的雙金屬片，另一種用得較多的是珠狀或棒狀熱敏電阻溫度傳感器。
探空儀上測壓主要用空盒傳感器，為了增加探測的靈敏度，常常將多個空盒串聯在一起使用。
測量高空濕度是一個較為困難的問題，過去多採用毛髮或腸衣，也有用電阻式、電容式測濕元件。
通常探空儀測風與測風氣球測風是一樣的。但在夜間、陰天或氣球入雲的情況下就得求助於無線電方法，通常用測風雷達。
參見
[編輯]參考資料
[編輯]- ^ Karin L. Gleason. Ozonesonde. noaa.gov. National Oceanic and Atmospheric Administration. March 20, 2008 [2011-07-04]. （原始內容存檔於2021-03-18）.
