谈L波段系统怎样提高气球的施放高度

2022-09-12

高空探测是指利用遥测和遥感手段进行从地面到高空垂直高度上的温度、气压、湿度和风向风速的探测, 我国目前普遍使用的常规高空探测方法是气球携带探空仪升空探测, 为了获取更多的高空气象资料, 就要求尽量提高探测过程的气球施放高度。

乌拉特中旗气象局从2005年8月1日正式完成由701-59型探空仪到L波段电子探空仪的转型, 至今已稳定运行了三年多, 根据这几年的L波段系统运行的实际工作经验, 就怎样提高气球的施放高度谈一些看法。

影响气球施放高度的因素很多, 包括天气状况、雷达运行的可靠性、探空仪 (含回答器、回答器电池) 质量、探空气球的质量和充灌过程的操作方法等等。

1 提高球炸率的方法

1.1 保证雷达系统的正常运行

按照雷达日常维护手册的要求, 定期做好雷达日、月、季度及年维护, 如:经常擦洗汇流环 (特别在下雨或沙尘暴过后) , 做好雷达与经纬仪的对比观测, 定期做好雷达的标校等, 以保证雷达系统的正常运行, 不影响探测质量。

1.2 保证施放的仪器质量

L波段系统使用的GTS1型电子探空仪, 采用的是全电子传感器和负载波二进制数字代码遥测的方法, 具有探测精度高、采样速度快、抗干扰能力强等特点。它不需要象59型探空仪那样提前检定仪器。在气球施放前直接作基测即可, 所以要求值班员在施放前的准备工作中更要认真细致, 能够及时发现仪器故障, 目前乌拉特中旗气象局出现最多的是温压湿的突然变性和仪器脉冲的断开, 所以要求值班员在7 (19) 时00分把仪器装配好悬挂在放球点, 密切观察仪器的信号和脉冲是否正常, 以便发现问题及时更换仪器。

1.3 电池的准备

GTS1型电子探空仪使用的是镁氯化亚铜注水式电池, 电池准备的好坏直接影响探空仪的工作性能, 浸泡电池时要根据不同的季节来调整盐水的浓度和浸泡的时间, 在夏季, 盐水相对淡一些, 电池电压一般在14V~16V之间;在冬季, 盐水相对浓一些, 电池电压一般在18V~22V之间。电池一般在放球前25分钟浸泡, 且每次侵泡电池的盐水不宜过浓, 侵泡的时间适当长一点较好, 以便电池能够充分激活。

1.4 计算机系统

L波段系统中的雷达操作、大量探测数据的处理、报文的编发等都完全依赖于计算机软件 (放球软件和数据处理软件) , 所以要求值班员要掌握计算机的基本知识, 还要注重日常维护 (如病毒的防御等) , 计算机系统正常运行是保证放球质量的重要保障。

2 气球升速的控制-掌握合理的净举力

为了保证气球在高空保持一定的升速 (规范要求一般控制在400m/min左右, 气球升速若从某层开始至记录终止, 升速均小于150m/min或大于600m/min, 则以后记录不再整理) , 需要在气球中充灌氢气使之上升, 其中气球排开同体积空气的重量, 减去同体积氢气的重量, 称为总举力, 总举力减去气球和所携带的探空仪等附加物的重量后叫做净举力。

净举力与升速的关系近似于对数曲线, 到达一定的净举力以后, 随着净举力的增加, 升速却变化不大, 反而因为充气过多, 使得气球过早爆炸, 影响探测高度。而净举力过小, 则会造成升速过慢甚至若遇到恶劣天气造成气球下沉, 影响施放高度。所以掌握合理得气球升速对于气球的施放高度有着重要的影响。根据多年经验 (使用750g (120号) 气球) 净举力一般应控制在1600g左右, 并根据当天的天气状况, 在l00g范围内适当调整, 平均升速控制在320m/min~380m/min为宜, 以获得较为理想的施放高度。

3 掌握正确的充灌气球方法

(1) 充灌气球的时间应该在施放前一小时至半小时内进行, 并注意控制合理的均匀的充灌速度, 一般控制在20min~30min为好, 若充气速度过快, 气球的球体会快速的膨胀和抖动, 对球皮的橡胶弹性有一定的损害, 同时, 因为乌中旗气候干燥 (特别是在春冬季节) , 氢气在流动过程中会产生静电, 速度过快, 摩擦生热, 还会产生安全隐患。

(2) 注意一定要充灌冷却的氢气, 因为热氢气在气球内会使得球体局部受热, 破坏球体原有的流线型而出现探空员俗称的“偏头”现象, 并使球皮厚薄不匀, 在高空球体膨胀后, 过早爆炸, 降低了探测高度。

(3) 为了防止橡胶球皮老化, 生产厂家在出厂时在气球内放了许多滑石粉, 所以在球体充灌过程完成后, 一定要将积聚在球嘴附近的滑石粉尽可能的清除掉, 也就是减少了附加物的重量, 在相同的总举力时保持相对较大的净举力。

(4) 在绑扎气球嘴的时候, 注意扎绳的位置要尽量接近平衡器, 这样可以适当增加球体的膨胀空间, 有利于提高施放高度。