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1、测定自由大气各高度的气象要素，并将气象情报用无线电讯号发送到地面的遥 测仪器。由于仪器是在上升（或下降）过程中测量的，空中气象要素随高度有较 大的空间变率，要求探空仪感应元件应具有较高的灵敏度、准确度、感应快、量 程大，仪器整体体积小、重量轻、牢固可靠，能经受风云雨雪和减少高空强辐射 的影响。依据测量内容不同，探空仪分为如下两类：中国制探空仪（1）常规探空仪：借助探空气球携带升空，是测量 高空对流层、平流层气象资料的主要仪器。它由感应 器，转换器和发射装置三个部分组成。感应器感应大 气温度、气压、湿度等参数，采用变形元件（双金属 片，空盒、肠衣）和电子元件（热敏电阻、空盒、湿 敏电阻或电容）两
2、类。转换开关轮流将感应元件依次 接入变换器，将气象信息变换成电信号。中国制探空 仪的变换器采用电码式和变低频式两种。发射装置是 一个高频或超高频发射机，以载波方式将气象信息发 到地面。（2）特种探空仪：在常规探空仪的基础上，根据不同的目的（如测定臭氧、平 流层露点、各种辐射通量、大气电场，监视低层大气污染等）或不同仪器施放方 式（如气球升空或气象飞机、气象火箭、定高气球下投等）派生了多种特殊探空 仪，如臭氧探空仪，火箭探空仪等。气象气球用橡胶或塑料制成的球皮，充以氢气、氮气等比空气轻的气体，能携带仪器 升空进行高空气象观测的观测平台。气球的大小和制作材料由它们的用途来确 定，主要有以下几种：测
3、风气球（1） 测风气球 气象上称小球，用橡胶制作，球皮重 约 30 克，主要用于经纬仪测风或边界层探空，最大升 空高度在 10-15 公里。（2） 探空气球 用橡胶或氯丁乳胶制作，球皮重0.82.0千克，携带1千克仪器升速为56米/秒，最 大升空高度可达 30公里。是日常高空观测使用的气球（3）系留气球 用缆绳拴在地面绞车上，能控制浮升高度的气球。通常用聚脂薄膜做成流线形，缆绳长度及与地面交角可以估算气球距地面高度，它可以携带测量仪器在指定高度作数小时连续测量，用完后收回作多次使用。特别适用于大气污染监 测和研究大气边界层等。系留气球（4）定高气球 在大气中保持在等密度面上平稳地随气流飘移的气
4、球，也称等密度气球或等容气球。气球由塑料制成多层复合膜，耐 压性强，保气性好。在地面施放时仅部分充气，升到预定高度时，因球内气体量 不变因而密度不变，保持在一个等密度面上飘行，气球大小视飞行高度和所带仪 器的重量而定，其直径小至一米，大至数十米不等，在空中可飘行数天至数月。 大型定高气球直径 22米，距地高24公里，可携带 200个探空仪，能接受卫星指 令，每隔一定飘浮距离投下一架探空仪，下投的探空仪带降落伞，观测数据由无 线电信号发到母球，再由母球转送到卫星，最后由卫星播发到地面站接收。这种 与卫星结合的定高气球称为母子定高气球系统，在测量气团属性变化和大气电学 特性等方面已广泛应用。高空风
5、观测测量近地面直至 30公里高空的风向风 速。通常将飞升气球作为随气流移动的质点 用地面设备（经纬仪或雷达）跟踪气球的飞 升轨迹读取其时间间隔的仰角、方位角、探空仪即将拖放701雷达待命工作 斜距，确定其空间位置的座标值，可求出气 球所经过高度上的平均风向风速。根据地面测风设备不同，分为如下几种：经纬仪测风：有单经纬仪测风和双经纬仪测风两种。单经纬仪只能测出气球 的仰角和方位角，气球高度由升速和施放时间推算。气球升速是根据当时空气密 度、球皮等附加物重量计算出气球净带力，按照净举力灌充氢气来确定。但由于 大气湍流和空气密度随高度变化，以及氢气泄漏等因素的影响，气球升速不均匀 导致高度误差大，测
6、风精度低。在配合探空仪观测时，气象站用探空仪测得的温 度，气压、湿度资料计算出气球高度。双经纬仪测风是在已知基线长度的两端， 架设两架经纬仪同步观测，分别读出气球的仰角、方位角，利用三角法或矢量法 计算气球高度和风向风速。经纬仪测风只适用于能见度好的少云天气，夜间必需 配挂可见光源，阴雨天气只能在可见气球高度内测风。无线电经纬仪测风： 利用无线电定向原理，跟踪气球携带的探空仪发射机 信号，测得角座标数据，气球高度则由探空资料计算得出。因此无线电经纬仪适 用于全天候，但当气球低于其最低工作仰角时，测风精度将迅速降低。 雷达 测风 是利用雷达测定飞升的气球位置。它不仅测定气球的角座标，而且能测定
7、气球与雷达的距离，即斜距。由仰角、方位角、斜距计算高空风。雷达测风法又 可分为一次雷达测风法和二次雷达测风法。前者是利用气球上悬挂的金属反射体 反射雷达发射的脉冲信号，测定气球角座标和斜距；后者利用气球悬挂的发射回 答器，当发射回答器受雷达发射的脉冲激励后产生回答信号，由回答信号测定气 球角座标和斜距。显然，在相同的发射功率下，二次雷达比一次雷达探测距离更 远，可测更高的高空风。但随着技术的发展，发射功率已不是大的技术障碍时， 着眼于提高测风精度和经济效应等方面，一次雷达测风也有其独特优势。无线电探空仪风向球，留意底部的仪器无线电探空仪通常由充满氦气或氢气的气球（风向球）搭载升空，在中低层大气
8、测量大气主要数据，并通过无线电将数据传回地面气象站点的仪器。运用无线电传送数据，测量高空天气数据的仪器。根据不同的测量内容，有下列几种型式：无线电测风（Radios。nde Observation）（雷文观测，RawinObservation）,利用雷达或无线电定向仪追踪气球携往上空之雷达目标 （感应器或探空发射器） 测算上空风向风速之一种观测。无线电探空观测（Radios。nde Observation）（雷送观测，Raob）:自气球携带之探空仪所播发之无线电信号，以求出高空之温度、相对湿度及气压，由此项资料可计算出各定压面层及各特性层之高度。无线电探空测风观测（Radio-w in d-s
9、o nde Observatio n）（雷文送观测，Rawinsonde Observation）, 测算空中之气压、气温、相对湿度、风向与风速五项气象因子的一种观测方法。也是结合雷送与雷文两项之联合观测于一次完成。概述无线电探空仪搭载在气象气球上。它测量多个大气参数并将这些数据用无线电传 回地面接受站。无线电频率403MHz专门留给无线电探空仪使用。无线电探空 仪由氦气球或氢气球搭载进入大气层。气球的大小重量和材料决定了气球所能到 达的高度最大值。气球的型号从150克到3000克都有。 800克的气球在30千 米的高度会由于在此高度外部大气气压过低而爆裂。无线电探空仪通常由气球搭载升空。它也
10、可以由火箭搭载升空，这样的无线电探 空仪被称为“火箭无线电探空仪”（rocketsonde）。由飞行器直接在大气层中投 放，使用降落伞搭载的无线电探空仪称为“下投式无线电探空仪”（drops。nde）。 当代的无线电探空仪经由无线电与地面的计算机通讯。计算机实时存储这些传回 的数据。最初无线电探空测风仪由地面通过经纬仪观测，通过测量大气中仪器的 位置变化来估算风速。而当代无线电探空仪可选用多种装置测定风速和风向，诸 如Loran （远距离无线电导航系统）、无线电定向仪、GPS等。当代无线电探 空仪测量的重要数据包括:大气压力、高度、经纬度、温度、相对湿度和风速风 向等。 一些无线电探空仪同时测
11、量大气臭氧浓度。通过对数据的分析可以绘制 图表。科学家可以用图表解释说明大气现象例如大气逆温现象。典型的无线电探空仪重250克。主要生产商是芬兰的Vaisala（维萨拉公司）。 1985年，苏联的金星探测器“Vega 1”和“Vega 2”分别向金星大气层投放了一个 无线电探空仪。对这两个探空仪发出的信号可以追踪两天。（两天之后可能仪器 在金星大气中损毁了。）发明与早期发展 长期以来，人们为了探测大气的变化规律，一直进行着不懈的努力，在大气科学 萌芽时期，人们主要依靠眼睛观察天气现象的变化，凭感官感知冷暖干湿的差异。 随着科学技术的发展，人们相继发明了温度计、气压计、湿度计、风速计等。 最初的
12、近代高空气象探测主要是利用载人吊篮和系留气球携带自记仪器的方法。 与此同时，还设计出种种方法来保证仪器和资料的回收，如降落伞法（气球上升 一定高度破裂后开伞）和双球法（一球破裂后，另一球不足以支持仪器的重量而 下降）都有一定的效果。在人烟稠密的地区，回收率较高，但在人烟稀少的地区， 回收就成为极其困难的问题。再就是这些办法都不适宜作业务观测，因为时间上 来不及，于是人们设法让气球携带发报机，把观测到的气象记录化为电波讯号， 即时发送到地面上来。这种试验最早开始在 1918 年，但并没有成功。1923 年, 美国陆军气象学家布赖尔继续试验时，地面得到了历时20分钟的讯号， 这是无线电探空第一次获
13、得成功。1927 年, 德国气象学家爱德拉格和布利欧首次把波长 42米的电子管发报机系在 上升气球下面进行试验，收到了发报机发自平流层的讯号。最早可以用作业务的苏式无线电探空仪是前苏联莫尔恰诺夫教授研制的。1932 年芬兰人维萨拉也发明了著名的芬式无线电探空仪。这类探空仪不受恶劣天气的 影响，绝大多数情况下都能释放；它可以获得不同高度的气象资料，而不需要进 行回收。因此，这类探空仪是现今探测3040 公里以下高度高空气象条件的主 要仪器，全世界都在使用。无线电探空仪的出现和广泛使用，使人们能够积累大量的高空气象资料，加深了 对高空大气状况的了解。在此基础上，瑞典籍美国科学家罗斯贝提出了大气长波
14、 理论，这不仅是三维空间分析和预报大型天气演变过程方面的创举，而且也为五 十年代业务数值天气预报的问世开辟了道路。结构与特点小小的无线电探空仪，就象一台飞行的发报机，随时将探测到的所在高度的气象 资料传送到地面。“麻雀虽小，五脏俱全”，重量不到 1 公斤的探空仪，主要由感 应元件、转换装置、发射机和电源四部分组成。感应元件用来感应大气温度、压 强、湿度要素的大小与变化；然后通过转换装置转换成相应于探测量的无线电讯 号；而发射机产生的约数十或数百兆赫的高频无线电振荡（载波），则能装载着 探测讯号向地面发送；电源提供了整个探空仪的能量来源，它占据了相当大的重 量。感应元件（或称传感器）是探空仪的关
15、键组成部分，与地面观测仪器的感应器相 比，它必须具有轻便、灵敏、响应快等性质。因为探空仪随气球以300400米/分的速度向上运动，不可能在某一高度停留 下来，所以探空仪的传感器必须惰性小，这样才能迅速响应外界环境的变化，比 较正确的反映各个高度上的气象要素值。由于探空仪是一次性使用，所以传感器比较简单。它测量的都是相对量，在正式 释放前，要进行一次“基值测定”，将传感器的相对值与它所处环境的绝对值联系 起来，以便事后易与探测记录进行处理和换算。以上两个因素都影响观测精度，使得高空观测的精度不如地面观测。另外气球上 升时间和运动轨迹对观测精度也有影响。我们需要知道的是某点上空在一瞬间的 气象要素
16、的垂直分布情况（术语叫廓线），而气球探测的是不同时间（气球整个 上升过程约一个小时）、不同地点（水平飘移约数十公里）的气象要素，这也将 造成测量误差。探空仪上常用的温度传感器是扭成环状或螺旋状的双金属片，另一种用得较多的 是珠状或棒状热敏电阻温度传感器。探空仪上测压主要用空盒传感器，为了增加探测的灵敏度，常常将多个空盒串联 在一起使用。测量高空湿度是一个较为困难的问题，过去多采用毛发或肠衣，也有用电阻式、 电容式测湿元件。通常探空仪测风与测风气球测风是一样的。但在夜间、阴天或气球入云的情况下 就得求助于无线电方法，通常用测风雷达。北斗卫星导航系统是是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系 统（CNSS），是除美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的GLONASS之后 第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的
