通過對測風氣球的光學跟蹤來測量高空風。
| 中文名稱 | 氣球測風 |
| 英文名稱 | pibal |
| 定 義 | 通過對測風氣球的光學跟蹤來測量高空風。 |
| 套用學科 | 大氣科學（一級學科），大氣探測（二級學科） |
基本介紹
- 中文名：氣球測風
- 外文名：pibal
- 相關術語：氣象氣球，高空風探測
- 學科分支：大氣探測
描述,基本原理,跟蹤方法,
描述
測風氣球屬於氣象氣球的一種，一般由天然乳膠製成，有的也使用合成橡膠。為了使氣球增加彈性、耐寒且防止老化，通常加入防老化劑、防寒劑等特殊成分。高空風的測定一般採用兩種方法：一種是利用系留氣球或飛機將測風儀器帶到高空進行探測；另一種就是施放測風氣球，通過跟蹤測風氣球的運動軌跡來計算風向風速。氣球中充入氫氣，由於氫氣相對空氣密度較小，氣球釋放後能自由升空。若無風，氣球會垂直上升；若有風，氣球會根據風嚮往相應的方向移動，風速的大小會影響氣球移動的速度。當氣球到達一定高度，氣球內外壓強差過大，則會自主爆破。
基本原理
充滿氫氣的測風氣球，空中受到兩個力的作用：向上的浮力和向下的重力。二者之差即為氣球的淨舉力。由於氣球球皮較薄，充氣之後造成球內外的壓力差可忽略不計，且壓力差在氣球爆破之前基本保持不變；此外，氣球內氣體質量很小，可認為球內外溫度很快即達到相同，即氣球上升過程中內外溫度基本相等。氣體密度的變化決定於壓力和溫度的變化，而氣球上升過程中壓力和溫度的同步變化，說明了氣球內外氣體的密度也同步變化。因此，氣球上升過程中所受浮力和重力的差值保持不變，即淨舉力恆定為常量。
氣球上升運動過程中，還會受到空氣阻力的作用。空氣阻力方向與淨舉力相反，大小與氣球升速的平方成反比。氣球由於淨舉力作用加速上升，上升過程中空氣阻力隨氣球升速的增大而增大，且增大幅度比升速大；當空氣阻力增大到和氣球淨舉力相等時，氣球只做等速上升。
氣球等速上升過程中，以某時刻為初始時刻，每分鐘記錄一次氣球的經緯度和高度，則可計算得出各高度層中的風速風向。
跟蹤方法
1 單經緯儀定點測風
即使用一台經緯儀，在一個固定地點，觀測氣球移動軌跡測定高空風速風向。
如圖1所示，O點為初始跟蹤時刻，B1,B2……為每分鐘氣球運動軌跡，A1,A2……為每分鐘氣球運動軌跡在地面的投影，H1,H2……為每分鐘氣球所在高度。用OA1，A1A2……除以時間（60秒）可得該高度層的風速（米/秒），通過OA1，A1A2……與正北方向的夾角α即可計算出該層的風向。
單經緯儀測風計算方法圖1 單經緯儀測風計算方法
優點：簡單易操作。
缺點：假定氣球升速為勻速，因此計算的氣球高度存在誤差。
2 雙經緯儀基線測風
即使用兩台經緯儀，架設在已知距離的兩點（兩點間連線為基線），同時觀測氣球運動，通過觀測得出的方位角和仰角計算出氣球高度，在計算出各高度的風速風向（與單經緯儀觀測計算方法相同）。
優點：氣球高度是實測的，準確度較高，此方法可用於測雲高。
缺點：計算較複雜。
3 雷達測風
雷達對氣球的定位是根據仰角、方位角和斜距，相對於經緯儀通過仰角、方位角和高度對氣球定位的方法，雷達測風要簡單得多。雷達天線發射出電磁波，電磁波在空中傳播遇到障礙物被反射回來，後被雷達天線接收。因為電磁波在空中的傳播速度是一定的，乘以雷達發射和接收電磁波的時間差，則可計算出雷達至目標物的斜距。再藉助雷達自身的測角系統，測定雷達與目標物之間的仰角和方位角，則可計算出風速和風向。
優點：全自動觀測，不需要人工實時監測。
缺點（一次雷達）：要求雷達發射機具有足夠大的發射頻率，耗電量大；探測距離較低；距離遠時回波信號弱。
由於一次雷達缺點較多，無法滿足工作需求，因此在此基礎上發展出了二次雷達。二次雷達配備“無線電回答器”，接收雷達發射的“詢問”脈衝後回以“回答”脈衝，這樣的問答方式解決了一次雷達耗能大、測距短的缺點，因此在目前業務中主要使用的是二次雷達。
