基本介紹
概念,內容,研究歷史,探測設備,探測步驟,探測要求,質量要求,影響,
概念
高空探測是指測量近地面層以上大氣的物理、化學特性的方法和技術，又稱高空觀測。
當前我國氣象台站所進行的高空探測是指攜帶著無線電探空儀的探空氣球來探測大約30千米以下的各層大氣情況，並把這些氣象資料繪製各層的高空氣象圖。地面雷達接收探空儀發來的信號，輸入計算機處理，最後列印出各高度上的氣壓、溫度、濕度、風向和風速的數值和曲線圖。
內容
自由大氣的探測通稱高空氣象探測簡稱高空觀測，又稱高空氣象學(Aerology)。
大氣是包圍在地球外表的物質，整個大氣中所發生的各種物理現象和過程，都直接或間接地與人類活動有著密切的關係，所以我們必須用各種儀器來了解，研究地球大氣的各種特性。高空氣象學是實驗、研究自由大氣所發生的各種物理現象和過程的一門科學。主要有高空氣象探測方法(即各種儀器)的研究，高空大氣的風、壓力、密度、溫度、濕度等隨高度的分布規律及隨緯度和季節的變化，雲的巨觀和微觀結構及降水過程，冷暖鋒面，颮線，颱風等天氣系統高卒結構的觀測和研究。
研究歷史
高空探測從18世紀中期就有人開始嘗試了，先後採用風箏探測，乘人氣球探測及系留氣球探測，但比較有系統地進行探測是從19世紀70年代才開始的。1930年前蘇聯莫哈諾夫設計出了第一個無線電探空儀，以後無線電探空儀在高空氣象觀測中起了重要的作用，目前世界各國仍在繼續研究、發展和套用無線電探空儀來探測40km以下大氣層的氣象要素分布，根據特殊觀測的需要可用飛機來進行高空氣象探測。隨著科學技術的發展，地基遙感技術也不斷地在高空氣象探測中得到套用，氣象雷達探測現已廣泛使用，對於30～150 km高空則採用氣象火箭探測。風廓線儀已經在歐美開始布局進入業務試用階段，從20世紀末開始的氣象衛星對大氣垂直剖面進行遙感探測，更使高空探測進入了一新的階段，為研究高空氣象變化，改善天氣預報提供了大量資料。
由於現代化戰爭大多是海陸空軍諸兵種作戰，當前飛機的活動高度已達30000 m以上，而運行高度更高的火箭，洲際飛彈及核武器的出現使現代化戰爭的立體性更加突出。這樣，除地面氣象要素對作戰活動的影響外，整個大氣層的溫度、濕度、氣壓和風等高空氣象要素對作戰活動的影響也更加突出。
氣球探測，主要是藉助於氣球在空氣浮力的作用下上升來獲得不同高度上的風向風速，同時藉助於所攜帶的氣象要素感測器和無線電遙測技術，來獲得大氣不同高度上的溫度、氣壓、濕度。長期以來，已在全球形成了一個觀測規範、組織嚴密的高空探測網路。
高空氣象觀測是氣象工作的一個重要部分，它所測得的資料和情報與國民經濟建設有著密切的關係，如空軍飛行作戰，高炮發射，艦艇出航，火箭飛彈的發射等等都需要高空氣象資料和情報來保障。高空氣象資料又是作好天氣預報的重要依據，用它來繪製供天氣預報用的各種高空圖表，民航，人工影響天氣，防治大氣污染等，也需要高空氣象資料的保障。
探測設備
常規高空儀器大體與常規地面儀器相同，但高空探測大多是綜合性的，故一般都以運載工具不同進行分類：
⑴無線電探空儀
無線電探空儀出現於三十年代，經過二次世界大戰，已逐步形成全球的探空站網。實踐證明，它是獲取高空氣象資料的重要手段之一。即使氣象衛星和地面遙感技術有了一定的發展，它仍以價格便宜、實用而在一定時期記憶體在。探空高度為30km左右。
⑵氣象探測火箭
氣象探測火箭的發射高度介於氣球(30km)與氣象衛星(150km)探測高度之間，因此目前世界上已有很多國家建立了氣象火箭網，並形成了國際協作氣象火箭探測網。
利用火箭可探測大氣結構參數(溫度、壓力、密度等)、大氣氣暉強度、太陽光譜的X射線和紫外線、太陽微粒輻射、宇宙線強度、電離層結構，高層大氣物理和化學過程等。作為常規氣象火箭，主要探測項目是大氣溫度、密度和風等要素。
氣象火箭系統的發展動向
①建立布局合理的氣象火箭站網
由於氣象火箭網經費投資相當高，不可能大量布站，因此需要國際間合作，以獲得全球範圍比較完整的資料。參加全球聯合氣象火箭網(CMRN)的有：美國空軍環境火箭探空系統(AFERSS)、美國海軍火箭探空站、加拿大火箭探空站，美國宇航局、美國國內試驗性氣象火箭網(EXAMETNET)、蘇聯、英國及日本等。
②改進探測方法，提高探測精度
氣象火箭發展歷史雖長，但探測精度仍是一個重要的研究課題。世界氣象組織曾組織過多次對比試驗，如1972年美、日、法在美國沃洛普斯島和1973年美、英、法、蘇在法屬查亞那作過對比試驗。1977年8月，美、蘇又在沃洛普斯島利用“超洛凱”和“M一100”火箭進行26次對比觀測。總的說來，在40～50km以下，觀測結果比較接近。在此高度以上，風速誤差可達10 m/s，溫度誤差可達20℃左右。
③研製小型化氣象火箭系統，減輕重量，降低成本，提高機動能力。
(3)高空探測自動化系統
高空探測自動化系統主要由探空儀、地面接收站及數據處理系統組成。目前由於全自動化系統造價高、投資大，所以投入業務使用的還不多。隨著電子工業的發展將逐步降低這些設備造價，以達實用程度。此外還要發展新型的高空探測系統。在探空測風體制上進行研究和改進，如利用導航測風原理及其它遙感技術進行探空測風。
(4)氣象衛星
氣象衛星在空中停留的時間長、飛得高(150km以上)，能從上而下，對地球大氣層進行遙感觀測，擴大了觀測範圍。所以它是從空間進行大氣遙感觀測的重要手段。
目前，世界上已形成一個由極軌氣象衛星和靜止氣象衛星組成的氣象衛星全球觀測系統，它是世界天氣監視(www)計畫的主要組成部分。從第一顆氣象衛星誕生以來，各國的氣象衛星從宅宙空間發回數以百萬計的雲圖和各種氣象資料，在航空、航海、工農業生產、科研及軍事方面發揮了重要作用。這表明它是一種大氣探測的先進工具。
在過去二十年，平均每六年左右發展一代，探測能力和資料傳輸能力都有重大發展。以極軌氣象衛星為例，從第一代到二代、三代，衛星的探測能力由只能以電視攝象方式獲取白天低解析度雲圖，發展到用掃描輻射儀獲取晝夜高、低分辨雲圖和少量溫度垂直分布資料。目前可取得質量更高，數量更多的高解析度和低解析度雲圖及大氣的大量垂直結構資料。衛星的資料傳輸由模擬制發展到傳輸速率高，抗干擾能力強的數字制。整個氣象衛星的功能，也由最初單純的觀測工具發展到可用來進行氣象通信，兼有觀測和通信的雙重功能。
⑸導航測風
導航測風是六十年代興起的一種新型測風方法。其原理是利用世界各地導航台所傳送的導航信號，經探空儀接收，並調製在發射機上，再傳送出去，當地面站接收到探空儀發回的一系列導航信號後，藉助於常用的雙曲線導航原理，便可確定探空儀的空間位置，並由此推算出高空的風向和風速。
導航測風通常要在探空儀上裝接收機，接收至少3個導航台的信號以進行定位，並算出風向、風速。對海上測風，在近海地區多採用精度較高的羅蘭一C系統，在遠洋多採用Omega系統。目前已研製成導航測風系統的國家有美國、英國、法國和芬蘭等。
導航測風系統的發展動向
①導航測風系統一般都配有電子計算機，以實現整個探空測風過程的自動化。精度與雷達、無線電經緯儀測風基本差不多，但它省去了一套複雜的跟蹤系統，特別是對在活動平台(如飛機、船舶)上測風，大有好處，很有發展前途。
②導航測風受電離層變化及大氣噪聲干擾影響比較大，因此有關電波傳播的某些問題，有待進一步研究解決。
探測步驟
①所用探空儀在施放前若干天內，對其進行仔細的檢查和準備，並對各感應元件進行靈敏度檢查(基點檢查)或檢定。
②在當班的當天或前一天準備好足夠的氫氣，處理好球皮。對探空儀的發射機和電池進行電路部分的檢查，並對探空儀再進行一次檢查。
③施放前1小時，將準備施放和備份的探空儀拿到百葉箱中感應。
④施放前半小時進行基值測定，同時調試好雷達，沖灌氣球，浸泡電池，裝配探空儀，試聽訊號。施放前後5分鐘觀測地面要素。
⑤正點施放，接收訊號，並觀測跟蹤球影。
⑥整理計算記錄，編髮電報。
⑦對觀測記錄進行就地審核，並抄錄月報表。
探測要求
①要求視野開闊，四周障礙物(特別是當地盛行風的下風方)的仰角不超過5°。
②半徑20m範圍內應平坦，不種任何作物，半徑50m範圍內不能有架空電線，高大建築物、樹木等障礙物。
③附近不應有無線電台或使探空儀訊號受干擾的單位。
④通常是07、19時的綜合觀測和01、13時的單測風。
質量要求
高空探測的質量要求主要有6項指標：探空錯情率≤7‰，測風錯情率≤5‰，探空高度≥25000m，探空球炸率≥920‰，人為重放球≤4次/站、年，雷達綜合測風高度≥23000m；雷達單獨測風高度≥18000m。
影響
高空探測是人類了解大自然、了解天氣變化的主要途徑，是氣象科學發展的基石。隨著科技的發展和進步，越來越先進的設備用在了高空質量的探測之中，但是僅僅依靠高科技很難得到準確的探測結果，重放球以及丟球的失測、環境的影響都會對探測結果有重要影響。所以，應該在探測的"硬體實力"和"軟體實力"兩方面著手，只有掌握正確的探測方法才能從根本上提高高空探測質量。
