气象气球探秘

1982年7月2日，多个航班的飞行员在下降到美国洛杉矶国际机场时都在天空中发现了一个不明飞行物，数名机长用无线电向机场塔台报告了这一情况。根据机长们的描述，塔台工作人员初步判断这个不明物体似乎是一个坐在铝制草坪椅上的人，他手里似乎拿着一杆猎枪。这个奇怪的人和椅子被吊在一串大型气球上，正在5000米左右的高度飞行着。

后来，警方确认了这位“怪人”名叫拉里·沃尔特斯。在警方盘问下，他交代了自己利用43个充满氦气的气象气球升空并飞行了45分钟的整个过程。拉里很想当飞行员，但视力问题让他没能实现成为飞行员的梦想，可他还是想飞到天上。1982年，他购买了45个气象气球（每个能膨胀到2.4米直径，充气过程中破了两个）和一些氦气罐，并于7月2日实施了这场闹剧。最后，他被当地检察机关以危害机场空域安全等理由起诉，法院判罚他缴纳1500美元罚金。

气象气球的工作原理

气球因为具有成本低、结构简单、使用方便等优点，而被大量用于高空观测和气象探空。以气象气球中的探空气球为例，它们能在大气中飞行约2小时，飞行总距离约为200千米，最高可上升到3万米的大气层。探空气球由乳胶或氯丁橡胶制成，从地面释放时直径一般为2米。随着探空气球逐渐升高，外部气压逐渐降低，探空气球也变得越来越大，最大可膨大到直径8米，最后探空气球破裂并下落。在探空气球浮空的过程中，其下方的无线电探空仪每隔1～2秒就会向地面回传气温、湿度和气压等信息。位于地面的工作人员通过全站仪测出探空气球的仰角，并将其换算为风向和风速等信息，也可以通过雷达跟踪探空气球，计算出风速和风向。

气象气球的先驱者们

最早想出利用气球观测大气这个方法的是英国人杰弗里斯。1785 年，他乘坐法国热气球运动员布兰查德的热气球，尝试穿越英吉利海峡。在空中，杰弗里斯帮助布兰查德观察天气，顺便记录高层大气的活动过程。然而，该气球没能升到高空，并差点坠入英吉利海峡。为了给气球减负，杰弗里斯不得不大量丢弃他携带的设备。也许是受此启发，在从1896年起的数年间，法国气象学家波尔升空了数百个捆绑着仪器的气象气球，相关的实验帮助他发现了对流层顶和平流层。

气象气球也要分类

按照制作材料和用途，气象气球大致可分为如下几类：

测风气球 测风气球的用途是测定高层大气的风向和风速。测风气球的球皮重量一般仅为30克，因此这些气球被称作“小球”。气球升空后，地面观测人员用测风经纬仪不断跟踪观测，记录下气球每分钟的仰角和方位角，并计算出气球经过不同高度时的风向和风速。

系留气球 顾名思义，系留气球通过缆绳被固定在地面，其最大特点是可以长时间停留在特定高度，每次滞空时间最长可达数月，常用于大气和环境监测。

探空气球 探空气球的球皮一般重0.8～2千克，可以携带1千克的仪器设备，以5～6米/秒的垂直方向速度升空，最高升空高度可达30千米，是日常高空观测所使用的气球。

平流层气球 平流层气球能完成20～40千米或更高大气区域的高空探测任务，其作用包括测量并记录气象要素、大气成分、大气电、大气臭氧、太阳辐射，验证压—高公式……平流层气球具有10～30万立方米或更大的容积，充氢气后可以负载100～150千克的仪器。

气象气球发挥重要作用

今天，气象气球帮助我们完成了大部分高空探测工作，全世界有900多个气象站依靠每日（两次）升空气象气球获取气象数据。

低层大气和高层大气的气象状况差异堪称云泥之别。海平面上可能风平浪静，但同一片海域上方5000多米的高层大气可能正在酝酿一场暴风雨。定期释放气象气球就是为了探测高层大气的变化。一个多世纪前，当时的气象学家只能根据地面观测，预测未来几小时内的天气；今天，借助气象气球，气象工作者已经可以预测几天后的天气状况。

这些气象预测的作用不仅仅是减少人们在上下班路上被雨淋的概率，高层大气数据对有可能发生的气象灾害（如龙卷风、雷暴或山洪）的预警也起着重要作用。在气象气球的帮助下，有关单位可以在这些灾害发生的数小时前向灾区调度物资和救援人员。

能探测太阳风、小行星尘埃和宇宙射线

美国宇航局于2021年5月-6月放飞了6个气象气球，让它们升到地表以上100～500千米的高层大气，那里是地球大气接触太空的区域。太阳发出的太阳风（连续带电粒子流）掠过地球，并绵延60多亿千米。太阳风的突然爆发会在地球上引发美丽的极光，但也会破坏无线电传输和GPS信号，威胁卫星安全，影响地面电网的正常工作。

大部分太阳风粒子的移动速度很慢，即便是最快的太阳风粒子也会因为地球磁场的偏转作用而偏离地球表面。地球磁场相当于一个屏障，阻止太阳风中的带电粒子撞击地球。然而，虽然大部分地磁场是闭合的，但也有少数开放的区域，这就为太阳风粒子到达地球表面提供了通道。通过气象气球，科学家可以观测太阳风粒子如何进入地球磁场，以此找到地球磁场的外边界。

美国宇航局也经常使用气象气球进行近太空实验：在流星雨期间，气象气球可以收集经过地球附近的小行星散落的尘埃；一些气象气球还能用于探测宇宙射线。

放飞140万个气球，后果很严重

气象气球的放飞数量和频率被严格限制，这是因为无限制地放飞气球会造成麻烦。1986年，美国俄亥俄州克利夫兰市举办了一场盛况空前的气球放飞活动。140万个各色气球在周围人群兴奋无比的高喊声和欢呼声中被放飞。

许多气球乘风飞到了很远的地方。受气球影响，柏克湖畔机场的一条跑道被迫关闭半小时。多条公路也因为气球而发生车祸——一些司机呆呆地盯着天上难得一见的壮观景象，视线离开了路面……还有一些气球飘到了马场，导致马匹受惊吓四散奔逃，一些马因此受了伤。最可惜的是，气球放飞活动当天，两名渔民在伊利湖上失踪。虽然救援直升机及时发现了船只，但飞行员因视线受湖面气球干扰而无法及时发现渔民。几天后，人们才在岸边发现了两名渔民的尸体。