一種基于系留氣球探空儀的大氣逆溫層探測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于氣象科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于系留氣球探空儀的大氣 逆溫層探測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，我國霧霾和南方凍雨覆冰天氣頻繁出現(xiàn)。霧霾發(fā)生時，空氣中的可吸入有 害顆粒物含量急劇增加，戶外能見度也往往很低，對人類健康和日常出行、交通秩序帶來嚴 重威脅。凍雨覆冰時，公路和鐵路結(jié)冰，大雪封山，戶外電網(wǎng)和通信設(shè)施壓垮，嚴重影響著人 民正常生產(chǎn)生活。目前，國內(nèi)專家和學(xué)者對導(dǎo)致霧霾和凍雨覆冰的成因進行了深入研宄，結(jié) 果表明：大氣逆溫層的出現(xiàn)是導(dǎo)致以上兩種天氣災(zāi)害出現(xiàn)的共同且必要的因素。正常情況 下，環(huán)境溫度隨海拔高度的增加而降低（海拔每升高loom，溫度降低約0. 6°C )，空氣對流頻 繁；但當(dāng)北方出現(xiàn)冷空氣團并不斷南下，同時南方的暖濕氣流不斷北上，冷空氣與暖濕空氣 交匯時，暖空氣團向上爬升而冷氣團不斷下沉，從而出現(xiàn)氣溫隨高度增加而連續(xù)升高的"逆 溫"現(xiàn)象，對應(yīng)的大氣層稱為逆溫層。
[0003] 逆溫層出現(xiàn)時，暖而輕的空氣位于較冷而重的空氣上面，就像一個"鍋蓋"籠罩在 上空，阻礙了空氣的對流運動，致使近地面空氣中的煙氣、粉塵等各種有害顆粒物"上天無 路，入地?zé)o門"，只有飄浮在近地面的大氣層中而形成霧霾天氣。當(dāng)逆溫層出現(xiàn)在冬季時，若 此時恰逢高空出現(xiàn)降雨且地面溫度低于零，就會形成凍雨覆冰天氣。
[0004] 綜上所述，大氣逆溫層的出現(xiàn)是導(dǎo)致霧霾和凍雨覆冰的必要條件。因此開展對高 空大氣溫度的探測，找出環(huán)境溫度隨海拔高度的增加是否存在逆溫現(xiàn)象，是準(zhǔn)確預(yù)報霧霾 和凍雨覆冰天氣是否出現(xiàn)的先決條件。目前，利用傳統(tǒng)探空儀進行大氣溫度探測時，往往沒 有考慮風(fēng)速的影響且單憑經(jīng)驗對探空氣球進行充氣，導(dǎo)致氣球升力不夠而無法達到預(yù)定高 度，特別的，探空氣球只能一次性測量，其測量值也只能代表某大氣層內(nèi)的平均值。因此，急 需提出一種穩(wěn)定可靠、簡單便捷，并可多次連續(xù)的對大氣逆溫層進行探測的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有大氣逆溫層探測方法存在的缺陷，提出一 種基于系留氣球探空儀的大氣逆溫層探測方法。使用該方法可以方便快捷、實時穩(wěn)定的對 戶外特定區(qū)域的大氣環(huán)境溫度垂直分布特征進行可靠探測，并通過繪制環(huán)境溫度隨海拔高 度的變化曲線，找出所探測區(qū)域高空大氣是否存在逆溫層及逆溫層的范圍，為霧霾、凍雨覆 冰等自然災(zāi)害的發(fā)生和發(fā)展提供最直接和快速的判定依據(jù)。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：一種基于系留氣球探空儀的大氣逆溫層探測方法，所 采用的探測系統(tǒng)由地面設(shè)備和高空設(shè)備組成，地面設(shè)備包括接收天線、接收機和自動收放 線絞磨；高空設(shè)備包括探空儀和運載探空儀的探空氣球；自動收放線絞磨的系留繩將地面 設(shè)備和高空設(shè)備連在一起；探空氣球充氣體積V滿足下述關(guān)系：
[0008] 其中，h為探空儀要達到的高度；1為自動收放線絞磨上的系留繩長度；P為探空 氣球所充氣體的浮力量，氫氣取I. 203kg/m3,氦氣取I. 112kg/m3;M為充氣后氣球和探空儀 的總重量；g為重力加速度；V為風(fēng)速；
【主權(quán)項】
1. 一種基于系留氣球探空儀的大氣逆溫層探測方法，其特征在于： 所采用的探測系統(tǒng)由地面設(shè)備和高空設(shè)備組成，地面設(shè)備包括接收天線、接收機和自 動收放線絞磨；高空設(shè)備包括探空儀和運載探空儀的探空氣球；自動收放線絞磨的系留繩 將地面設(shè)備和高空設(shè)備連在一起； 探空氣球充氣體積V滿足下述關(guān)系：
其中，h為探空儀要達到的高度；1為自動收放線絞磨上的系留繩長度；P為探空氣球 所充氣體的浮力量，氫氣取1. 203kg/m3,氦氣取1. 112kg/m3;M為充氣后氣球和探空儀的總 重量；g為重力加速度；v為風(fēng)速； 釋放系留氣球探空儀，進行大氣逆溫層探測，探空儀將探測到的大氣溫濕度、探空儀經(jīng) 煒度和海拔高度數(shù)據(jù)發(fā)射至地面接收天線，經(jīng)接收機處理后輸入計算機進行分析處理，并 繪制溫濕度隨海拔高度變化的曲線和探空儀飛行軌跡曲線； 若在探測過程中，出現(xiàn)了大氣溫度隨海拔增加連續(xù)升高的逆溫現(xiàn)象，做出有逆溫層的 判斷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于系留氣球探空儀的大氣逆溫層探測方法，其特征在于： 所述探空儀包括快響應(yīng)熱敏電阻溫濕度傳感器、GPS定位器、數(shù)據(jù)采集和傳輸模塊、發(fā)射天 線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于系留氣球探空儀的大氣逆溫層探測方法，其特征在 于：所述自動收放線絞磨的轉(zhuǎn)速設(shè)置由計算機控制實現(xiàn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于系留氣球探空儀的大氣逆溫層探測方法，其特征在于： 探空儀每隔1秒鐘將探測到的大氣溫濕度、探空儀經(jīng)煒度和海拔高度數(shù)據(jù)發(fā)射至地面接收 天線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的基于系留氣球探空儀的大氣逆溫層探測方法，其特征 在于：最后計算逆溫層厚度、面積和范圍。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的基于系留氣球探空儀的大氣逆溫層探測方法，其特征 在于：結(jié)合相關(guān)部門預(yù)報的地面溫度、降雨和空氣中可吸入大氣污染物含量數(shù)據(jù)，做出有無 霧霾、凍雨覆冰天氣出現(xiàn)的判斷。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于系留氣球探空儀的大氣逆溫層探測方法，其特征在于： 若判定所探測區(qū)域存在逆溫層，且氣象部門預(yù)報有降雨且地面氣溫低于〇°C，作出有凍雨覆 冰天氣出現(xiàn)的判斷；若判定所探測區(qū)域存在逆溫層，且環(huán)保部門公布空氣中可吸入大氣污 染物含量多75yg/m3,則做出有霧霾天氣出現(xiàn)的判斷。
8. -種基于系留氣球探空儀的大氣逆溫層探測系統(tǒng)，其特征在于： 該系統(tǒng)由地面設(shè)備和高空設(shè)備組成，地面設(shè)備包括依次連接的接收天線、接收機和計 算機，以及自動收放線絞磨；高空設(shè)備包括探空儀和運載探空儀的探空氣球；自動收放線 絞磨的系留繩將地面設(shè)備和高空設(shè)備連在一起； 探空氣球充氣體積V滿足下述關(guān)系： L/1N丄 汐Od丄 ,、 IJ-^ 6 '八
其中，h為探空儀要達到的高度；1為自動收放線絞磨上的系留繩長度；P為探空氣球 所充氣體的浮力量，氫氣取1. 203kg/m3,氦氣取1. 112kg/m3;M為充氣后氣球和探空儀的總 重量；g為重力加速度；v為風(fēng)速。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于系留氣球探空儀的大氣逆溫層探測方法，所采用的探測系統(tǒng)由地面設(shè)備和高空設(shè)備組成，地面設(shè)備包括接收天線、接收機和自動收放線絞磨；高空設(shè)備包括探空儀和運載探空儀的探空氣球；自動收放線絞磨的系留繩將地面設(shè)備和高空設(shè)備連在一起；釋放系留氣球探空儀，進行大氣逆溫層探測，探空儀將探測到的數(shù)據(jù)發(fā)射至地面接收天線，經(jīng)接收機處理后輸入計算機進行分析處理；若在探測過程中，出現(xiàn)了大氣溫度隨海拔增加連續(xù)升高的逆溫現(xiàn)象，做出有逆溫層的判斷。使用該方法可以方便快捷、實時穩(wěn)定的對戶外特定區(qū)域的大氣環(huán)境溫度垂直分布特征進行可靠探測，找出所探測區(qū)域高空大氣是否存在逆溫層及逆溫層的范圍。
【IPC分類】G01W1-08
【公開號】CN104698510
【申請?zhí)枴緾N201510160960
【發(fā)明人】蔣正龍, 陸佳政, 趙純, 李波, 胡建平, 張紅先, 吳偉, 方針
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)湖南省電力公司, 國網(wǎng)湖南省電力公司防災(zāi)減災(zāi)中心
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年4月7日