[发明专利]一种基于系留气球探空仪的大气逆温层探测方法

说明书

技术领域

本发明属于气象科学与工程技术领域，尤其涉及一种基于系留气球探空仪的大气逆温层探测方法。

背景技术

近年来，我国雾霾和南方冻雨覆冰天气频繁出现。雾霾发生时，空气中的可吸入有害颗粒物含量急剧增加，户外能见度也往往很低，对人类健康和日常出行、交通秩序带来严重威胁。冻雨覆冰时，公路和铁路结冰，大雪封山，户外电网和通信设施压垮，严重影响着人民正常生产生活。目前，国内专家和学者对导致雾霾和冻雨覆冰的成因进行了深入研究，结果表明：大气逆温层的出现是导致以上两种天气灾害出现的共同且必要的因素。正常情况下，环境温度随海拔高度的增加而降低(海拔每升高100m，温度降低约0.6℃)，空气对流频繁；但当北方出现冷空气团并不断南下，同时南方的暖湿气流不断北上，冷空气与暖湿空气交汇时，暖空气团向上爬升而冷气团不断下沉，从而出现气温随高度增加而连续升高的“逆温”现象，对应的大气层称为逆温层。

逆温层出现时，暖而轻的空气位于较冷而重的空气上面，就像一个“锅盖”笼罩在上空，阻碍了空气的对流运动，致使近地面空气中的烟气、粉尘等各种有害颗粒物“上天无路，入地无门”，只有飘浮在近地面的大气层中而形成雾霾天气。当逆温层出现在冬季时，若此时恰逢高空出现降雨且地面温度低于零，就会形成冻雨覆冰天气。

综上所述，大气逆温层的出现是导致雾霾和冻雨覆冰的必要条件。因此开展对高空大气温度的探测，找出环境温度随海拔高度的增加是否存在逆温现象，是准确预报雾霾和冻雨覆冰天气是否出现的先决条件。目前，利用传统探空仪进行大气温度探测时，往往没有考虑风速的影响且单凭经验对探空气球进行充气，导致气球升力不够而无法达到预定高度，特别的，探空气球只能一次性测量，其测量值也只能代表某大气层内的平均值。因此，急需提出一种稳定可靠、简单便捷，并可多次连续的对大气逆温层进行探测的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有大气逆温层探测方法存在的缺陷，提出一种基于系留气球探空仪的大气逆温层探测方法。使用该方法可以方便快捷、实时稳定的对户外特定区域的大气环境温度垂直分布特征进行可靠探测，并通过绘制环境温度随海拔高度的变化曲线，找出所探测区域高空大气是否存在逆温层及逆温层的范围，为雾霾、冻雨覆冰等自然灾害的发生和发展提供最直接和快速的判定依据。

本发明的技术解决方案为：一种基于系留气球探空仪的大气逆温层探测方法，所采用的探测系统由地面设备和高空设备组成，地面设备包括接收天线、接收机和自动收放线绞磨；高空设备包括探空仪和运载探空仪的探空气球；自动收放线绞磨的系留绳将地面设备和高空设备连在一起；探空气球充气体积V满足下述关系：

tan[arcsinhl]=(ρV-M)g1.511v2V23]]>

其中，h为探空仪要达到的高度；l为自动收放线绞磨上的系留绳长度；ρ为探空气球所充气体的浮力量,氢气取1.203kg/m³，氦气取1.112kg/m³；M为充气后气球和探空仪的总重量；g为重力加速度；v为风速；

释放系留气球探空仪，进行大气逆温层探测，探空仪将探测到的大气温湿度、探空仪经纬度和海拔高度数据发射至地面接收天线，经接收机处理后输入计算机进行分析处理，并绘制温湿度随海拔高度变化的曲线和探空仪飞行轨迹曲线；

若在探测过程中，出现了大气温度随海拔增加连续升高的逆温现象，做出有逆温层的判断。

所述探空仪包括快响应热敏电阻温湿度传感器、GPS定位器、数据采集和传输模块、发射天线。

所述自动收放线绞磨的转速设置由计算机控制实现。

优选探空仪每隔1秒钟将探测到的大气温湿度、探空仪经纬度和海拔高度数据发射至地面接收天线。