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牧师

为什么气象气球不能永久留在大气中?

我读了关于气象气球的文章，文章说气象气球飞行通常持续两个小时左右。当我查到原因时，一些文章说，当气球在大气中飞得足够高时，气球会从低压中爆裂，导致气球内的氢或氦膨胀，直到气球爆裂。

我的问题是:如果气象气球总是在达到一定高度时爆开，为什么他们不确保气球携带的有效载荷太重，以至于气球无法达到那个高度(或者放更少的氢气)。如果这些气球被气象学家之类的人使用，把气球留在空中，而不是不断地放新的气球，不是更便宜吗?

回答

这有几个原因。其中之一就是空中交通问题。大气中对天气有兴趣的部分(即对流层[1]和平流层下层[2])也恰好是几乎所有飞机飞行的地方。这就是为什么当气球操作发生时，会通知空中交通管制，并发出NOTAMs(飞行员通知或美国现在称之为空中任务通知)。对于正常的气球发射来说，气球只会在有潜在危险的高度停留几分钟(在空中交通密度最大的高度只会停留几分钟)，所以在发射周围规划空中交通并不是太大的问题。然而，如果气球一直停留在它收集有用信息的高度，它也会一直对空中交通构成威胁。另一个原因，正如其他答案所提到的，是气象气球发射的目的是收集从表面到平流层至少较低部分的“所有”高度的数据，而不仅仅是一个高度。所以，气球的飞行主要由爬升阶段组成，然后终止是一个特征，而不是一个错误。气球上的无线电探空仪收集所有高度的环境温度、露点、气压、风速和风向等数据。这些资料可协助气象学家确定各种有用的资料，例如雨量预报、雷暴发展的可能性、预计地面会出现什么类型的降水(如有)，以及高空(航空天气预报)锋面通过时不同气团的深度、高空风、急流的位置、方向和震级等。 The data collected by the radiosonde looks like this: [![Radiosonde data from weather balloon][3]][3] Recent Radiosonde data from NWS weather balloon launched from Nashville, TN. Units on the left are air pressure in millibars (with kilometers altitude in red.) Source: [National Weather Service][5] Additionally, balloons are subject to wind. _A lot_ of wind. Making them stay put in one spot relative to the ground is not so easy, especially in the portions of the atmosphere that are interesting for weather observations, which usually have non-trivial winds aloft, even when the wind is mostly calm at the surface. As seen in the radiosonde data in the picture above, winds aloft were measured up to about 118 knots (136 mph or 219 km/h) in this particular launch. According to the U.S. National Weather Service, even its normal balloon launches [can drift as much as 125 miles (200 km)][4] during flight. If you just let the balloons free-float indefinitely, then they won't stay where you want them for long, at least not in the interesting parts of the atmosphere. In order to produce reliable, comparable records, the balloons need to be launched at the specified times from the same positions on the ground. Of course, you can tether balloons to the ground in order to make them stay in a mostly-fixed position, but tethers long enough to reach up to 20 km / 65,000 ft or so are not exactly practical and would also greatly magnify the risk posed to air traffic. [1]: https://en.wikipedia.org/wiki/Troposphere [2]: https://en.wikipedia.org/wiki/Stratosphere [3]: https://i.stack.imgur.com/zpyRC.png [4]: https://www.weather.gov/bmx/kidscorner_weatherballoons [5]: https://www.spc.noaa.gov/exper/soundings/

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