世界观点：科学汇｜“流浪气球”漂洋过海引关注！知识点来了：什么是“西风带”？

钱江晚报·小时新闻记者 郑琳

最近，一只气球成了“网红”。这只气球因为不可控因素漂洋过海“飞”到了美国。

(相关资料图)

它是一个民用探空气球，是做气象研究的。

这只“流浪气球”到底有什么奇特？为什么能飞得那么高、那么远？是什么把它带到了大洋彼岸呢？本期，我们邀请浙江师范大学地理与环境学院副院长贾佳教授，为同学们揭开气象气球背后的科学。

全球有1300个探空气象站，每天放气球

这次飞跃太平洋来到美国的“流浪气球”，其实就是一只气象探空气球。

目前，全球有11000多个地面气象站和近1300个探空气象站，它们每天都要释放探空气球。

位于我国长春的长春市国家基准气候站就是其中之一，这是一个获得“世界气象组织（WMO）百年气象站”称号的老字号，每天都会放飞两只探空气球。

什么是探空气球呢？它们是充了氦气的气球，底部带有无线电探空仪。

大家可以从新闻图片中看到，飞到美国的这个气球底部有太阳能板，那是给无线电探空仪供电用的。

当探空气球升空，就犹如一个听诊器，从低空到高空进行逐层扫描，从而获得空中各个层次的气象信息。例如气压、湿度、风向、风速等。

从气球离开气象观测员手中的那一刻起，雷达就开始实时跟踪气球，每秒钟收集一次数据，并将这些数据实时传递回来。

每次放飞探空气球综合成本约1000元，全年需要约70万元费用。“通常的探空气球是7-10立方米，它们不会飘很远，因为探空气球飞到高空后就会爆掉。”贾教授告诉记者。

“这是因为高空的空气稀薄，气压低，而气球内部气压大。”贾教授说，“但是我国制造这种探空气球的技术还是很先进的，有些大质量探空气球可以飞到50-60公里的高度，进入平流层也依然不爆炸。之后就会在西风带的影响下，被输送到别的国家。”

因为探空气球飞得特别高，这个高度连飞机都达不到。

大部分的气象气球在高空会自爆，它们的残骸会顺着气流方向下落，但是人们不用担心被砸到，因为它们大多落在人烟稀少的野外。这些气球也不会被气象部门回收。

探空气球对平流层的持续观测在全球天气和气候研究中有关键的作用。臭氧层也处于平流层，与臭氧损耗相关的ODS物质的观测，大气低层火山和工业污染物也会进入平流层。

除了这些常规的气象探空以外，探空气球还发展出了其他的种类，例如浮空艇，这类气球在升空后通过缆绳“拴住”，调整缆绳长度可以控制它的升空高度，它可以携带多种探测仪器。我国科学家在南极、北极和青藏高原上都进行过相关的观测实验。2022年“巅峰使命”珠峰科考中，我国科学家用浮空艇完成10次升空大气科学观测，最高升空至9050米，创造了浮空艇原位大气科学观测的世界纪录。

知识点来了：西风带是怎么形成的

同学们可能在新闻中看到了“西风带”这个词。

中国外交部发言人在2月3日称，这个气球“受西风带影响，且自身控制能力有限，严重偏离预定航线。”

那么，西风带是什么？为什么我们的上空刮的是西风呢？

这就要说到地球的“三圈环流”了。大家在中学地理课上应该学到过，大气运动是有规律的，全球性有规律的大气运动就叫“大气环流”。

“因为不同纬度的地区，受到的太阳辐射是不同的，所以高低纬度之间，太阳辐射产生的热量差异会驱使大气不停地运动。”贾教授说。

具体地说，赤道地区气温高，在地表附近的气压低，高空的气压高；而极地气温低，地表附近的气压高，高空的气压低。这样一来，在没有其他因素影响的情况下，大气会在赤道和极地之间形成一个“单圈环流”。

但是，这个环流还会受到地球自转的影响，风向会被“带偏”。

以北半球为例，从赤道往北的南风会逐渐向右偏转成西南风。来自赤道的上空的气流，会在北纬30度附近的上空不断堆积、下沉，于是在北纬30度附近的近地面就形成了“副热带高压带”。这里的气流又会向南和向北流动。向南流回赤道的气流在地球自转影响下，就偏转成了东北风。所以，在北纬30度和赤道之间，有一个“东北信风”带。但是北纬30度到60度之间的中纬度地区，会形成西风带。而在极地到高纬度地区又会形成一个东风带，就叫“极地东风”。

于是整个地球就形成了“三圈环流”：在低纬度和高纬度地区，是东风带，而在中纬度地区是西风带。

“我国大部分地区是在中纬度地区，因此我国处于西风环流影响区，探空气球会在这个西风带影响下，往东飘。”贾教授说。

从热气球到气象卫星，科研手段在提升

在人类历史的长河中，对高层大气的探索，向来是一道难题。如何把探索者送上高空？

1783年，法国造纸商孟格菲兄弟发明了热气球。当年，他们为法国国王路易十六和宫廷大臣们进行了热气球飞行表演，引起巨大轰动。他们还进行了首次载人飞行试验，操作热气球飞行25分钟，跨过半个巴黎降落。从此人类可以摆脱地心引力，向天空飞去。但是，很长一段时间内，人类无法飞得比鸟高，因为随着高度上升，温度也急剧下降，乘着热气球上天的人无法承受严寒。

19世纪末期，科学家发明了新的探空气球，这种探空气球可充氢气、氦气、氨气或者甲烷。这个探空气球携带仪器上升，上升过程中，仪器自动记录大气温度、气压、湿度等参数，上升到最高点之后会因为漏气而下降。科学家将气球回收，就有了完整的大气状况数据记录。

有了探空气球技术，气象学家再也不需要冒着生命危险去探测高层大气了。1902年，科学家发现了一个全新的大气层次，在这里，温度并不随高度降低，而是持续随高度升高，1908年，法国科学家波尔把这个大气层次称作平流层，而底下的层次则称作对流层。平流层的发现，被誉为气象史上最惊人的伟大发现。

随着科技的飞速进步，人们对大气层也有了更多的探测手段。现在气象卫星已经成为大气探测的主力军，我国的风云系列、美国的NOAA系列、GOES系列、俄罗斯的“流星”和“电子”系列、日本的GMS和向日葵系列、欧洲的MTG和MetOp系列等都在各国和区域天气预报与防灾减灾中发挥着最重要的作用。

然而，探空气球的探测依然必不可少，因为探空气球有卫星观测无法替代的优点，探空气球是真实的实地的观测，代表了最真实的大气状况。

在未来很长的时间里，探空气球还是对大气探测的主要手段之一，所以走丢几个气球的概率不低，也会有从天而降的探空仪器。当大家看到天上有“UFO”的时候，首先想一想，它会不会是一个探空气球。

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