温湿度传感器和气压传感器在气象探空仪中的应用

　　我国是世界上遭受自然灾害影响严重的国家之一。为提高气象预报精度，探空气球被广泛用于我国各类低空探空监测工作中。其实，作为一种常见的气象数据收集工具，探空气球也是目前国际上公认最为理想的低空探空器材。探空仪主要由末端携带的高空气象探测系统发挥作用，通过气压传感器、温度传感器、湿度传感器等一系列精密的传感器电子元件，可探测出包括大气中各高度上的气压、温度、湿度等气象要素的变化。

探空气球及携带的探空仪，资料图

　　我国新型探空火箭研发

　　2016年5月，为掌握海上灾害性天气的发生和发展过程，提高海洋气象灾害的预报精度，中国科学院大气物理研究所无人艇研发团队成功研制了一款基于自控驾驶的半潜式海洋气象观测专用无人艇。

　　该艇是一种自动驾驶的水面机器人，是世界上首艘可以发射探空火箭的无人艇。基于卫星定位导航和艇载姿态传感器等信息，该艇可实现自动部署、自动观测、自动发射探空火箭和自动传输观测数据等功能。

我国半潜式无人船火箭探空示意图，资料图

　　该艇可通过发射探空火箭，将下投式探空仪发射至指定高度，在探空仪下落过程中对中下对流层进行高精度的探测。通过探空仪携带的各类传感器元件，可准确获取海洋边界层内高垂直分辨的温度、湿度、气压、风速和风向廓线。

　　探空气球的工作原理

　　那么，探空气球究竟是什么东西呢？简单来说，作为一个载体，气球携带探空仪升空，在上升过程中，探空仪测定不同高度和经纬度的温度、气压、空气湿度等气象数据，并将其通过无线电信号发回地面。具体来说，探空仪设备上的绿色部分为探空仪采集板，连接采集板的是探臂，在探臂和采集板上共有温度、气压、湿度三个传感器。

　　在我国，目前有120个气象探空站，每天都会进行两次探空气球的放飞。收集到的数据不仅用于我国的气象预报业务，还用于国际气象数据交换。这也意味着，每天我国至少需要使用240个探空仪，每年需要至少8.76万个。

探空仪采集板上搭载有温度、湿度、气压三个传感器，资料图

　　探空仪中的传感器原理与制造

　　总的来说，气象高空探空仪，由对温度、气压、湿度反应灵敏的传感器感应元件及转换电路组成。其中，传感器元件的电参量随着空气中的温度、气压、湿度的变化而变化。而转换电路则对变化的电参量进行采集、编码而形成探空数字信号，并通过探空仪发射机发回地面，雷达把探空数据接收下来，就得到空中不同高度的温度、气压和湿度3个气象要素的资料了。

　　在探空仪制造过程中，从出厂到升空，需要对仪器进行性能测试。比如，通过压缩机和真空泵，改变箱体的温度和压力，模拟大气压，来对气压传感器准确性进行测试；利用恒温槽进行制冷循环，模拟出气温变化，从而对温度传感器的性能进行测试；还会将湿度传感器放入温湿度检测箱，对其进行检定和校准。此外，还会对探空仪进行无线电信号测试，以检测数据信号能否准确发射。