高空气象探测——灌球与观测.doc

单元标题：第四章 灌球与观测 球皮的分类与用途 第二节 气球升速的确定 教学时数：（2）学时，其中理论（2）学时，实验（0）学时，上机（0）学时，其他（0）学时： 教学目的与要求： 目的：了解探测球皮的分类与用途、讨论分析作用在气球表面的力、气球的上升速度、升速公式，确定气球升速的原理。 要求：掌握探测球皮的分类与用途，了解气球升速的确定原理与方法。 主要教学内容： 球皮的分类与用途、球皮的性能和选用方法、球皮使用与保管注意事项、作用在气球表面的力、气球的上升速度公式的讨论以及确定升速的方法。 教学重点与难点： 球皮的分类与用途、气球的上升速度、升速公式的讨论，确定升速的方法。 课后作业： 1、什么是总举力？什么是净举力？如何确定测风气球净举力？ 3、高空风观测方法以及球皮的分类如何？ 4、高空气象探测的分类，各类气球升速的要求 课后体会： 通过教学，同学们基本掌握了探测气球的种类和高空测风方法的分类，了解气球上升中所受到各种力的作用，掌握总举力、净举力的定义和确定气球升速的方法。但必须通过今后的实习进一步加深了解。 第四章 灌球与观测 第一节 球皮的分类与用途 气象球皮的分类 我们把尚未充气的气球称为球皮。 气象球皮分为两大类： 1、探空气球：该气球携带探空仪和回答器，可升至30Km的高度，与测风雷达配合进行探测。 探测时，除了把气球作为气流运动的示踪物，测定高空风随高度的分布情况外，还要将气球作为携带高空气象探测仪器升空的运载工具，探测高空温、压、湿随高度的分布情况。飞升时，具有一定的上升速度（400米/分左右），以保证探测仪器各感应元件的通风量，使探测到的温、压、湿结果具有一定的精确度。 2、测风气球：按探测手段又分为大球和小球。 大球：携带回答器的气球，可升至30Km的高度，升速为400米/分左右，与测风雷达配合进行探测，只能作为气流运动的示踪物测定高空风随高度的分布情况。 小球：充灌氢气后与测风经纬仪配合，不携带附加物升空（夜间观测携带灯笼和蜡烛），升速为200米/分钟，只作为气流运动的示踪物，测定高空风随高度的分布，探测高度受天气条件的限制。 二、球皮的性能和选用 性能：均由天然乳胶或合成橡胶制成，具有良好的弹性。 球皮质量判断方法： （1）形状：气球近似有圆形和椭圆形，相比之下椭圆形气球施放高度较高一些。 （2）弹性：可用手轻轻拭拉球皮，感觉柔软而松弛，说明气球质量较好，感觉弹性较差，则说明气球质量不太好。 （3）大小：从球咀到球顶的距离越大，说明气球较大，施放高度较高。 （4）均匀度：展开球皮，无大的绉折和明显的薄厚差别则较好。 三、球皮使用与保管注意事项 尽量避免球皮被风吹、日晒、雨淋。 保存时，应保留球皮内外的滑石粉，使用将其到掉抖净。 不得接触锋利或粗糙的物体。 勿与油类或酸类物质放在一起。 保存在温度为10℃—20℃之间、相对湿度为70%左右的环境中。 第二节 气球升速的确定 一、作用在气球表面的力 1、气球的总举力和净举力 总举力：气球所受到的浮力减去球内氢气的重量。 即： 总举力的大小还不能说明气球能否上升或上升速度的快慢，它只能说明气球充灌氢气后，能够携带多重的物体不下降（含气球的重量）。 为了表明气球能否上升以及上升速度的快慢，必须引入一个新的物理量“净举力”。通常用字母A表示，定义为：总举力减去球皮、绳重以及附加物的重量。 附加物：除球皮和扎球绳以外，气球携带的其它所有的升空物。 即： 式中：，为气球和扎球绳的重量，为附加物的重量。 净举力就是气球纯向上的力，对于同一个气球而言，净举力越大，上升速度越快，反之则反。 当球皮和附加物的重量一定时，净举力的大小是由灌氢量的多少和大气密度所决定的。灌氢量越多，净举力越大；大气密度越大，净举力越大。大气密度受气压和温度的影响，当气压一定时，气温越高，大气密度越小，反之越大；当大气温度一定时，气压越高，大气密度越大，反之越小。因此得出以下结论：一定体积的气球在附加物和重量一定的条件下，净举力的大小与气压和温度有关，气温越高或气压越低，净举力越小；气温越低或气压越高，净举力越大。 2、净举力随高度的变化 假设气球在上升过程中： (1)球内氢气量不变,即球皮不向外渗透氢气； (2)球内温度和气压与球外大气温度和气压相同，即球内外的温度和气压呈同步变化。 根据气体状态方程可知，气体的体积与密度呈反比关系，且气体密度的变化决定于气体气压和温度的大小。因此可得下式： 式中分别表示气球在高度为Z时的大气密度、球内氢气密度、气球体积，分别表示放球时的大气密度、球内氢气密度、气球体积。 可得： 式中、为常数。 将两式等号两边分别相减，