高空風觀測
正文
氣球法測風是把氣球看作隨氣流移動的質點，用儀器測量氣球相對於觀測點的角坐標、斜距或高度，確定它的空間位置和軌跡；根據氣球在某時段內位置的變化,就可以簡易地算出它的水平位移,從而求出相應大氣層中的平均水平風向、風速。在氣球的上升過程中，可測得它所經各高度上的風向、風速。1809年英國J.沃利斯和T.福雷斯特首創測風氣球觀測高空風。氣球法測風常用光學經緯儀、無線電經緯儀、一次雷達和二次雷達，以及導航系統等。光學經緯儀測風 有單經緯儀測風和雙經緯儀測風兩種。單經緯儀只能測定氣球的角坐標（方位、仰角）。氣球高度一是根據氣球升速（決定於氣球淨舉力、氣球大圓周長和地面空氣密度）和升空歷經的時間來確定。但由於大氣湍流、鉛直氣流速度和空氣密度隨高度變化等因素對氣球升速的影響，這種方法確定的高度誤差大，測風精度低，一般只在數千米高度以下使用。二是根據無線電探空儀測得的氣壓、溫度和濕度資料，通過計算推得高度。這種方法測風精度較高。用雙經緯儀測風，是根據位於選定基線兩端的兩個經緯儀同步觀測獲得的角坐標值，通過幾何圖解或計算，得出各高度上的平均風向、風速。
光學經緯儀測風一般只適用於能見度好的少雲晴天，夜間必須在氣球上掛燈籠或其他可見光源，陰雨天氣則只能在可見氣球的高度內測風。
無線電經緯儀測風 它是利用無線電定向原理，跟蹤氣球攜帶的探空發射機信號，測得角坐標數據。氣球所在的高度則由無線電探空儀測量的溫、壓、濕值算出。因此無線電經緯儀測風適用於全天候，但當氣球低於無線電經緯儀最低工作仰角時，測風精度迅速降低。
雷達測風 一次雷達測風是雷達跟蹤氣球攜帶的無源反射靶，接收反射靶的反射信號來實現定位並計算風向、風速。二次雷達測風是跟蹤氣球攜帶的工作於應答狀態的探空發射機信號來實現定位的。此法可以獲取角坐標和斜距數據，從而計算出高空風，無需依賴無線電探空儀探測的溫、壓、濕數據計算氣球高度。二次雷達測風當氣球低於雷達最低工作仰角時，要放棄仰角數據。此外，氣象都卜勒雷達更可測量雲中流場的細微結構。
導航測風 利用導航系統來測定風。氣球攜帶微型導航接收機，檢出導航信號，並調製探空發射機將信號轉發到地面而被接收，根據這些信號，可確定氣球的軌跡,並計算出各相應高度上的風速和風向。如圖所示,任意甲、乙兩個導航台的導航信號在空間某點被接收時存在時間差，對應不同的等時間差，構成空間一組雙曲線族（實線）；同理甲、丙兩個導航台的導航信號，在空間任意點接收到的等時間差，也在空間形成另一組雙曲線族（虛線）。氣球在空間某點測得甲、乙兩台的時間差，可以確定它位於一根相對應的雙曲線l1上。同時測得甲、丙兩台的時間差後，也可以找到位於另一根相對應的雙曲線l2。l1和l2兩根雙曲線的交點P，便是氣球的地理位置。根據各時段氣球理地位置的水平位移即可計算出高空的風速和風向。至於氣球的高度則由氣球上的無線電探空儀測定。船舶和飛機等活動觀測平台通常使用導航測風。 從20世紀60年代開始,氣象衛星探測的高空風場(見衛星測風)，為觀測站稀少地區提供了資料。
