[发明专利]一种往返式气象探空气球

权利要求书

1.一种往返式气象探空气球，其特征在于，所述气象探空气球的构成包括探空气球(1)、太阳辐照强度仪(2)、臭氧浓度仪(3)、紫外探空仪(4)和定高球(6)；所述探空气球(1)和定高球(6)通过探空绳(5)并排连接，所述紫外探空仪(4)通过探空绳(5)与探空气球(1)、定高球(6)相连接，太阳辐照强度仪(2)、臭氧浓度仪(3)与紫外探空仪(4)固定连接；

所述探空气球(1)为搭载系统，其充入氢气作为浮升气体；

所述定高球(6)根据探测高度决定充气量，探空气球(1)根据载荷重量、升降速度充入相应量的气体；到达探测高度则定高球(6)爆炸，探空气球(1)携带紫外探空仪(4)从探测高度下降，返回地面，由于水平风的作用，完成了一定区域内的垂直水平大气廓线探测，形成闭合的大气参量探测廓线；

所述定高球(6)充气量的确定，根据理想气体方程公式：

其中，V_t1为初始氢气体积、T_t1为温度，P_t1为压强，且均为已知，可得到下一个时刻温度T_t2压强P_t2的气球体积V_t2，结合定高球(6)的出厂参数可以计算出定高球(6)的爆破高度，通过调节充气量控制定高球(6)的上升高度，到达探测高度定高球(6)爆炸，此时的充气量为定高球(6)爆破时充气量；

所述探空气球(1)充气量的确定，定高球(6)爆破后，当载荷重量大于所述探空气球(1)的承载能力，探空气球(1)逐渐开始下落，从而形成一个闭合的大气参量廓线的探测；为保证上升和下降过程探测参数的一致性，需要控制上升和下降过程速度一致，只需要控制上升和下降过程的加速度一致，忽略定高球(6)爆炸引起的氢气质量和球皮质量损失，由于两次过程系统质量相同，控制两个过程力的一致即可满足要求，需保证上升和下降过程探测参数的一致性：

B₁＝ρg(V₁+V₂) (3)

B₂＝ρgV₁ (4)

M＝m+m₁+m₂ (5)

m₁+m₂＝2m_q+m_s+f₁+f₂ (6)

f₁＝ρ_HV₁ (7)

f₂＝ρ_HV₂ (8)

其中，F₁、F₂为系统上升和下降过程中分别受到的外力，D为空气阻力，B₁、B₂为系统上升下降过程中分别受到的浮力，在此认为两个过程空气阻力大小一致，所述探空气球(1)是体积为V₁的圆形气球，ρ_H为球内氢气的密度，m₁为所述探空气球(1)的总质量，m_q为球皮的质量，m_s为所述探空绳(5)的质量，所述定高球(6)是体积为V₂的圆形气球，m₂为所述定高球(6)的总质量，m为载荷质量，ρ为空气密度，M为总质量，g为重力加速度；

B₁Mg，气球上升，通过控制充气量控制浮力B₁的大小，从而调节上升速度，通过控制所述定高球(6)的充气量控制爆破高度；

定高球(6)爆破，浮力B₂Mg，所述探空气球(1)下降，下降的速度由所述探空气球(1)的充气量调节，根据升空速度的限制，所述定高球(6)的充气量确定后，根据式(2)-(8)即可确定探空气球(1)的充气量。

2.根据如权利要求1所述的一种往返式气象探空气球，其特征在于，所述紫外探空仪(4)的构成包括温度传感器、湿度传感器、紫外强度传感器，结合北斗卫星数据，紫外探空仪(4)得到所述气象探空气球的高度、温度、湿度、气压、风速、风向、经纬度。