气象气球功能规格需求书

气象气球功能规格需求书中国气象局2010年4月目录1前言.................................................11.1目的.........................................................11.2编制依据.....................................................12组成结构.............................................22.1概述.........................................................22.2主要特性.....................................................22.3生产工艺流程.................................................32.4工作原理.....................................................33功能要求.............................................53.1类型.........................................................53.2业务升空高度.................................................53.3环境适应性要求...............................................64性能要求.............................................64.1材料.........................................................64.2颜色.........................................................64.3外观.........................................................64.4规格尺寸.....................................................74.5理化性能.....................................................84.6标志和代号...................................................94.7包装.........................................................94.8装箱........................................................104.9运输和贮存..................................................105检验要求............................................105.1检验规则....................................................105.2检查项目....................................................105.3抽样........................................................115.4包装检验....................................................125.5周期检验....................................................125.6贮存试验....................................................135.7试验方法....................................................13附录1：.........................................................14附录2：.........................................................15附录3：.........................................................16附录4：.........................................................17附录5：.........................................................19附录6：.........................................................23附录7：.........................................................2511前言1.1目的高空气象探测是综合气象观测系统的重要组成部分，是现代化的数值天气预报制作所需的原始资料的重要来源之一，也是气候变化研究、预测、气候资源开发利用的基础。气象气球是携带高空气象探测仪器升空，是综合气象观测系统中的高空气象探测设备，是高空气象探测的有效载体之一。本功能规格需求书规范了气象气球的组成结构、功能要求、性能要求和检验要求等。为满足现有高空气象探测业务要求，任何生产厂家生产的气象气球，应以此功能规格需求书的要求组织研发、生产气象气球，由中国气象局组织统一考核，才能进入气象技术装备列装。本功能规格需求书由中国气象局综合观测司委托中国气象局气象探测中心编写，中国气象局综合观测司发布执行。本功能规格需求书的修改权、解释权属于中国气象局。1.2编制依据现代气象业务对综合气象观测提出了更高的要求，本功能规格需求书参考国内外气象气球高空气象探测业务要求和探测技术发展情况，以及国内试验考核、台站施放的基础上，以下列文件资料为依据进行编写的：1.WMOCIMO气象仪器和观测方法指南（第六版）2.中国气象局高空气象观测规范3.GJB1961-1994新系列气象气球规范4.GJB987A-1998气象气球试验方法5.GB/T2828.1-2003计数抽样检验程序（第1部分）6.GB/T528-2009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定7.GB/T2941-2006橡胶物理试验方法试样制备和调节通用程序22组成结构2.1概述我国生产的气象气球是由优质的天然橡胶胶乳为主和适当的配合剂制造而成的胶乳气球。天然胶乳气球的球型比较好，而且球皮更韧一些，可以做得比较薄，受温度的影响也要小一些，但在高空中易受臭氧和紫外线辐射的影响，而且保存期较短。气球在生产过程中加入配合剂后，可以提高气球的保存期、伸长率，减小在贮存和飞行期间受低温、臭氧和紫外线辐射的影响。胶乳气球具有投资少、周期短、见效快，成本低等特点，使用中相对载重大、施放简便、飞行时间较长、携带仪器姿态稳定，施放不受地域和气候因素影响、灵活性较高等优点，在许多气象、航空和空间科学技术较发达的国家里，把胶乳气球作为研究大气、发展气象、航空、宇宙飞行技术和进行空间科学研究的重要而不可缺少的运载工具。美国、日本等国家从未停止过对胶乳气象气球的研究、生产和应用工作。气象气球的主要生产方法包括离子沉积法和注模回转成型法。美苏采用前者，日本采用后者。我国目前主要采用离子沉积法,因为其工艺成熟,产品质量比较稳定,注模回转成型法目前还处于研制（生产定型）阶段。2.2主要特性气象气球作为常规高空气象探测的运载工具，要求在一定的负重和充气量的前提下，升空高度要尽可能的高。因此，它的主要特性要求如下：（1）几何形状要好。为了减少气象气球（尤其是探空气球）上升过程的空气阻力及气流影响，气球的几何形状要求近似于流线型，探空气球不能是正圆形或者椭圆形。对探空气球来说，球柄还必须能承受200N的拉力而不致损坏，为了减小球柄被扯断的可能性，要使球皮的厚度向球柄方向逐渐增加。（2）球皮要均匀平整。厚度突然变薄的地方就是容易出问题之处，因此，气象气球的外观检查和厚度测定尤其重要，气球不能有影响均匀膨胀的厚薄不均、气泡、杂质等，更不允许有孔洞、裂口、油污、长划痕等严重缺陷的出现。（3）耐寒性能要好。气象气球在升空过程中要经过低于-80℃的高寒区，气3球在此区域的膨胀性能决定了气球的最终施放高度，气球在低温下的伸长率愈高，膨胀倍数愈大则气球的升空高度就会愈高。因此，要在胶乳气球的生产中加入柔软剂，使气球在对流层顶附近遇到低温时球皮不会冻结变硬，以提高气球在低温下的伸长率和爆破直径，从而提高气球升空高度。（4）耐辐射老化和臭氧老化性能要强。气象气球是在臭氧浓度较高的情况下使用，距地面20000～28000米处臭氧浓度达到最大值,而且紫外线的强烈辐射会引起胶膜的龟裂,太阳光较长时间的曝晒也加速球膜的老化,而气球在升空过程中随大气的密度的减小而膨胀,升到30000米左右其直径要膨胀到原来的4.08倍,表面积膨胀到原来的16倍,厚度减到0.005mm以下,所以，气球的耐辐射老化和耐臭氧老化性能也是气球的主要性能。（5）储存性能要好。气象气球从生产到使用，往往经历1～2年甚至更长的时间，气球的主要性能在此期间不能有明显下降，因此要求气象气球具有良好的储存性能，球皮表面的残余氯化钙含量要尽可能低，以免球皮在潮湿的天气条件下出现粘连。在热带地区（或其他极端温度下），一般应能达到储存4年的要求，因此要对气球进行避光包装，避免其暴露在光线（尤其是太阳光）、空气或极端温度下，以防止气球性能迅速下降。2.3生产工艺流程见图1气象气球生产工艺流程2.4工作原理根据浮力原理，气球的总举力由气球内气体体积的浮力决定，即：)(523.0)(3ggDVT式中：T表示总举力，V表示气球体积，表示空气密度,g表示球内气体密度，D表示气球直径，假定气球为球形。所有单位均采用国际标准单位。对地面上的氢气，浮力g约为1.2kg.m-3,在上式中的各个量都随高度不同而变化。气球的净举力L是由总举力减去气球质量和载荷重量的总和W，即：4WTL也就是说，如果气球的净浮力和气球的载荷重量相同时，气球既不上升也不下沉。根据动力学相似性原理，气球在静空中的升速V可以用一个通用公式表示：3/1)(WLqLVn式中q和n取决于阻力系数。上述公式中的q和n值必须通过实验得出。如果升速以m/min为单位，q和n可以近似地取值为150和0.5。图1气象气球生产工艺流程53功能要求3.1类型气象气球按用途区分主要有两种：测风测云气球和探空气球。A类经纬仪测风测云气球，为球体质量小于300g的气球。如：30g气球。用于高空风观测的测风气球和用于云底高度观测的测云气球。这些气球一般不携带载荷或较少载荷，因而比探空气球要小。除了能够达到所要求的高度外，气球在升空过程中要始终保持良好的球形的要求。B类雷达测风、探空气球，为球体质量大于或等于300g的气球。如：300g、750g、800g、1600g气球。用于携带常规高空气象探测仪器的气球，要保证把所携带载荷（探测仪器质量一般为200～1000g）在确保测量元件具有稳定升速、通风良好的情况下，升至18～36km以上的高度。3.2业务升空高度3.2.130g经纬仪测风测云气象气球气球升速在业务要求范围内，天气条件满足观测时，达到距地高度3000米以上；业务要求历时30分钟，平均球炸高度5500米以上（500hPa），升空高度有效率大于80%。3.2.2300g雷达