探空仪（英文名：Sonde），又称无线电探空仪，是指测量天空不同高度上的大气物理参数，以确定气象要素的垂直分布而施放的仪器。

1749年，英国科学家威尔逊用风筝携带温度计测高空温度，开启高空气象探测先河。1783年，法国蒙格尔菲兄弟发明热气球，首次实现载人高空飞行。1809年，英国人沃利斯和福雷斯首创用测风气球探测高空风。1928年，苏联莫尔恰诺夫发明苏式无线电探空仪。1930年，莫尔恰诺夫在白俄罗斯首次完成平流层的无线电探空仪观测。1931年12月，芬兰人维萨拉发明了芬式无线电探空仪，该探空仪重约250g，探测高度达30至40km。

探空仪主要由感应元件、转换装置、发射机和电源四部分组成。探空仪被探空气球带到高空以后就不停地在采集温度、湿度、气压等气象数据，并和地面的数据接收雷达进行通信，将采集的数据传回到地面气象站。依据测量内容不同，探空仪分为常规探空仪和特种探空仪。常用的探空仪有59型机械式电码探空仪、GTS1型数字式探空仪、GTS(U)2-1型数字式电子探空仪和WRS80-Ⅰ型电子探空仪。

定义

探空仪是指测量天空不同高度上的大气物理参数，以确定气象要素的垂直分布而施放的仪器。这种测量是通过无线信道遥测来完成的，所以又称无线电探空仪。由通信信道联结的无线电探空仪和地面接收处理设备构成探空系统，也叫大气探测系统。

发展历史

在最初的时候，人们主要依靠原始、零星的目测以及感官感知来感性地认识天气的变化。随着科学技术的发展，人们相继发明了温度计、气压计、湿度计、风速计等气象观测仪器。气象观测开始走向定量化，地面气象要素观测兴起。18世纪中叶，人们逐步将目光转向了天空，开始进行高空观测的尝试。1749年，英国一位名叫威尔逊的科学家，在苏格兰将小型温度计绑在风筝上，用6只风筝将其带到1000多米的高空中进行科学试验，以测量温度随高度的变化。威尔逊也第一次测到了低层大气的温度，并取得了一些重要的理论数据。这个简易版的“风筝气象站”可以说是气象探空的先驱。

18世纪初，法国造纸商蒙格尔菲兄弟受到碎纸屑在火炉中不断升起的启发，于是用纸袋聚集热气做实验，终于在1783年制造出原始热气球，并乘着它在巴黎上空飞行25分钟后安全着陆，实现了人类首次飞上蓝天的壮举。从此拉开了载人飞天的大幕，气球也成了携带气象仪器到空中进行测量的良好载体。蒙格尔菲兄弟在首次表演热气球飞行之后，向巴黎科学院报告了他们的成就。科学院随后赞助了年轻的物理学家查理教授进行研究。查理从前人的研究中得知，氢气是空中最轻的一种气体，人类可以利用氢气飞行，并且当时法国工程师罗伯特兄弟已研究出在丝绸上涂橡胶的方法，这是当时最好的不透气材料。在罗伯特兄弟的帮助下，查理造出了世界上第一个氢气球。后来通过改进在氢气球下悬挂可载人的吊篮。1783年12月1日，查理和一位同伴乘氢气球的吊篮在空中飘行时间超过2小时，完成了氢气球载人的首次飞行。查理还利用自己制成的氢气球进行了高空温度和气压的测定。查理将自记温度计和自记气压计系在氢气球下面，释放到高空，气球达到一定高度爆裂，气象仪器就随降落伞降落到地面。查理用这种方法测定了巴黎高空温度和气压的变化情形。1784年英国人杰弗里斯在英国也进行了类似的试验。

1809年，英国人沃利斯和福雷斯首创用测风气球探测高空风。1862年9月5日，格林威治气象台台长格列塞尔与助手在不带氧气设备的情况下，一同乘气球升入8800米高空，进行了高空探测飞行。1864年英国气象学家首用系留气球下悬挂的气象仪器进行低空气象观测，系留气球是使用缆绳将其拴在地面绞车上并可控制其在大气中飘浮高度的气球，相对比较安全可靠。载人吊篮和系留气球携带自记仪器的方法是早期低空探测和大气监测的有效手段之一。与此同时，科学家们还探索使用了如降落伞法（气球上升一定高度破裂后开伞）和双球法（一球破裂后，另一球不足以支持仪器的重量而下降）等，来保证仪器和资料的回收，都有一定的效果。由于氢气球的升高性能好、滞空时间长，所以应用得比较广泛。但氢气球有易燃易爆的缺点，于是20世纪20年代又出现了氦气球。

无线电探空仪是由苏联的莫尔恰诺夫在1928年发明的。这种仪器的优点是不受地点的制约和天气的影响，探空高度能够达到15～20千米。1930年，莫尔恰诺夫在白俄罗斯首次完成平流层的无线电探空仪观测。1931年12月，芬兰人维萨拉发明了芬式无线电探空仪，并创办了以自己名字命名的公司。这类探空仪非常轻巧，只有250克，大概相当于文具盒的大小，而且不受恶劣天气的影响，可以获得不同高度的气象资料，无需回收。这类探空仪是探测30至40千米以下高度气象要素的主要仪器，全世界都在使用。

工作原理

一般的探空技术是“地面雷达+探空仪”模式，简单地说，大致分四步：探空仪升空；雷达定位；观测；数据回传雷达。

无线电探空仪升空，一般是依靠施放探空气球来进行。因此，气球在当前气象探空中仍然占有重要的地位。气球分为膨胀型和非膨胀型两类，气象探空中通常采用胶乳膨胀型气球。气球在空中以300～500米/分钟的速度上升，荷载质量为1～2千克，探测高度在0～40千米，在测风的同时测量空中的温度、气压和湿度。

风的测量是通过雷达和探空仪的“对话”来实现的。探空气球携带无线电回答器升空，地面雷达对探空仪进行追踪，在地面向它发出“询问信号”，探空气球的回答器接收到以后，对应地发回“回答信号”。根据每一对“问”与“答”信号之间的间隔和回答信号的来向，就可以测定每一瞬间探空气球在空间的位置，即它离雷达的直线距离、方位角、仰角，然后根据气球随风漂移的情况，就可以推算出高空的风向与风速。

气压、温度、湿度3个气象要素的探测，是利用探空仪里的传感器实现的。探空仪由对温度、气压、湿度反应灵敏的感应元件及转换电路组成，敏感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。

主要分类

探空仪按用途可分为通用类和专用类，有电码式探空仪、电子式探空仪、炮兵专用探空仪、低空探空仪等。

依据测量内容不同，探空仪分为如下两类：

（1）常规探空仪：借助探空气球携带升空，是测量高空对流层、平流层气象资料的主要仪器。它由感应器，转换器和发射装置三个部分组成。感应器感应大气温度、气压、湿度等参数，采用变形元件（双金属片，空盒、肠衣）和电子元件（热敏电阻、空盒、湿敏电阻或电容器）两类。转换开关轮流将感应元件依次接入变换器，将气象信息变换成电信号。中国制探空仪的变换器采用电码式和变低频式两种。发射装置是一个高频或超高频发射机，以载波方式将气象信息发到地面。

（2）特种探空仪：在常规探空仪的基础上，根据不同的目的（如测定臭氧、平流层露点、各种辐射通量、大气电场，监视低层大气污染等）或不同仪器施放方式（如气球升空或气象飞机、气象火箭、定高气球下投等）派生了多种特殊探空仪，如臭氧探空仪，火箭探空仪等。

结构组成

探空仪主要由感应元件、转换装置、发射机和电源四部分组成。感应元件用来感应大气温度、压强、湿度要素的大小与变化；然后通过转换装置转换成相应于探测量的无线电信号；而发射机产生的约数十或数百兆赫的高频无线电振荡（载波），则能装载着探测信号向地面发送；电源提供了整个探空仪的能量来源，它占据了相当大的重量。

感应元件（或称传感器）是探空仪的关键组成部分，与地面观测仪器的感应器相比，它必须具有轻便、灵敏、响应快等优点。因为探空仪随气球以300～400米/分的速度向上运动，不可能在某一高度停留下来，所以探空仪的传感器必须惰性小，这样才能迅速响应外界环境的变化，正确地反映各个高度上的气象要素值。

探空仪上常用的温度传感器是扭成环状或螺旋状的双金属片，另一种用得较多的是珠状或棒状热敏电阻温度传感器。探空仪上测压主要用空盒传感器，为了增加探测的灵敏度，常常将多个空盒串联在一起使用。测量高空湿度是一个较为困难的问题，过去多采用毛发或肠衣，也有用电阻式、电容式测湿元件。通常探空仪测风与测风气球测风是一样的。但在夜间、阴天或气球入云的情况下就得求助于无线电方法，通常用测风雷达。

常用型号

59型电码探空仪

59型机械式电码探空仪中间的长方形白色纸盒具有良好的防水性和反射太阳辐射的能力，机体放在盒中下部，机体支架上放置温度、湿度、气压3个感应器，以及微电机及其减速机构和电码筒等，纸盒上部放置电池及发射机，纸盒两侧分别是温度感应器和湿度感应器的铝质防辐射罩。温度感应器为螺旋形双金属片，由厚0.2mm、宽3.8mm、各边长60mm，人字形的双金属片卷曲而成，两端固定在支架上，中心端焊有长70mm的空心指针，指针位置随温度变化而移动。气压感应器为两个膜盒组成的空盒组，空盒组的基部固定在支架上，顶部中心通过传动装置带动一指针架回转，指针架上装有双金属片温度补偿器，用以补偿膜盒受温度影响引起的误差。气压变化时，膜盒的厚度随之变化，使气压指针相应地移动位置。湿度感应器是鼓膜状肠衣，肠衣鼓膜的直径为37mm，其中心固定有连杆，连杆与传力架焊接在一起，并与扭力弹簧连接，使肠衣处于绷紧状态。当湿度变化时，肠衣的形变使固定在传力架上的指针移动位置。编码部分由微电机及电码筒组成。微电机经过减速装置带动电码筒转动，当电码筒转动时，3个感应器的指针轮流与电码筒表面接触，并沿电码筒上面刻有的平行细槽滑动，当指针与导电部分接触时，发射机的电源接通，使发射机工作，而与绝缘部分接触时，发射机电源断路不工作。指针经过的导电部分宽，发射机工作时间长，发出的信号用“一”表示；经过的导电部分窄，则发出信号的时间短，发出的信号用“·”表示。槽线处于花纹的不同部位就有不同的“一”与“·”组合，构成的不同电码数。

59型电码探空仪与701型二次测风雷达配合进行高空气象探测时，发射机是用GPZ5-1型测风回答器，回答器有两种工作状态：一是择空状态，二是当二次雷达发出询问脉冲时，它能及时发射回答脉冲。59型电码探空仪装配不同的回答器后还能与705型、706型雷达配合使用。

GTS1型数字式探空仪

GTS1型数字式探空仪采用全电子传感器，具有探测精度高、采样速率快、抗干扰能力强等特点，实现了数字化、模块化。GTS1由温度传感器、湿度传感器、智能转换器（含气压传感器）、发射机和电池5部分组成。探空仪的外壳为白色方形纸盒，表面涂有防雨透明胶，具有良好的防水性和反射率。气温测量采用GPW2型棒状热敏电阻，阻值限定在9至700KΩ之间，阻体长10mm，直径1mm左右，表面有高反射率涂层，短波反射率高于93%，长波吸收率超过90%。GPW2热敏电阻出厂时已焊接在探空仪纸盒内的白色塑料支架上。气压传感器的附温采用GPW3型棒状热敏电阻，电阻体长6.5mm，直径0.65mm左右，安装在气压传感器外壳内，用胶水固定。湿度测量采用XGH一02型有机高分子化合物湿敏电阻，具有测湿范围广、互换性好、响应速度快和体积小等优点。气压传感器采用24PC型硅阻压力传感器，在工作范围内具有良好的弹性和重复性。为提高气压传感器的测量精度，采用了软、硬件温度补偿方法对气压传感器进行补偿，补偿动态范围大、精度高。汽压传感器和温度补偿传感器直接安装在智能转换器的印刷电路板上。智能转换器的主要功能是将各类传感器的物理量，按一定格式转换成二进制代码，智能转换器由单片机、积分器、比较器、多路开关、放大器、振荡器等电路组成。A/D转换采用软件双积分A/D转换方案，转换精度超过14位，并对温度影响采取了多种补偿措施。为了降低探空仪的成本，提高数据可靠性，各传感器所测量的气象信息要素值转换由地面设备中的计算机根据各个探空仪的检定数据进行数据处理，故智能转换器不带外部EPROM芯片，各个探空仪的检定数据按规定格式存入3.5in软盘，随探空仪一起提供给用户。超高频发射机除了发送探空仪测得的气象要素外，还要接收地面雷达发射的询问信号，因此，还必须具有接收机的功能。在智能转换器输出二进制码期间，超高频发射机受32.7kHz、800kHz和二进制气象代码的多重调制。每帧气象信息发送时间约为0.2s，余下的时间（约1s）发送超再生800kHz同步振荡脉冲，随时等待雷达的询问脉冲。GTS1与L波段（1型）高空气象探测系统配合使用，可完成地面至35km高空的气象综合探测。

GTS(U)2-1型数字式电子探空仪

GTS(U)2-1型数字式电子探空仪采用芬兰Vaisala公司RS80电子探空仪传感器，具有全固态数字化、发射频谱窄、载波频率温度稳定性高、探测精度高、体积小、重量轻的特点。工作频率采用400MHz，可与701型测风雷达系统配合使用。

WRS8O-I型电子探空仪

WRS80-I型电子探空仪与GTS(U)2-1一样，也是采用芬兰Vaisala公司RS8O电子探空仪的传感器，工作频率为1680MHz。

检查测定

气压灵敏度检查和就地检定

气压灵敏度检查是按标准检查气压传感器特性变化是否在规定范围之内，以确定其是否可用，并确定订正值。台站对气压不合格但又符合一定条件的探空仪，可维修调整，按规定方法就地检定，恢复使用。

温、湿度基点检查和就地检定

按照规定的方法检查探空仪温度、湿度传感器性能变化是否符合规定要求，以确定温度、湿度传感器是否可用，叫温湿度基点检查。台站对温度、湿度传感器基点变量超过规定值的探空仪可按规定方法进行重新检定，恢复使用。

基值测定

为了使数据可靠，当气球准备施放时，在地面点还应记录一次各自的信号，叫地面基值测定。如果发现加上各自的修正值后，测量结果仍不一致，不能施放，而要更换新的仪器。基值测定求取的基点变量，在整理记录或对数据进行处理时，还作为修正值用（除气压外）。

应用

无线电探空仪搭载在气象气球上，测量多个大气参数并将这些数据用无线电传回地面接收站。无线电频率403MHz，专门留给无线电探空仪使用。无线电探空仪由氦气球搭载进入大气层。气球的大小、重量和材料决定了气球所能到达的高度最大值。气球的型号从150克到3000克都有。800克的气球在30千米的高度，会由于在此高度外部大气气压过低而爆裂。当代无线电探空仪测量的重要数据包括：大气压力、高度、经纬度、温度、相对湿度和风速、风向等。一些无线电探空仪同时测量大气臭氧浓度。通过对数据的分析可以绘制图表。

2022年9月17日上午，在“世界屋脊”青藏高原东南缘的阿坝藏族羌族自治州，一架由中国自主研发的高空气象探测大型无人机从红原机场腾空而起，在“中华水塔”三江源自然保护区的阿尼玛卿山7500米高空成功下投12枚探空仪，与机载合成孔径雷达、大气微波综合廓线仪一起，实现对青藏高原大气垂直和下垫面“扫描”。

2025年5月12日至5月30日，中国气象局气象探测中心联合锡林浩特市国家综合气象观测试验基地，完成国产探空仪湿度传感器的同球比对试验。试验旨在推进高精度湿度传感器国产化进程，为突破高空气象探测领域“卡脖子”技术瓶颈提供关键支撑。试验过程中，三国产厂家各提供2台湿度传感器，与当前业务使用的GTH3型探空仪或维萨拉RS41型探空仪同球搭载，采用1600克气象气球，共完成38次有效施放。在地表至30公里高空的探测范围内，覆盖典型温湿度变化场景，检测低湿（<15%RH）、高湿（>90%RH）及快速温变情况下的数据一致性。此次试验系统性验证了国产设备的可靠性与环境适应性，为国产高精度湿度传感器的业务化应用奠定关键技术基础，精准水汽数据也将提升温室气体通量监测精度，助力“碳中和”目标实现。

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