文 陈浩君 王勤典
探空
气球提到气象观测，人们首先会想到百叶箱、温度湿度计、气压表、雨量筒、风速计、风向标等传统仪器，而时至今日，基于无线电技术的气象探测设备早已被广泛应用于大气探测领域。随着无线电气象学不断发展，目前我国气象部门在观测及预报过程中通常会采用哪些无线电设备及先进技术？随着无线通信技术不断发展，人们发现无线电波在大气传播过程中的折射、吸收、散射现象与大气状态、云雨系统、天气变化密切相关，于是电波干扰现象逐步被用于大气探测研究，基于无线电技术的气象学研究衍生出大气物理学与无线电物理学的交叉学科 无线电气象学 其主要研究大气对电波传播的影响，并利用无线电波探测大气状况和天气现象。
所谓天电，就是大气中放电过程所引起的脉冲型电磁辐射。早在上世纪二十年代，许多欧洲科学家就开始在广谱范围内对天电进行测量，并发现闪电、雷暴、雪暴、尘暴中都存在天电现象；四十年代，雷达技术被引入气象研究领域，无线电波与大气特性的关系研究得以开展：
六十年代末，人们利用大气微波辐射特性从地面和气象卫星上进行大气遥感，大大丰富了无线电技术在气象探测方面的应用：九十年代以后，基于卫星、飞机、气球、火箭和各类地面平台的探测技术迅猛发展，形成了从地面到太空、从大气物理到大气化学等立体、综合、连续的时空监测。
根据无线电传播原理，电波在空气中传播时会受到诸多因素的影响：大气折射率不均匀对电波传播方向产生影响：大气中氧和水汽对某些微波波段的吸收会造成电磁波能量的衰减：云和降水粒子对微波的吸收和散射亦会造成能量衰减……而根据大气和云、雨、湍流等对无线电波的吸收、散射、折射原理，人们可以利用微波大气遥感装备来探测大气的温度、湿度、云雨等要素分布和大气湍流状况，从而分析天气变化。
根据当前气象探测应用及发展状况，无线电探空仪、气象雷达、气象卫星遥感、GPS气象探测等基于无线电技术的气象探测设备，是目前气象部门探测大气的主力军。
无线电探窒仪
上世纪二十年代末，人们在高空气象仪和无线电短波技术基础上研制了无线电探空仪，它
由传感器、转换器和无线电发射机等组成，是测定自由大气温、压、湿等气象要素的重要仪器。由于体积小巧，观测方法简便，探测结果及时可靠，探测高度达30公里，该仪器成为高空气象观测的主要工具，并促进了世界高空气象站网的建立。
无线电探空仪主要由感应元件、转换开关、编码器、无线电发射机和电源模块等组成，携带温度、压力、湿度元件感应，其输出由转换开关依次接入编码器转变成电信号，再由发射机经调幅或调频发送，在地面进行接收、解调和记录。当前，各国使用的探空仪可按编码方式分为电码式、时间式、频率式三类，其中频率式又可分为高频式、低频式两种，我国的无线电探空仪主要采用电码式和低频式。
常规探测方式是将无线电探空仪系在气象气球的末端，随气球上升而测定各高度层的多个气象要素。在常规探空仪基础上，根据不同的探测目的（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）或不同的仪器施放方式（如从飞机、气象火箭、平移运载气球上下投），还派生出了多种特殊探空仪。
与无线电探空仪配套使用的还有地面高空测风雷达，它用来追踪探空气球携带的目标物（通常为回答器或反射靶）。当气球升空后，雷达天线对准气球发出询问脉冲，可立即接
收到回答脉冲或反射脉冲，根据回答脉冲与询问脉冲的时间间隔，可以确定气球与雷达之间的直线距离，加上雷达天线此时的方位和仰角，即可确定气球的空间位置，并由气球运动轨迹算出各高度层的风向和风速。
经过多年发展，无线电探空仪系统经历了一系列改进，包括传感器、转换单元和无线电发射接收装置，与之配套的测风雷达也不断更新换代，逐步提高气象要素的探测精度和传输效率。目前，最新的无线电探空方法是使用GPS技术进行探空。
气象雷达
雷达的英文“Radar”是“Radio Detection and Ranging”的缩写，意为“无线电探测和测距”。确切地说，就是用无线电方法发现并测定空间目标的位置。气象雷达是指专门用于大气探测的雷达，属于主动式微波大气遥感设备，是气象部门用于警戒和预报台风、暴雨、龙卷风等天气的主要探测工具之一。
气象雷达技术的发展大体可以分三个阶段，第一阶段从上世纪四十年代末到六十年代，雷达从军用目的转为探测气象目标，并采用多普勒技术；第二阶段从七十年代到八十年代，
主要特征是集成电路化、信息数字化，控制自动化；第三阶段从九十年代开始，美国开始全国业务布网，其WSR-88D型全相参脉冲多普勒天气雷达是气象雷达发展第三阶段中最有代表性的技术。
WSR-88D除了能获取回波强度、径向风速和谱宽等信息，在460km范围内能对强风暴进行有效监测，在230km范围内能定量估计降水强度并提供飚线、阵风锋、龙卷涡旋、中尺度气旋、下击暴流等信息，还具有一定的晴空探测能力。
我国从上世纪六十年代末开始研制使用天气雷达，先后定型的天气雷达主要有711、713、714等系列：上海市气象局于1997年从美国成功引进了WSR-88D型天气雷达。在积极借鉴和吸收国外先进技术的基础上，国内气象雷达技术不断发展，目前已基本建成国内新一代天气雷达监测网。雷达组网数据的使用为开展短时天气预报服务、提高气象防灾减灾服务效益作出了巨大贡献。近年来，雷达双偏振化、便携移动化、发射机固态化、发射天线相控阵化等成为气象雷达发展的主要趋势。
气象雷达使用的无线电频率和波长范围很宽，波长覆盖从lcm到将近lOm，按照频率被划分为不同波段，以表示雷达的主要功能。
气象雷达常用的波段主要包括K波段（波长0.75～2.4cm）、X波段（波长2.4～3.75cm）、C波段（波长3.75～7.5cm）、S波段（波长7.5～15cm)和L波段（波长15～30cm）。特高频UHF和甚高频VHF雷达的波长范围分别为lOcm～lm和Im～lOm。雷达根据所要探测的大气目标尺度大小而选择不同工作波长，从而提高探测性能，再把云、雨粒子对无线电波的散射和吸收效应结合起来考虑。各种波段探测有一定的适用范围：K波段雷达常用来探测各种不产生降水的云，x、C、S波段雷达用于探测降水，其中S波段由于雨衰最小，所以最适用于探测暴雨、冰雹等强对流天气。人们用高灵敏度的超高频和甚高频雷达来探测对流层一平流层一中层大气的晴空流场。
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