上海在京津冀地区放了一个“超级气球”？足有1000米高！近日，一则有关“超级气球”升空的消息引起广泛关注。
12月21日，解放日报·上观新闻记者向多方求证后，从上海市环境监测中心确认，这个“超级气球”正是该中心和中国电子科技集团第三十八研究所、上海民防办等单位的杰作，于12月15日在河北省望都县升空。
12月15日，“超级气球”缓缓升至1000米高空
比波音客机还长
不仅升空高度惊人，最高可达1200米，“超级气球”还是一个类似汽艇的庞然大物。其体长32米，比波音737-500客机还长了近1米；充满氦气后，体积有1900立方米，可有效承载220公斤左右的重物。
对大多数人而言，“超级气球”外型吸睛，是一个惊艳的存在，但对我国大气科研界而言，它具有更重要的意义：堪称我国大气环境科研装备领域具有突破性的标志性成果，是一把能够破解复杂空气污染成因的新钥匙。
“超级气球”的专业名称是大载荷系留气球，其在大气科研领域的应用，填补了我国大气立体观测领域的技术空白。
“特别是在空气污染研究领域，有了‘超级气球’，就能在上海高空建立一个超级监测站。”上海市环境监测中心总工程师伏晴艳介绍说，过去受制于装备、技术等方面的影响，大气污染物的定点定时观测往往被限制在较低的空间，对边界层高度大气污染物的观测很少，相关研究就缺乏充分的数据。
有了“超级气球”，就能在上海高空建立一个超级监测站
以上海为例，冬天的边界层高度一般可能低至三四百米，夏天有时候就可能抬升至1000米上下，因此，就算在上海中心顶部观测，也有三四百米左右的空间“够”不到。
在全国，类似高度和空间的大气污染物观测“短板”也普遍存在，北京、广州、深圳等地为数不多的观测高塔平均高度也不过三四百米。
为突破“短板”，科研界想了不少办法，比如激光雷达、卫星遥感，又或者放载荷气球、让飞机搭载观测设备，但这些方式都有一个“毛病”——不够稳定，很难持续、精准地取得一个定点的观测数据，而且大多数载荷气球搭载能力有限，许多“笨重”的先进仪器上不了天。
“超级气球”出现后，从300米到1000米，都在其监测范围内，基本覆盖了每日大气层的高度变化区域，弥补了在大气边界层高度长时间定点连续稳定观测的空白。目前，“超级气球”可以胜任最高1200米的大气污染观测任务。
庞然大物很“内秀”
如果解剖这只“超级气球”，会发现更多内在惊喜。
如此庞然大物，如何保证其在高空的稳定性？
一方面靠与地面连接的多功能缆绳，可以承受近10吨的张力；另一方面受益于独特的流线型设计，“超级气球”不为大风所动，气球配置的副气囊，还可以调节球内气体，让球体在高空基本实现动态平衡。
只有220公斤的“行李份额”，如何配置这些精密仪器，才能让观测效率最大化？
通过“斤斤计较”，科研工作者最终把这些关键仪器放上了气球：常规“六要素”（二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳、PM2.5、总挥发性有机物）实时观测仪器、气溶胶化学组分实时观测仪器（气溶胶质谱、粒径谱、黑炭和颗粒物计数等），以及气象要素观测仪器（风速、风向，温度、湿度、气压等）。
这背后，科研团队连续攻克了高空与地面不间断供电、数据实时传输、倒挂式颗粒物采样气路设计等多重技术难关。
12月15日凌晨，上海市环境监测中心的技术人员在现场调试“超级气球”要携带的仪器
12月15日初战告捷后，最新的“战报”已经传回上海。根据大气污染物化学组分和气象参数垂直探空曲线的变化，科研人员初步判断，12月15日，监测点位600米和800米上空存在污染物的高空传输。
伏晴艳以12时的PM2.5实时浓度数据为例，200米高度的实时浓度在100微克/立方米左右，按理说，越是往上空走，浓度越小，但在600米高度，实时浓度却不降反升；接近800米时，甚至达到约50微克/立方米，“这印证了污染物的高空传输，而非只是本地污染的累积。”
2018年12月15日，观测点600米、800米上空存在污染物高空传输
伏晴艳感慨，如果没有“超级气球”，要在短时间内有“底气”地判断空气污染是本地生成还是外地输送，难度就大出许多，如果只靠间接数据去推演，一旦数据本身有误差，很可能谬以千里。
“第三代”走出上海
关于“超级气球”，还有一个不为人知的秘密——此次在河北升空的其实是“第三代”。
第一代“超级气球”早在2013年就已诞生，是上海世博会那个被爱称为“大鲸鱼”的车载系留气球改造而成，从为园区提供视频监视与预警应急的高空安防“哨兵”转职为可以长时间留空滞空的“环保预警机”。
中国电子科技集团公司第三十八研究所在安徽省六安市的一处试验场内，进行了一次系留气球的升空试验，一只外形类似“大白鲸”的“大气球”缓缓升空
围绕第一代“超级气球”，上海成功打造出了国内唯一一个民用大载荷大气污染观测平台，截至目前，这仍是全国唯一。
2013年12月初，上海遭雾霾长达200多个小时的“围城”。12月6日，PM2.5浓度更是飙升到509.8微克/立方米，严重污染预警启动。当天傍晚，第一代“超级气球”便从奉贤海边系留气球观测基地升空，获得了宝贵的第一手高空观测资料。
第一代“超级气球”在2013年12月那一次雾霾“围城”时升空
有了经验后，各项能力加强的第二代“超级气球”很快开发了出来，接过接力棒。
第二代“超级气球”在2015年冬季以及2016年5月先后升空，成功捕捉到高空污染的水平输送、高架污染源扩散、垂直污染气团交换、边界层高度变化、臭氧传输和消耗等重要的大气污染现象和过程，为上海乃至长三角区域开展环境空气污染成因和传输影响研究提供了第一手的高空原位观测资料。
第二代“超级气球”在上海奉贤海湾地区安家
在反复的升降中，第二代“超级气球”出现了老化。于是，第三代“超级气球”顶上岗位，2017年和2018年在上海各完成了一次冬季气溶胶污染和夏季臭氧污染的垂直观测试验研究。
积累了足够经验值后，第三代“超级气球”首次离开上海，受邀前往京津冀地区，承担国家重点研发计划项目《陆地边界层大气污染垂直探测技术》的重点观测任务。
“捕捉”冬季重污染期间点面结合、三维立体的大气污染垂直分布信息，没想到这只“上海制造”的“超级气球”一不小心就成了大气环境科研界的“明星”。
