上海在京津冀地區放了一個“超級氣球”？足有1000米高！近日，一則有關“超級氣球”升空的消息引起廣泛關注。

12月21日，解放日報·上觀新聞記者向多方求證后，從上海市環境監測中心確認，這個“超級氣球”正是該中心和中國電子科技集團第三十八研究所、上海民防辦等單位的杰作，于12月15日在河北省望都縣升空。

12月15日，“超級氣球”緩緩升至1000米高空

比波音客機還長

不僅升空高度驚人，最高可達1200米，“超級氣球”還是一個類似汽艇的龐然大物。其體長32米，比波音737-500客機還長了近1米；充滿氦氣后，體積有1900立方米，可有效承載220公斤左右的重物。

對大多數人而言，“超級氣球”外型吸睛，是一個驚艷的存在，但對我國大氣科研界而言，它具有更重要的意義：堪稱我國大氣環境科研裝備領域具有突破性的標志性成果，是一把能夠破解復雜空氣污染成因的新鑰匙。

“超級氣球”的專業名稱是大載荷系留氣球，其在大氣科研領域的應用，填補了我國大氣立體觀測領域的技術空白。

“特別是在空氣污染研究領域，有了‘超級氣球’，就能在上海高空建立一個超級監測站。”上海市環境監測中心副主任伏晴艷介紹說，過去受制于裝備、技術等方面的影響，大氣污染物的定點定時觀測往往被限制在較低的空間，對邊界層高度大氣污染物的觀測很少，相關研究就缺乏充分的數據。

有了“超級氣球”，就能在上海高空建立一個超級監測站

以上海為例，冬天的邊界層高度一般可能低至三四百米，夏天有時候就可能抬升至1000米上下，因此，就算在上海中心頂部觀測，也有三四百米左右的空間“夠”不到。

在全國，類似高度和空間的大氣污染物觀測“短板”也普遍存在，北京、廣州、深圳等地為數不多的觀測高塔平均高度也不過三四百米。

為突破“短板”，科研界想了不少辦法，比如激光雷達、衛星遙感，又或者放載荷氣球、讓飛機搭載觀測設備，但這些方式都有一個“毛病”——不夠穩定，很難持續、精準地取得一個定點的觀測數據，而且大多數載荷氣球搭載能力有限，許多“笨重”的先進儀器上不了天。

“超級氣球”出現后，從300米到1000米，都在其監測范圍內，基本覆蓋了每日大氣層的高度變化區域，彌補了在大氣邊界層高度長時間定點連續穩定觀測的空白。目前，“超級氣球”可以勝任最高1200米的大氣污染觀測任務。

龐然大物很“內秀”

如果解剖這只“超級氣球”，會發現更多內在驚喜。

如此龐然大物，如何保證其在高空的穩定性？

一方面靠與地面連接的多功能纜繩，可以承受近10噸的張力；另一方面受益于獨特的流線型設計，“超級氣球”不為大風所動，氣球配置的副氣囊，還可以調節球內氣體，讓球體在高空基本實現動態平衡。

只有220公斤的“行李份額”，如何配置這些精密儀器，才能讓觀測效率最大化？

通過“斤斤計較”，科研工作者最終把這些關鍵儀器放上了氣球：常規“六要素”（二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳、PM2.5、總揮發性有機物）實時觀測儀器、氣溶膠化學組分實時觀測儀器（氣溶膠質譜、粒徑譜、黑炭和顆粒物計數等），以及氣象要素觀測儀器（風速、風向，溫度、濕度、氣壓等）。

這背后，科研團隊連續攻克了高空與地面不間斷供電、數據實時傳輸、倒掛式顆粒物采樣氣路設計等多重技術難關。

12月15日凌晨，上海市環境監測中心的技術人員在現場調試“超級氣球”要攜帶的儀器

12月15日初戰告捷后，最新的“戰報”已經傳回上海。根據大氣污染物化學組分和氣象參數垂直探空曲線的變化，科研人員初步判斷，12月15日，監測點位600米和800米上空存在污染物的高空傳輸。

伏晴艷以12時的PM2.5實時濃度數據為例，200米高度的實時濃度在100微克/立方米左右，按理說，越是往上空走，濃度越小，但在600米高度，實時濃度卻不降反升；接近800米時，甚至達到約50微克/立方米，“這印證了污染物的高空傳輸，而非只是本地污染的累積。”

2018年12月15日，觀測點600米、800米上空存在污染物高空傳輸

伏晴艷感慨，如果沒有“超級氣球”，要在短時間內有“底氣”地判斷空氣污染是本地生成還是外地輸送，難度就大出許多，如果只靠間接數據去推演，一旦數據本身有誤差，很可能謬以千里。

“第三代”走出上海

關于“超級氣球”，還有一個不為人知的秘密——此次在河北升空的其實是“第三代”。

第一代“超級氣球”早在2013年就已誕生，是上海世博會那個被愛稱為“大鯨魚”的車載系留氣球改造而成，從為園區提供視頻監視與預警應急的高空安防“哨兵”轉職為可以長時間留空滯空的“環保預警機”。

中國電子科技集團公司第三十八研究所在安徽省六安市的一處試驗場內，進行了一次系留氣球的升空試驗，一只外形類似“大白鯨”的“大氣球”緩緩升空

圍繞第一代“超級氣球”，上海成功打造出了國內唯一一個民用大載荷大氣污染觀測平臺，截至目前，這仍是全國唯一。

2013年12月初，上海遭霧霾長達200多個小時的“圍城”。12月6日，PM2.5濃度更是飆升到509.8微克/立方米，嚴重污染預警啟動。當天傍晚，第一代“超級氣球”便從奉賢海邊系留氣球觀測基地升空，獲得了寶貴的第一手高空觀測資料。

第一代“超級氣球”在2013年12月那一次霧霾“圍城”時升空

有了經驗后，各項能力加強的第二代“超級氣球”很快開發了出來，接過接力棒。

第二代“超級氣球”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輸送、高架污染源擴散、垂直污染氣團交換、邊界層高度變化、臭氧傳輸和消耗等重要的大氣污染現象和過程，為上海乃至長三角區域開展環境空氣污染成因和傳輸影響研究提供了第一手的高空原位觀測資料。

第二代“超級氣球”在上海奉賢海灣地區安家

在反復的升降中，第二代“超級氣球”的荷載能力漸漸“力不從心”。于是，第三代“超級氣球”頂上崗位，2017年和2018年在上海各完成了一次冬季氣溶膠污染和夏季臭氧污染的垂直觀測試驗研究。

積累了足夠經驗值后，第三代“超級氣球”首次離開上海，受邀前往京津冀地區，承擔國家重點研發計劃項目《陸地邊界層大氣污染垂直探測技術》的重點觀測任務。

“捕捉”冬季重污染期間點面結合、三維立體的大氣污染垂直分布信息，沒想到這只“上海制造”的“超級氣球”一不小心就成了大氣環境科研界的“明星”。