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気圧・気温・湿度の各センサとその測定値を送信する無線送信器で構成されるレーウィンゾンデを自由気球に吊り下げて上空に飛揚し、地上から高度約30km〜36kmまでの気圧・気温・湿度(-40℃まで)を直接測定します。
各センサは気圧・気温・湿度の変化を静電容量や抵抗値の変化として測定し、送信器はこれを周波数の変化に換えて地上に送信します。地上では、自動追跡型方向探知機でゾンデを自動追跡しながら、ゾンデからの信号を受信します。受信した周波数信号は、計算機で処理し、気圧・気温・湿度に換算します。レーウィンゾンデの高度は、この気圧、気温及び湿度から計算して求めます。


| 要素 | センサ | 測定範囲 |
|---|---|---|
| 気圧 | 静電容量変化式空ごう気圧計 | 1040〜5hPa |
| 気温 | サーミスタ温度計 | +40〜−85℃ |
| 湿度 | 静電容量型高分子膜湿度計 | 1〜100% |
高層風(上空の風向と風速)は、自動追跡型方向探知機でレーウィンゾンデを追跡して得られる測角値と気圧・気温・湿度を用いて算出した高度から水平面上の位置を計算し、移動距離を移動に要した時間で除した値と移動方向から計算します。
また、自動追跡型方向探知機を用いないでGPS衛星の測位信号を利用して風向風速を測定する方式の、GPSゾンデというラジオゾンデもあります。