本发明提供一种气球探空平台的高速温度脉动测量仪及其测量方法，所述测量仪包括快速响应的温度脉动传感器、高速采样电路、探空数据处理电路以及传输与存储电路。采用快速响应的温度脉动传感器满足对高频温度脉动信号响应的要求；采用高速采样电路完成所述高频温度脉动信号的高速采集；采用探空数据处理电路完成风速、风向、温度、湿度、气压等低频常规气象数据测量；采用传输和存储电路完成对高频温度脉动数据和低频常规气象数据的传输并将所述两种数据存储到SD卡。本发明使得对低平流层下热力湍流原位测量的空间分辨率达到毫米级，实现能够观测到对流层顶附近边界梯度很陡的大气结构、波破碎、剪切不稳定等这些对垂直分辨率敏感的小尺度结构。