雷電觀測業(yè)務規(guī)范(試行稿)

1、雷電觀測業(yè)務規(guī)范（試行稿）中國氣象局綜合觀測司總則 雷電觀測業(yè)務基本要求 2.12.22.32.4觀測方式 觀測項目 時制、日界和對時 . 雷電觀測環(huán)境要求 . 2.4.1 場地環(huán)境要求 2.4.2 電磁環(huán)境要求 觀測站的設置 2.5云地閃觀測設備3.13.23.3223. 3. 3343.43.53.6一般要求 主要技術性能要求 工作原理及結構 3.3.1 工作原理 . 3.3.2 結構 外圍設備 運行狀態(tài)和采樣 安裝 3.6.1 3.6.2基本要求 觀測設備的安裝 線纜連接 外圍設備安裝 .防雷 888. 8. 83.6.33.6.43.6.5 運行維護 3.7.1 設備定期維護3.7.2

2、 日常維護 數(shù)據(jù)傳輸與處理 4.1 信息傳輸 4.2 雷電觀測數(shù)據(jù)處理中心4.3 雷電觀測產(chǎn)品發(fā)布 5 數(shù)據(jù)格式 5.1 狀態(tài)數(shù)據(jù) 5.2 回擊數(shù)據(jù) 5.3 定位結果數(shù)據(jù) 6 質(zhì)量控制和資料歸檔 3.7. 9. 9 . 9101010111111121314161 總則雷電觀測是氣象觀測的重要組成部分， 它是對地球表面大氣層內(nèi)發(fā)生的雷電現(xiàn)象進行連 續(xù)的測定， 為天氣預報和氣象服務提供重要依據(jù)。 雷電觀測包括： 云地閃、 云閃、 大氣電場、 雷電電流、雷電光學及雷電聲學特征等項目。本規(guī)范適用于云地閃觀測。本規(guī)范是雷電觀測的業(yè)務規(guī)則和技術規(guī)定， 在雷電觀測業(yè)務工作中必須嚴格遵守。 雷電 觀測站網(wǎng)的

3、建設、觀測設備、組網(wǎng)要求、技術性能指標、計算方法、數(shù)據(jù)格式、觀測產(chǎn)品發(fā) 布等，應符合本規(guī)范的相關要求。本規(guī)范的制定、修改和解釋權屬國務院氣象主管機構。2 雷電觀測業(yè)務基本要求2.1 觀測方式雷電觀測采用多站組網(wǎng)、 全天候連續(xù)自動觀測。 有效的雷電觀測定位數(shù)據(jù)應由 3 個或以 上雷電觀測站組網(wǎng)獲取。2.2 觀測項目雷電觀測站的觀測項目：包括回擊波形到達時間、方位角、磁場峰值、電場峰值、波形 特征值（過閾值點、陡點、峰點、后過零點） 、陡度值等。雷電觀測網(wǎng)的觀測項目：包括雷電回擊發(fā)生的日期、時間、緯度、經(jīng)度、電流強度、電 流陡度、定位誤差、定位方式等。2.3 時制、日界和對時雷電觀測的所有項目均采

4、用北京時，以 24 時為日界。 觀測儀器以設備內(nèi)置的 GPS 實時 自動對時。2.4 雷電觀測環(huán)境要求2.4.1 場地環(huán)境要求安裝雷電觀測設備的場地四周應平坦開闊， 不宜選在建筑物上。 四周障礙物應符合下列 技術要求：1 ）四周障礙物對甚低頻（ VLF ）、低頻（ LF ）頻段雷電觀測天線形成的遮擋仰角不得大于 10。2）高頻（ VHF ）頻段探測天線 60下視角空間之內(nèi)不得有任何障礙物。以雷電觀測3。站的高頻探測天線為中心， 半徑 1 00米范圍以內(nèi)， 不得有導電物體或者高于天線系統(tǒng)的障礙 物。半徑 100 米范圍以外（含 100米）障礙物與天線的仰角不得大于2.4.2 電磁環(huán)境要求雷電觀測

5、場地及附近應盡量避免產(chǎn)生觀測頻段（ 1k-450kHz ）的電磁干擾。電磁噪聲應 小于雷電接收機的閾值范圍。站址的電磁環(huán)境應進行測定。2.5 觀測站的設置由于單站雷電觀測數(shù)據(jù)不能定位，雷電的觀測必須采取組網(wǎng)工作模式，雷電觀測網(wǎng)由150200km基線距離、成網(wǎng)狀均個或以上雷電觀測站組成。平坦地形的雷電觀測站一般按 勻布設，地形復雜地區(qū)可適當加密布設。所選站址應有穩(wěn)定的電源和良好的通信條件。 雷電觀測站一般應設置在符合要求的地面 氣象觀測場內(nèi)。安裝位置如圖 2.1 所示：LH-lI 11*1 口 q I F O q s * CHi.r ；-J.； - -；.； .； J - J-.-J.d.h I

6、 j i L 口 j I L I t I I I I L I i I I I J I I i I i I J I nn 1 I p 口I f o1 I t F 白圖2.1云地閃觀測設備在地面氣象觀測場的位置站址選定后，應保持相對穩(wěn)定，確需遷移時，應經(jīng)國務院氣象主管機構相關單位批準后 方能實施。3云地閃觀測設備3.1般要求能夠滿足自動實時觀測的要求;可靠性高，獲取的觀測數(shù)據(jù)可信;儀器牢靠耐用，能維持長時間連續(xù)運行;(4)操作和維護方便，具有詳細的技術及操作手冊。3.2主要技術性能要求其主要業(yè)務使用的云地閃觀測設備應具有國務院氣象主管機構頒發(fā)的設備使用許可證, 技術性能應滿足表 3.1要求。表3.

7、1雷電觀測設備基本技術性能指標項目指標要求測量距離 300km測向精度w 1探測效率 80%云地閃波形鑒別率 95%閃電時間分辨率w 2ms系統(tǒng)時間精度w 1 X 10-7s晶振穩(wěn)定度優(yōu)于1 X 108s過電壓保護電平20kv供電電源AC220V(+10%,-15%),50Hz 3Hz環(huán)境溫度-40 C +50 C工作溫度-40 C +80 C相對濕度0 100%抗風能力陣風w 75m/s可靠性平均無故障時間8000h3.3工作原理及結構3.3.1工作原理云地閃設備是通過對雷電輻射的電磁場信息的測量，來確定云地閃放電的空間位置和放 電參數(shù)。目前我國業(yè)務使用的云地閃設備為甚低頻雷電定位系統(tǒng)，采用

8、時差測向混合算法。時差測向混合閃電定位系統(tǒng)（IMP ACT ）。它的定位原理是：每個探測站既探測回擊發(fā)當有二個探測站接收到當有三個探測站接收到數(shù)生的方位角，又探測回擊輻射的電磁脈沖波形峰點到達的準確時間。數(shù)據(jù)時，采用一條時差雙曲線和兩個測向量的混合算法計算位置;據(jù)時，在非雙解區(qū)域，采用時差算法，在雙解區(qū)域，先采用時差算法得出雙解，后利用測向數(shù)據(jù)剔除雙解中的假解（見圖3.1）；當有四個及四個以上探測站接收到數(shù)據(jù)時，采用時差最 小二乘算法定位計算。國內(nèi)外資料表明其定位誤差一般在幾百米到誤差，是一種比較實用的雷電監(jiān)測定位系統(tǒng),2km3km之間。3.3.2結構云地閃設備的主要部件有保護罩、支架、 天線

9、組、接收機、供電電源等。目前業(yè)務使用的云地閃設備如圖3.2、3.3、3.4所示。圖3.2云地閃設備總體結構21 GK天絨2天線部件4屯于*1勺 PMfi-lO3對頻屏；（5罩2f) F505-610 AFB扳11展ft抿13 PDL扳13 CP 誡 H吋基板If PIOI-IO _ E LID星動15電掠開關16斤檢覽17 mov 電用1S電擰口板S 按口宜9卿0忖番F(xiàn)f 資鞫逑及電潭號1電iSJte前盍繪SWAFI按2 PDLS3 CPUR16 P201-10(S gkJiKemIS-13 P知 MH同？ 12訕3 HEff 羌ID S間C 剤l-lM KD6dO7EPGA圖3.3云地閃設備

10、主要構成圖3.4云地閃設備電子盒結構3. 4 外圍設備主要由具有自動傳輸功能的通信模塊和 UPS 電源構成。以保證將雷電觀測設備的信息 及時傳送到指定的位置，為雷電觀測設備和通信模塊提供穩(wěn)定的供電。3.5 運行狀態(tài)和采樣每 30 秒采集一次雷電觀測設備的運行狀態(tài)信息，包括發(fā)送狀態(tài)信息時的時間、自檢標 志、讀出的當前閾值及閾值通過率、 探頭所在位置的經(jīng)緯度、 GPS 的誤差放大因子值 （DOP ）、 晶振頻率值的偏差值等。3.6 安裝3.6.1 基本要求0.25之內(nèi)。利用水平儀，確保儀器安裝水平。避免把儀器安裝在建筑物上。閃電定位儀應的方位標志必須對準正北，方位誤差應在3.6.2 觀測設備的安裝

11、設備安裝時應先設置穩(wěn)定牢固的基座，基座應與觀測場平齊或高出觀測場35cm。設備 底盤在固定過程中， 要用水平尺檢查底盤的水平狀態(tài)。底盤水平后，開始架設儀器，并利用水平尺檢查天線水平。云地閃設備的南北磁場天線環(huán)必須被調(diào)節(jié)在正北向的0.25之內(nèi)， 以保證儀器測角精度。通常是在當?shù)卣鐣r分完成調(diào)節(jié)， 利用太陽歷軟件計算當?shù)卣鐣r間， 此刻是太陽處在 天空的最高點上（赤道除外） ，太陽的陰影為正南北向，可用此原理調(diào)節(jié)天線方位。如采用 普通羅盤方式，則只能是臨時性的。更準確的定向還是應用日晷或是專業(yè)性的瞄準器。云地閃設備安裝完成以后應進行一次設備通電測試，以確保設備處在正常工作狀態(tài)。3.6.3 線纜連接

12、線纜的布設距離一般不超過 100m，否則應采取相應技術措施保證信號正常傳輸。通信線纜應使用 3 芯或以上屏蔽線，且單芯截面積不小于20.5mm 。電源線纜使用單芯截面積不小于 1.0mm2 的屏蔽線。線纜應布設在地溝中，并利用輔助設施將通信、電源線纜分開。3.6.4 外圍設備安裝外圍設備的安裝應便于維護、有利于設備良好運行為原則，一般應安排在室內(nèi)。UPS 電源輸入端與前端防浪涌設施連接牢固，輸出端與雷電觀測設備和通信模塊可靠 連接，金屬外殼連接到值班室地網(wǎng)。通信模塊必須可靠接入網(wǎng)絡。防雷必須符合氣象臺（站）防雷技術規(guī)范QX4-2000 ）的要求。3.6.5 防雷3.7 運行維護3.7.1 設備

13、定期維護探測儀每年應檢查一次干燥劑是否失效，如果失效，應更換；探測儀每三年應檢查一次密封海綿墊圈的密封性，如果失效，應更換；探測儀電源部分靠近散熱片的三個電解電容大約34年后易干枯、老化，30000小時后應更換新的電解電容。3.7.2 日常維護每月第一個工作日， 對室內(nèi)電源、通信模塊、 觀測設備進行一次詳細的檢查維護， 災害性天氣發(fā)生后，應對設備進行一次詳細的檢查維護。每年汛期之前，由各省組織本省巡檢工作。4數(shù)據(jù)傳輸與處理4.1信息傳輸在國務院和省級氣象主管機構分別建立國家和省級雷電觀測數(shù)據(jù)處理中心,實現(xiàn)全國雷電觀測站網(wǎng)的組網(wǎng)運行。各雷電觀測站應實時主動地將數(shù)據(jù)傳送至國家雷電觀測數(shù)據(jù)處理中心及

14、省級雷電觀測數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)從臺站傳輸?shù)絿壹壓褪〖壷行难舆t應小于20秒。信息傳輸流程如圖4.1:PE測加爐 聽！RrTT iwirfil廠何*滑電監(jiān)醐歡抑處理中忑、fit撲比時 扌升皈殳篇爲gg車itM tTl：t ?1?5遊堆上扌良*t障筍遺彈崎郵門扌旨導蛙鄴一-十 w* .地壯歸上 *卅桿r it*測掘監(jiān)測曲茜圖4.1雷電觀測信息傳輸流程4.2雷電觀測數(shù)據(jù)處理中心分別負責國家和本?。ㄗ灾卧趪壹壓褪〖墯庀笾鞴軝C構建立雷電觀測數(shù)據(jù)處理中心, 區(qū)、直轄市）范圍的雷電觀測數(shù)據(jù)的處理、定位計算和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。國家雷電觀測數(shù)據(jù)處理中心建為滿足雷電定位信息實時查詢和雷電預警等業(yè)務的需求,立全國雷電

15、數(shù)據(jù)庫，將雷電定位結果和產(chǎn)品實時發(fā)布，并分發(fā)給各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）氣象主管機構及相關部門。各省（自治區(qū)、直轄市）氣象主管機構可根據(jù)需要建立雷電觀測數(shù) 據(jù)庫，發(fā)布和分發(fā)相關雷電定位結果和產(chǎn)品。雷電觀測數(shù)據(jù)處理中心的任務包括：實時接收、預處理雷電原始數(shù)據(jù)； 采用優(yōu)化定位算 法定位計算，疊加地理信息標識；雷電定位結果及時入數(shù)據(jù)庫，形成雷電信息產(chǎn)品；進行全 程數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和觀測站運行監(jiān)控；負責數(shù)據(jù)的歸檔和分發(fā)等。4.3雷電觀測產(chǎn)品發(fā)布國務院氣象主管機構負責發(fā)布全國雷電產(chǎn)品,實現(xiàn)雷電信息的共享和服務。各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）氣象主管機構可以發(fā)布本?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）雷電產(chǎn)品，以滿足省內(nèi)氣象業(yè)務和服務的需

16、求。5數(shù)據(jù)格式雷電觀測的數(shù)據(jù)主要包括觀測設備的狀態(tài)數(shù)據(jù)、雷電回擊數(shù)據(jù)和定位結果數(shù)據(jù)。5.1狀態(tài)數(shù)據(jù)GPS的狀態(tài)數(shù)據(jù)包括：時間、日期、自檢值、閾值、閾值平均通過率、經(jīng)度、緯度、5.1。誤差放大因子、恒溫槽石英晶振頻率值的偏差等，格式要求見表表5.1二進制狀態(tài)信息幀格式序號數(shù)據(jù)名稱數(shù)據(jù)內(nèi)容數(shù)據(jù)類型字節(jié)數(shù)偏移量1FrameStart ID1幀起始標志第一字節(jié)（0EBH）byte100H2FrameStart ID2幀起始標志第二字節(jié)（90H）byte101H3FrameTag幀種類（為0表示狀態(tài)信息幀）byte102H4Hour發(fā)送狀態(tài)信息時的小時值byte103H5Minute發(fā)送狀態(tài)信息時的分鐘

17、值byte104H6Second發(fā)送狀態(tài)信息時的秒值byte105H7Year發(fā)送狀態(tài)信息時的年word206H8Mon th發(fā)送狀態(tài)信息時的月byte108H9Day發(fā)送狀態(tài)信息時的日byte109H10ResultOfSelfTest最近一次自檢的通過標志word20AH11Threshold當前的閾值word20CH12TCR當前的閾值平均通過率real40EH13Lon gitude最近一次自檢開始時的 GPS經(jīng)度real412H14Latitude最近一次自檢開始時的 GPS緯度real416H15DOP最近一次自檢開始時的 GPS誤差放大因子real41AH16Freque ncy

18、Error10MHZ恒溫槽石英晶振頻率值的偏差(實測值)，單位：Hzin teger21EH17CheckSum幀校驗和byte120H18FrameE nd ID1幀結束標志第一字節(jié)(0DH)byte121H19FrameE nd ID2幀結束標志第二字節(jié)(0AH)byte122H幀長度35字節(jié)5.2回擊數(shù)據(jù)雷電回擊數(shù)據(jù)包括：雷電發(fā)生的時間日期、時間、方位角、磁場強度、峰值電場、陡點值、陡點時間、過零點時間等，格式要求見表5.2。表5.2二進制回擊數(shù)據(jù)格式序號數(shù)據(jù)名稱數(shù)據(jù)內(nèi)容數(shù)據(jù)類型字節(jié)數(shù)偏移量1FrameStart ID1幀起始標志第一字節(jié)(0EBH)byte100H2FrameStart

19、 ID2幀起始標志第二字節(jié)(90H)byte101H3FrameTag幀種類(非0表示閃數(shù)據(jù)幀)byte102H4Hour閃到達時間的小時值byte103H5Minute閃到達時間的分鐘值byte104H6Second閃到達時間的秒值byte105H7us-01閃到達時間的0.1微秒值dword406H8Bns南北峰值磁場real40AH9Bew東西峰值磁場real40EH10E峰值電場real412H11MSP最陡點磁場real416H12MSP-01us最陡點時間（0.1us）word21AH13PP-01us峰點時間（0.1us）word21CH14HWP-01us后過零點時間（0.1us）word21EH15CheckSum幀校驗和byte120H16FrameE nd ID1幀結束標志第一字節(jié)（0DH）byte121H17FrameE nd ID2幀結束標志第二字節(jié)（0AH）byte122H幀長度1 35字節(jié)5.3定位結果數(shù)據(jù)定位結果數(shù)據(jù)應包括：雷電回擊發(fā)生的日期、時間、緯度、經(jīng)度、電流強度、電流陡度、定位誤差、定位方式等。見表5.3 和 5.4。表5.3定位結果二進制格式序號名稱代號格式1雷電時間-年yearWORD2雷電時間-月mon thBYTE3雷電時