雷電觀測(cè)業(yè)務(wù)規(guī)范(試行稿)

1、雷電觀測(cè)業(yè)務(wù)規(guī)范（試行稿）中國氣象局綜合觀測(cè)司總則 雷電觀測(cè)業(yè)務(wù)基本要求 2.12.22.32.4觀測(cè)方式 觀測(cè)項(xiàng)目 時(shí)制、日界和對(duì)時(shí) . 雷電觀測(cè)環(huán)境要求 . 2.4.1 場(chǎng)地環(huán)境要求 2.4.2 電磁環(huán)境要求 觀測(cè)站的設(shè)置 2.5云地閃觀測(cè)設(shè)備3.13.23.3223. 3. 3343.43.53.6一般要求 主要技術(shù)性能要求 工作原理及結(jié)構(gòu) 3.3.1 工作原理 . 3.3.2 結(jié)構(gòu) 外圍設(shè)備 運(yùn)行狀態(tài)和采樣 安裝 3.6.1 3.6.2基本要求 觀測(cè)設(shè)備的安裝 線纜連接 外圍設(shè)備安裝 .防雷 888. 8. 83.6.33.6.43.6.5 運(yùn)行維護(hù) 3.7.1 設(shè)備定期維護(hù)3.7.2

2、 日常維護(hù) 數(shù)據(jù)傳輸與處理 4.1 信息傳輸 4.2 雷電觀測(cè)數(shù)據(jù)處理中心4.3 雷電觀測(cè)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?fù)魯?shù)據(jù) 5.3 定位結(jié)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(cè)是氣象觀測(cè)的重要組成部分， 它是對(duì)地球表面大氣層內(nèi)發(fā)生的雷電現(xiàn)象進(jìn)行連 續(xù)的測(cè)定， 為天氣預(yù)報(bào)和氣象服務(wù)提供重要依據(jù)。 雷電觀測(cè)包括： 云地閃、 云閃、 大氣電場(chǎng)、 雷電電流、雷電光學(xué)及雷電聲學(xué)特征等項(xiàng)目。本規(guī)范適用于云地閃觀測(cè)。本規(guī)范是雷電觀測(cè)的業(yè)務(wù)規(guī)則和技術(shù)規(guī)定， 在雷電觀測(cè)業(yè)務(wù)工作中必須嚴(yán)格遵守。 雷電 觀測(cè)站網(wǎng)的

3、建設(shè)、觀測(cè)設(shè)備、組網(wǎng)要求、技術(shù)性能指標(biāo)、計(jì)算方法、數(shù)據(jù)格式、觀測(cè)產(chǎn)品發(fā) 布等，應(yīng)符合本規(guī)范的相關(guān)要求。本規(guī)范的制定、修改和解釋權(quán)屬國務(wù)院氣象主管機(jī)構(gòu)。2 雷電觀測(cè)業(yè)務(wù)基本要求2.1 觀測(cè)方式雷電觀測(cè)采用多站組網(wǎng)、 全天候連續(xù)自動(dòng)觀測(cè)。 有效的雷電觀測(cè)定位數(shù)據(jù)應(yīng)由 3 個(gè)或以 上雷電觀測(cè)站組網(wǎng)獲取。2.2 觀測(cè)項(xiàng)目雷電觀測(cè)站的觀測(cè)項(xiàng)目：包括回?fù)舨ㄐ蔚竭_(dá)時(shí)間、方位角、磁場(chǎng)峰值、電場(chǎng)峰值、波形 特征值（過閾值點(diǎn)、陡點(diǎn)、峰點(diǎn)、后過零點(diǎn)） 、陡度值等。雷電觀測(cè)網(wǎng)的觀測(cè)項(xiàng)目：包括雷電回?fù)舭l(fā)生的日期、時(shí)間、緯度、經(jīng)度、電流強(qiáng)度、電 流陡度、定位誤差、定位方式等。2.3 時(shí)制、日界和對(duì)時(shí)雷電觀測(cè)的所有項(xiàng)目均采

4、用北京時(shí)，以 24 時(shí)為日界。 觀測(cè)儀器以設(shè)備內(nèi)置的 GPS 實(shí)時(shí) 自動(dòng)對(duì)時(shí)。2.4 雷電觀測(cè)環(huán)境要求2.4.1 場(chǎng)地環(huán)境要求安裝雷電觀測(cè)設(shè)備的場(chǎng)地四周應(yīng)平坦開闊， 不宜選在建筑物上。 四周障礙物應(yīng)符合下列 技術(shù)要求：1 ）四周障礙物對(duì)甚低頻（ VLF ）、低頻（ LF ）頻段雷電觀測(cè)天線形成的遮擋仰角不得大于 10。2）高頻（ VHF ）頻段探測(cè)天線 60下視角空間之內(nèi)不得有任何障礙物。以雷電觀測(cè)3。站的高頻探測(cè)天線為中心， 半徑 1 00米范圍以內(nèi)， 不得有導(dǎo)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(cè)

5、場(chǎng)地及附近應(yīng)盡量避免產(chǎn)生觀測(cè)頻段（ 1k-450kHz ）的電磁干擾。電磁噪聲應(yīng) 小于雷電接收機(jī)的閾值范圍。站址的電磁環(huán)境應(yīng)進(jìn)行測(cè)定。2.5 觀測(cè)站的設(shè)置由于單站雷電觀測(cè)數(shù)據(jù)不能定位，雷電的觀測(cè)必須采取組網(wǎng)工作模式，雷電觀測(cè)網(wǎng)由150200km基線距離、成網(wǎng)狀均個(gè)或以上雷電觀測(cè)站組成。平坦地形的雷電觀測(cè)站一般按 勻布設(shè)，地形復(fù)雜地區(qū)可適當(dāng)加密布設(shè)。所選站址應(yīng)有穩(wěn)定的電源和良好的通信條件。 雷電觀測(cè)站一般應(yīng)設(shè)置在符合要求的地面 氣象觀測(cè)場(chǎng)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(cè)設(shè)備在地面氣象觀測(cè)場(chǎng)的位置站址選定后，應(yīng)保持相對(duì)穩(wěn)定，確需遷移時(shí)，應(yīng)經(jīng)國務(wù)院氣象主管機(jī)構(gòu)相關(guān)單位批準(zhǔn)后 方能實(shí)施。3云地閃觀測(cè)設(shè)備3.1般要求能夠滿足自動(dòng)實(shí)時(shí)觀測(cè)的要求;可靠性高，獲取的觀測(cè)數(shù)據(jù)可信;儀器牢靠耐用，能維持長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行;(4)操作和維護(hù)方便，具有詳細(xì)的技術(shù)及操作手冊(cè)。3.2主要技術(shù)性能要求其主要業(yè)務(wù)使用的云地閃觀測(cè)設(shè)備應(yīng)具有國務(wù)院氣象主管機(jī)構(gòu)頒發(fā)的設(shè)備使用許可證, 技術(shù)性能應(yīng)滿足表 3.1要求。表3.

7、1雷電觀測(cè)設(shè)備基本技術(shù)性能指標(biāo)項(xiàng)目指標(biāo)要求測(cè)量距離 300km測(cè)向精度w 1探測(cè)效率 80%云地閃波形鑒別率 95%閃電時(shí)間分辨率w 2ms系統(tǒng)時(shí)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(hù)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(duì)濕度0 100%抗風(fēng)能力陣風(fēng)w 75m/s可靠性平均無故障時(shí)間8000h3.3工作原理及結(jié)構(gòu)3.3.1工作原理云地閃設(shè)備是通過對(duì)雷電輻射的電磁場(chǎng)信息的測(cè)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(wù)使用的云地閃設(shè)備為甚低頻雷電定位系統(tǒng)，采用

8、時(shí)差測(cè)向混合算法。時(shí)差測(cè)向混合閃電定位系統(tǒng)（IMP ACT ）。它的定位原理是：每個(gè)探測(cè)站既探測(cè)回?fù)舭l(fā)當(dāng)有二個(gè)探測(cè)站接收到當(dāng)有三個(gè)探測(cè)站接收到數(shù)生的方位角，又探測(cè)回?fù)糨椛涞碾姶琶}沖波形峰點(diǎn)到達(dá)的準(zhǔn)確時(shí)間。數(shù)據(jù)時(shí)，采用一條時(shí)差雙曲線和兩個(gè)測(cè)向量的混合算法計(jì)算位置;據(jù)時(shí)，在非雙解區(qū)域，采用時(shí)差算法，在雙解區(qū)域，先采用時(shí)差算法得出雙解，后利用測(cè)向數(shù)據(jù)剔除雙解中的假解（見圖3.1）；當(dāng)有四個(gè)及四個(gè)以上探測(cè)站接收到數(shù)據(jù)時(shí)，采用時(shí)差最 小二乘算法定位計(jì)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(shí)用的雷電監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng),2km3km之間。3.3.2結(jié)構(gòu)云地閃設(shè)備的主要部件有保護(hù)罩、支架、 天線

9、組、接收機(jī)、供電電源等。目前業(yè)務(wù)使用的云地閃設(shè)備如圖3.2、3.3、3.4所示。圖3.2云地閃設(shè)備總體結(jié)構(gòu)21 GK天絨2天線部件4屯于*1勺 PMfi-lO3對(duì)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(dòng)15電掠開關(guān)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(hào)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(shè)備

10、主要構(gòu)成圖3.4云地閃設(shè)備電子盒結(jié)構(gòu)3. 4 外圍設(shè)備主要由具有自動(dòng)傳輸功能的通信模塊和 UPS 電源構(gòu)成。以保證將雷電觀測(cè)設(shè)備的信息 及時(shí)傳送到指定的位置，為雷電觀測(cè)設(shè)備和通信模塊提供穩(wěn)定的供電。3.5 運(yùn)行狀態(tài)和采樣每 30 秒采集一次雷電觀測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，包括發(fā)送狀態(tài)信息時(shí)的時(shí)間、自檢標(biāo) 志、讀出的當(dāng)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(yīng)的方位標(biāo)志必須對(duì)準(zhǔn)正北，方位誤差應(yīng)在3.6.2 觀測(cè)設(shè)備的安裝

11、設(shè)備安裝時(shí)應(yīng)先設(shè)置穩(wěn)定牢固的基座，基座應(yīng)與觀測(cè)場(chǎng)平齊或高出觀測(cè)場(chǎng)35cm。設(shè)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(shè)儀器，并利用水平尺檢查天線水平。云地閃設(shè)備的南北磁場(chǎng)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(cè)角精度。通常是在當(dāng)?shù)卣鐣r(shí)分完成調(diào)節(jié)， 利用太陽歷軟件計(jì)算當(dāng)?shù)卣鐣r(shí)間， 此刻是太陽處在 天空的最高點(diǎn)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(shí)性的。更準(zhǔn)確的定向還是應(yīng)用日晷或是專業(yè)性的瞄準(zhǔn)器。云地閃設(shè)備安裝完成以后應(yīng)進(jìn)行一次設(shè)備通電測(cè)試，以確保設(shè)備處在正常工作狀態(tài)。3.6.3 線纜連接

12、線纜的布設(shè)距離一般不超過 100m，否則應(yīng)采取相應(yīng)技術(shù)措施保證信號(hào)正常傳輸。通信線纜應(yīng)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(yīng)布設(shè)在地溝中，并利用輔助設(shè)施將通信、電源線纜分開。3.6.4 外圍設(shè)備安裝外圍設(shè)備的安裝應(yīng)便于維護(hù)、有利于設(shè)備良好運(yùn)行為原則，一般應(yīng)安排在室內(nèi)。UPS 電源輸入端與前端防浪涌設(shè)施連接牢固，輸出端與雷電觀測(cè)設(shè)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(luò)。防雷必須符合氣象臺(tái)（站）防雷技術(shù)規(guī)范QX4-2000 ）的要求。3.6.5 防雷3.7 運(yùn)行維護(hù)3.7.1 設(shè)備

13、定期維護(hù)探測(cè)儀每年應(yīng)檢查一次干燥劑是否失效，如果失效，應(yīng)更換；探測(cè)儀每三年應(yīng)檢查一次密封海綿墊圈的密封性，如果失效，應(yīng)更換；探測(cè)儀電源部分靠近散熱片的三個(gè)電解電容大約34年后易干枯、老化，30000小時(shí)后應(yīng)更換新的電解電容。3.7.2 日常維護(hù)每月第一個(gè)工作日， 對(duì)室內(nèi)電源、通信模塊、 觀測(cè)設(shè)備進(jìn)行一次詳細(xì)的檢查維護(hù)， 災(zāi)害性天氣發(fā)生后，應(yīng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行一次詳細(xì)的檢查維護(hù)。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(wù)院和省級(jí)氣象主管機(jī)構(gòu)分別建立國家和省級(jí)雷電觀測(cè)數(shù)據(jù)處理中心,實(shí)現(xiàn)全國雷電觀測(cè)站網(wǎng)的組網(wǎng)運(yùn)行。各雷電觀測(cè)站應(yīng)實(shí)時(shí)主動(dòng)地將數(shù)據(jù)傳送至國家雷電觀測(cè)數(shù)據(jù)處理中心及

14、省級(jí)雷電觀測(cè)數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)從臺(tái)站傳輸?shù)絿壹?jí)和省級(jí)中心延遲應(yīng)小于20秒。信息傳輸流程如圖4.1:PE測(cè)加爐 聽！RrTT iwirfil廠何*滑電監(jiān)醐歡抑處理中忑、fit撲比時(shí) 扌升皈殳篇爲(wèi)gg車itM tTl：t ?1?5遊堆上扌良*t障筍遺彈崎郵門扌旨導(dǎo)蛙鄴一-十 w* .地壯歸上 *卅桿r it*測(cè)掘監(jiān)測(cè)曲茜圖4.1雷電觀測(cè)信息傳輸流程4.2雷電觀測(cè)數(shù)據(jù)處理中心分別負(fù)責(zé)國家和本省（自治在國家級(jí)和省級(jí)氣象主管機(jī)構(gòu)建立雷電觀測(cè)數(shù)據(jù)處理中心, 區(qū)、直轄市）范圍的雷電觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理、定位計(jì)算和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。國家雷電觀測(cè)數(shù)據(jù)處理中心建為滿足雷電定位信息實(shí)時(shí)查詢和雷電預(yù)警等業(yè)務(wù)的需求,立全國雷電

15、數(shù)據(jù)庫，將雷電定位結(jié)果和產(chǎn)品實(shí)時(shí)發(fā)布，并分發(fā)給各省（自治區(qū)、直轄市）氣象主管機(jī)構(gòu)及相關(guān)部門。各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）氣象主管機(jī)構(gòu)可根據(jù)需要建立雷電觀測(cè)數(shù) 據(jù)庫，發(fā)布和分發(fā)相關(guān)雷電定位結(jié)果和產(chǎn)品。雷電觀測(cè)數(shù)據(jù)處理中心的任務(wù)包括：實(shí)時(shí)接收、預(yù)處理雷電原始數(shù)據(jù)； 采用優(yōu)化定位算 法定位計(jì)算，疊加地理信息標(biāo)識(shí)；雷電定位結(jié)果及時(shí)入數(shù)據(jù)庫，形成雷電信息產(chǎn)品；進(jìn)行全 程數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和觀測(cè)站運(yùn)行監(jiān)控；負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的歸檔和分發(fā)等。4.3雷電觀測(cè)產(chǎn)品發(fā)布國務(wù)院氣象主管機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)發(fā)布全國雷電產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)雷電信息的共享和服務(wù)。各省（自治區(qū)、直轄市）氣象主管機(jī)構(gòu)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(wù)和服務(wù)的需

16、求。5數(shù)據(jù)格式雷電觀測(cè)的數(shù)據(jù)主要包括觀測(cè)設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)、雷電回?fù)魯?shù)據(jù)和定位結(jié)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(shí)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(jìn)制狀態(tài)信息幀格式序號(hào)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(biāo)志第一字節(jié)（0EBH）byte100H2FrameStart ID2幀起始標(biāo)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(shí)的小時(shí)值byte103H5Minute發(fā)送狀態(tài)信息時(shí)的分鐘

17、值byte104H6Second發(fā)送狀態(tài)信息時(shí)的秒值byte105H7Year發(fā)送狀態(tài)信息時(shí)的年word206H8Mon th發(fā)送狀態(tài)信息時(shí)的月byte108H9Day發(fā)送狀態(tài)信息時(shí)的日byte109H10ResultOfSelfTest最近一次自檢的通過標(biāo)志word20AH11Threshold當(dāng)前的閾值word20CH12TCR當(dāng)前的閾值平均通過率real40EH13Lon gitude最近一次自檢開始時(shí)的 GPS經(jīng)度real412H14Latitude最近一次自檢開始時(shí)的 GPS緯度real416H15DOP最近一次自檢開始時(shí)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(shí)測(cè)值)，單位：Hzin teger21EH17CheckSum幀校驗(yàn)和byte120H18FrameE nd ID1幀結(jié)束標(biāo)志第一字節(jié)(0DH)byte121H19FrameE nd ID2幀結(jié)束標(biāo)志第二字節(jié)(0AH)byte122H幀長(zhǎng)度35字節(jié)5.2回?fù)魯?shù)據(jù)雷電回?fù)魯?shù)據(jù)包括：雷電發(fā)生的時(shí)間日期、時(shí)間、方位角、磁場(chǎng)強(qiáng)度、峰值電場(chǎng)、陡點(diǎn)值、陡點(diǎn)時(shí)間、過零點(diǎn)時(shí)間等，格式要求見表5.2。表5.2二進(jìn)制回?fù)魯?shù)據(jù)格式序號(hào)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(biāo)志第一字節(jié)(0EBH)byte100H2FrameStart

19、 ID2幀起始標(biāo)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(dá)時(shí)間的小時(shí)值byte103H5Minute閃到達(dá)時(shí)間的分鐘值byte104H6Second閃到達(dá)時(shí)間的秒值byte105H7us-01閃到達(dá)時(shí)間的0.1微秒值dword406H8Bns南北峰值磁場(chǎng)real40AH9Bew東西峰值磁場(chǎng)real40EH10E峰值電場(chǎng)real412H11MSP最陡點(diǎn)磁場(chǎng)real416H12MSP-01us最陡點(diǎn)時(shí)間（0.1us）word21AH13PP-01us峰點(diǎn)時(shí)間（0.1us）word21CH14HWP-01us后過零點(diǎn)時(shí)間（0.1us）word21EH15CheckSum幀校驗(yàn)和byte120H16FrameE nd ID1幀結(jié)束標(biāo)志第一字節(jié)（0DH）byte121H17FrameE nd ID2幀結(jié)束標(biāo)志第二字節(jié)（0AH）byte122H幀長(zhǎng)度1 35字節(jié)5.3定位結(jié)果數(shù)據(jù)定位結(jié)果數(shù)據(jù)應(yīng)包括：雷電回?fù)舭l(fā)生的日期、時(shí)間、緯度、經(jīng)度、電流強(qiáng)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(jié)果二進(jìn)制格式序號(hào)名稱代號(hào)格式1雷電時(shí)間-年yearWORD2雷電時(shí)間-月mon thBYTE3雷電時(shí)