雷電觀測業(yè)務(wù)規(guī)范(試行稿)

1、 雷電觀測業(yè)務(wù)規(guī)范（試行稿）中國氣象局綜合觀測司目 錄1 總則22 雷電觀測業(yè)務(wù)基本要求22.1 觀測方式22.2 觀測項目22.3 時制、日界和對時22.4 雷電觀測環(huán)境要求32.4.1 場地環(huán)境要求32.4.2 電磁環(huán)境要求32.5觀測站的設(shè)置33 云地閃觀測設(shè)備43.1 一般要求43.2主要技術(shù)性能要求53.3 工作原理及結(jié)構(gòu)53.3.1工作原理53.3.2結(jié)構(gòu)63.4 外圍設(shè)備83.5 運行狀態(tài)和采樣83.6 安裝83.6.1 基本要求83.6.2 觀測設(shè)備的安裝83.6.3線纜連接83.6.4外圍設(shè)備安裝93.6.5 防雷93.7 運行維護93.7.1設(shè)備定期維護93.7.2日常維護

2、94 數(shù)據(jù)傳輸與處理104.1信息傳輸104.2雷電觀測數(shù)據(jù)處理中心104.3雷電觀測產(chǎn)品發(fā)布115數(shù)據(jù)格式115.1 狀態(tài)數(shù)據(jù)115.2回擊數(shù)據(jù)125.3定位結(jié)果數(shù)據(jù)136質(zhì)量控制和資料歸檔14141 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(yù)報和氣象服務(wù)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(xué)及雷電聲學(xué)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(wù)規(guī)則和技術(shù)規(guī)定，在雷電觀測業(yè)務(wù)工作中必須嚴(yán)格遵守。雷電觀測站網(wǎng)的建設(shè)、觀測設(shè)備、組網(wǎng)要求、技術(shù)性能指標(biāo)、計算方法、數(shù)據(jù)格式、觀測產(chǎn)品發(fā)布等，應(yīng)符合本

3、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)院氣象主管機構(gòu)。2 雷電觀測業(yè)務(wù)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(yīng)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用北京時，以24時為日界。觀測儀器以設(shè)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

4、場地環(huán)境要求安裝雷電觀測設(shè)備的場地四周應(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。以雷電觀測站的高頻探測天線為中心，半徑100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3°。2.4.2 電磁環(huán)境要求雷電觀測場地及附近應(yīng)盡量避免產(chǎn)生觀測頻段（1k-450kHz）的電磁干擾。電磁噪聲應(yīng)小于雷電接收機的閾值范圍。站址的電磁環(huán)

5、境應(yīng)進行測定。2.5觀測站的設(shè)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3個或以上雷電觀測站組成。平坦地形的雷電觀測站一般按150200km基線距離、成網(wǎng)狀均勻布設(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。雷電觀測站一般應(yīng)設(shè)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： 圖2.1 云地閃觀測設(shè)備在地面氣象觀測場的位置站址選定后，應(yīng)保持相對穩(wěn)定，確需遷移時，應(yīng)經(jīng)國務(wù)院氣象主管機構(gòu)相關(guān)單位批準(zhǔn)后方能實施。3 云地閃觀測設(shè)備3.1 一般要求（1）能夠滿足自動實時觀測的要求；（2）可靠性高，獲取的觀測數(shù)據(jù)可信；（3）儀器牢靠耐用，

6、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(shù)及操作手冊。3.2主要技術(shù)性能要求業(yè)務(wù)使用的云地閃觀測設(shè)備應(yīng)具有國務(wù)院氣象主管機構(gòu)頒發(fā)的設(shè)備使用許可證，其主要技術(shù)性能應(yīng)滿足表3.1要求。表3.1 雷電觀測設(shè)備基本技術(shù)性能指標(biāo)項目指標(biāo)要求測量距離300km測向精度±1°探測效率80%云地閃波形鑒別率95%閃電時間分辨率2ms系統(tǒng)時間精度1×10-7s晶振穩(wěn)定度優(yōu)于1×10-8s過電壓保護電平20kv供電電源AC220V(+10%,-15%),50Hz±3Hz環(huán)境溫度-40+50工作溫度-40+80相對濕度0100%抗風(fēng)能力陣風(fēng)75m/s

7、可靠性平均無故障時間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(wù)使用的云地閃設(shè)備為甚低頻雷電定位系統(tǒng)，采用時差測向混合算法。時差測向混合閃電定位系統(tǒng)（IMPACT）。它的定位原理是：每個探測站既探測回擊發(fā)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(zhǔn)確時間。當(dāng)有二個探測站接收到數(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；當(dāng)有三個探測站接收到數(shù)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(dāng)有四個及四個以上

8、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。圖3.1 三站IMPACT系統(tǒng)的雙解區(qū)域定位示意圖時差測向混合閃電定位系統(tǒng)既能保證較少數(shù)目探測網(wǎng)有定位結(jié)果，又能保證較小的定位誤差，是一種比較實用的雷電監(jiān)測定位系統(tǒng)，國內(nèi)外資料表明其定位誤差一般在幾百米到2km3km之間。3.3.2結(jié)構(gòu)云地閃設(shè)備的主要部件有保護罩、支架、天線組、接收機、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)圖3.3云地閃設(shè)備主要構(gòu)成圖3.4 云地閃設(shè)備電子盒結(jié)構(gòu)3.4 外圍設(shè)備主要由具有自動傳輸功能的通信模塊和UPS電源構(gòu)成。以保證將雷電觀測設(shè)備的信息及時傳送到指定的位

9、置，為雷電觀測設(shè)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(shè)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(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)志必須對準(zhǔn)正北，方位誤差應(yīng)在±0.25°之內(nèi)。3.6.2 觀測設(shè)備的安裝設(shè)備安裝時應(yīng)先設(shè)置穩(wěn)定牢固的基座，基座應(yīng)與觀測場平齊或高出觀測場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)

10、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(dāng)?shù)卣鐣r分完成調(diào)節(jié)，利用太陽歷軟件計算當(dāng)?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(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)進行一次設(shè)備通電測試，以確保設(shè)備處在正常工作狀態(tài)。3.6.3線纜連接線纜的布設(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0.5mm2。電

11、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、有利于設(shè)備良好運行為原則，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)。3.6.5 防雷防雷必須符合氣象臺（站）防雷技術(shù)規(guī)范（QX4-2000）的要求。3.7 運行維護3.7.1設(shè)備定期維護探測儀每年應(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；探測儀電源部分靠近散熱片的三個電解電

12、容大約34年后易干枯、老化，30000小時后應(yīng)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(shè)備進行一次詳細的檢查維護，災(zāi)害性天氣發(fā)生后，應(yīng)對設(shè)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(wù)院和省級氣象主管機構(gòu)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(yīng)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(yīng)小于20秒。信息傳輸流程如圖4.1：圖4.1 雷電觀測信息傳輸流程4.2雷電觀測數(shù)據(jù)處理中心在國家級和

13、省級氣象主管機構(gòu)建立雷電觀測數(shù)據(jù)處理中心，分別負責(zé)國家和本?。ㄗ灾螀^(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。為滿足雷電定位信息實時查詢和雷電預(yù)警等業(yè)務(wù)的需求，國家雷電觀測數(shù)據(jù)處理中心建立全國雷電數(shù)據(jù)庫，將雷電定位結(jié)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(gòu)及相關(guān)部門。各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）氣象主管機構(gòu)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(guān)雷電定位結(jié)果和產(chǎn)品。雷電觀測數(shù)據(jù)處理中心的任務(wù)包括：實時接收、預(yù)處理雷電原始數(shù)據(jù)；采用優(yōu)化定位算法定位計算，疊加地理信息標(biāo)識；雷電定位結(jié)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(zé)數(shù)據(jù)

14、的歸檔和分發(fā)等。4.3雷電觀測產(chǎn)品發(fā)布國務(wù)院氣象主管機構(gòu)負責(zé)發(fā)布全國雷電產(chǎn)品，實現(xiàn)雷電信息的共享和服務(wù)。各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）氣象主管機構(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)的需求。5數(shù)據(jù)格式雷電觀測的數(shù)據(jù)主要包括觀測設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)、雷電回擊數(shù)據(jù)和定位結(jié)果數(shù)據(jù)。5.1 狀態(tài)數(shù)據(jù)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、GPS的誤差放大因子、恒溫槽石英晶振頻率值的偏差等，格式要求見表5.1。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(biāo)志第一字節(jié)(0EBH)byte100H2Fra

15、meStart 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)信息時的小時值byte103H5Minute發(fā)送狀態(tài)信息時的分鐘值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word206H8Month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(biāo)志word20AH11Threshold當(dāng)前的閾值word20CH12TCR當(dāng)前的閾值平均通過率real40EH13Longitude

16、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real41AH16FrequencyError10MHZ恒溫槽石英晶振頻率值的偏差(實測值)，單位：Hzinteger21EH17CheckSum幀校驗和byte120H18FrameEnd ID1幀結(jié)束標(biāo)志第一字節(jié)(0DH)byte121H19FrameEnd ID2幀結(jié)束標(biāo)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

17、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(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(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real412H

18、11MSP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byte120H16FrameEnd ID1幀結(jié)束標(biāo)志第一字節(jié)(0DH)byte121H17FrameEnd ID2幀結(jié)束標(biāo)志第二字節(jié)(0AH)byte122H幀長度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(jié)果二進制格式序號名稱代號格式1雷

19、電時間-年yearWORD2雷電時間-月monthBYTE3雷電時間-日dayBYTE4雷電時間-時hourBYTE5雷電時間-分minuteBYTE6雷電時間-秒secondBYTE7雷電時間-0.1毫秒lUsDWORD8雷電經(jīng)度fLongitudeFloat9雷電緯度fLatitudeFloat10回擊峰值強度fIntensityFloat11回擊最大陡度fSlopeFloat12定位誤差fErrorFloat13定位方式cLocatemethBYTE14處理標(biāo)志ProcessFlagBYTE13131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313134.1.21313131313131313131