河北省雷电观测场项目可研究性报告

野外雷电试验基地项目建议书项目可研究性报告项目名称： 河北省卧龙山雷电试验场（一期工程）项目填报单位： 负责单位： 建设单位： 填表日期 ： 2006 年6 月1 日目录：一、项目建设的必要性和紧迫性二、项目建设的依据三、项目建设的规模和建设地点的初步设想四、项目建设的资源情况、建设条件、协作关系五、项目建设的投资估算和资金筹措设想六、项目建设的进度安排七、经济效果和社会效益的初步估计一、项目建设的必要性和紧迫性（一）项目建设的必要性1、防雷事业是气象事业的重要组成部分，野外雷电试验基地建设是中国气象事业发展的需要。雷电灾害被联合国有关部门列为“最严重的十种自然灾害之一”。随着国民经济的高速发展，特别是计算机技术的广泛应用，雷电灾害造成的经济损失越来越大，影响范围也越来越广，被称为“电子时代的一大公害”。因此防雷减灾事业有其广泛的社会基础和巨大的发展空间，是气象事业发展的重要领域。虽然上个世纪90年代以来，防雷管理法制化后，政府和人民更加重视雷电防护工作，并在全国各地得到较大发展，但由于雷电研究力量薄弱，科研与业务脱节的问题比较严重，制约了雷电防护事业的可持续发展。因此，在电子技术、信息技术迅猛发展的今天，加强雷电研究、建立国家级野外雷电试验基地是中国气象事业发展的需要，更是我省提升雷电科学研究水平的重要手段，对提高我省在全国的影响力有重要作用。2、是社会经济发展与国家安全的需要。根据气象资料统计，我国有21个省（自治区、直辖市）的年雷暴日在50天以上，最多的可达134天。河北省毗邻首都，雷暴日数30天以上，雷电灾害严重，可使供、配电系统、通信设备、计算机信息系统中断，引起森林火灾，击毁建筑物，火车停运，造成仓储、炼油厂、油田等燃烧甚至爆炸，危害人民财产和人身安全，并由此而产生巨大的经济损失。据保守估计，我省每年因雷害造成的直接经济损失达亿元，而由此造成的间接经济损失则难以估计。随着我国经济的发展和现代化水平的提高，特别是高新技术装备、微电子器件的大量采用，雷电灾害的危害程度和造成的经济损失及社会影响越来越大。另外，随着现代科技的发展，非核电磁脉冲武器或者高功率微波弹逐渐走上历史舞台，这种电磁脉冲武器采用高能微波发生器来制造电磁脉冲，雷电则是一种自然强电磁脉冲源，在未来战争的攻击与反攻击（防护）中将起到重要的作用。雷电防护工作事关社会的安全，为了更好贯彻“安全气象”的理念，全国有不少省市气象部门正在筹备雷电监测网的建设，形成区域性雷电监测、预报、预警和雷电物理研究的综合系统，而野外雷电试验基地的建立将给全国雷电物理和雷电防护技术研究与开发提供必要的实验平台，给全国防雷减灾事业提供强大的技术支撑，对社会经济发展和国家安全都具有重要意义；对提升我省防雷技术的影响力具有非常现实的意义。3、野外雷电试验基地的建设是中国气象局落实中国气象事业发展战略研究成果的一项重要举措。中国气象事业发展战略研究指出要大力推进气象科技创新，为气象事业发展提供有力支撑。气象事业是科技型、基础性社会公益事业。气象科技是气象事业全面协调可持续发展的基础，是实现从气象大国向气象强国跨越的根本条件。要在现有战略研究的基础上，进一步明确我国气象科技发展的任务、重点和优先领域，力争在不太长的时间内实现气象科技的重大突破。雷电防护事业是气象事业的一个重要领域，随着我国经济的快速增长，雷电灾害造成的经济损失越来越大。雷电防护事业经过了十几年，有了长足的发展和进步，但雷电基础理论研究仍十分薄弱，野外雷电试验基地在国内还是空白，大气电学和雷电物理研究与国际先进水平差距较大。建立固定的国家级野外雷电试验基地，填补国内空白，是雷电防护科技型业务工作的一项重要内容，不仅为雷电基础理论研究提供强大的技术支撑，培养一支适应中国雷电防护事业发展的科技人才队伍做出重要贡献，也将为建设全面小康社会、构建和谐社会做出气象部门应有的贡献。（二）项目建设的重要性1、项目的建立对提高雷电研究领域的国际地位非常重要。由于雷电发生的随机性和瞬时性，雷电研究必须以野外试验为基础，雷电防护技术以及防雷装置的效果检验更是主要依赖于人工引发雷电技术。许多发达国家，如美国、法国、日本等相继发展了这种技术，并利用这一技术进行了雷电物理和防护技术等多方面的研究工作，同时取得了相关的许多专著和论文，例如美国在Florida试验场进行了架空和地埋输电线的雷电防护试验，日本在Nagaya建立试验基地对冬季雷电进行了多年的研究。最近巴西也建立了雷电试验场并开展了人工引发雷电试验，并对目前ESE防雷装置进行了试验检验，成为这一领域的新生力量。这些研究的开展和研究成果的取得都是基于野外观测资料，并在很大程度上依赖于野外固定试验基地的建立。由于我国过去没有固定的野外雷电试验基地，人工引发雷电技术基础薄弱，国际上有重要影响的相关研究成果就更少，不仅造成国内雷电防护业务和科研的严重脱节，也造成我国的雷电专家在参加许多国际会议上没有发言权。雷电试验基地的建设不仅对国家气象事业有重要贡献，也将使我省的雷电科学技术直接走向国际。2、项目的建立对雷电防护事业可持续发展至关重要。野外雷电试验基地建立后，利用人工引雷技术对各种低压防雷装置和建筑物进行雷电防护试验，对雷电防护各种技术产品进行测试，同时开展雷电电磁兼容和弱电保护研究；集中各种先进的雷电探测手段，获取各种野外观测的宝贵资料，对进一步研究雷电的发生发展物理过程和辐射特征、雷电各种参数特征和雷电防护技术至关重要，在雷电研究领域必将取得丰硕成果。通过项目的建立和不断取得的研究成果，带动雷电防护事业的发展既面向国家需求也能跟上国际科技发展趋势，逐步在研究型雷电业务体制的发展中起到科技支撑作用，从根本上解决科研与业务脱节的问题，促进科研成果向业务服务转化，培养和造就既懂科研又懂业务的复合型人才，全面提升我国雷电研究和业务服务的整体能力，以保障雷电防护事业的可持续发展。（三）项目建设的紧迫性当前，中国气象局开展业务技术体制改革工作，是贯彻落实中国气象事业发展战略研究成果的一项重要和具体的战略性举措。面向全面建设小康社会的迫切和更加广泛的需求，面向世界科学技术日新月异的发展，气象工作一定要突破传统的比较单一的以天气、气候为主的轨道发展，向着包括天气、气候、气候变化、雷电、大气成分、人工影响天气、空间天气监测与预测、农业气象与生态等方面，实现多轨道的发展，积极拓展气象业务服务领域，这是实现“公共气象、安全气象、资源气象”新理念的重大举措，是气象事业为实现经济社会可持续发展和适应建设社会主义和谐社会的需要，是气象工作进行体制创新的重要体现。八轨道之一的雷电业务技术体制改革中存在的一些突出问题：1、雷电综合探测手段、资料的积累和应用比较落后。2、科研基础薄弱，没有形成与我国国情相适应的有特色的研发体系3、从事雷电防护工作的人员素质有待提高，对雷电物理的认识十分有限。野外试验基地的建立将为全国及我省雷电物理研究和雷电防护提供一个技术平台，将不同程度解决以上所提出的在雷电业务技术体制改革中遇到的各种实际问题，给雷电业务技术体制改革提供强大的科研技术支撑，是雷电业务技术体制建设中的重要内容之一，因此，野外雷电试验基地建设非常紧迫。目前，我国其他部门和行业也已经开始注意对雷电的研究，例如中国科技大学、解放军理工大学、长城公司、国家电力科学院和电信部门等，相继开展了雷电物理研究。气象部门要充分利用优势，尽早建立固定的野外雷电试验基地，利用这一平台联合国内外雷电研究机构，深入开展雷电探测试验，为全国雷电防护、监测、预警等业务提供技术支持，为整个社会的雷电防御服务。广州市政府已经同意野外试验场1km2土地征用可以列入城市规划，作为永久无建筑区。我省也应在雷电试验领域争取一个领先地位。近年来我省防雷减灾工作成绩显著，为当地政府保障经济发展和社会安全做出了很大的贡献，未来的投资政策难以预料，不可能有如此好的优越条件，因此，野外雷电试验基地立项工作非常紧迫。（四）项目建设的公益性气象事业公益性的战略地位决定了我国必须大力发展“公共气象”，强化气象服务的职能、健全气象公共服务体系、增加气象公共服务产品、提高气象公共服务质量，更好地发挥气象事业对经济发展很强的现实性作用。雷电防护事业是一项立足于服务社会，保障人民生命财产安全的公益性事业。雷电研究的最终目的在于更好的发展雷电防护事业。二十世纪90年代以来，特别是中华人民共和国气象法和我省的实施办法颁布实施以来，在各级气象主管机构和地方政府的高度重视下，各地的防雷工作发展很快，我省各市、地区、县气象部门均成立了雷电防护专门机构，形成了一支专业雷电防护队伍，在建筑物防雷方面积累了大量的实际经验，为当地政府防雷减灾做出了重大的贡献。因此，野外雷电试验基地是一个科技型公益项目，将为全国及我省雷电防护和研究及公益性雷电预测、预警系统建立提供强有力的技术支撑。二、项目建设的依据1、中华人民共和国气象法； 2、防雷减灾办法（中国气象局）； 3、中华人民共和国国民经济和社会发展第十个五年计划纲要； 4、气象事业发展规划（2001-2015年）； 5、全国地面观测系统发展规划（1996-2010年）； 6、全国气象综合探测系统发展规划（1996-2010年）；7、“雷电物理与防护工程实验室”论证会专家评审意见。8、河北省实施中华人民共和国气象法办法三、项目建设的规模和建设地点的初步设想（一） 野外雷电试验基地的建设规模卧龙山雷电观测试验场建设在保定市满城县刘家台乡龙居村卧龙山上，东经11501.263，北纬3906.271，拔海高度1052m，可利用面积约3km2。建设规模主要有以下方面：1、自然雷电观测塔建设在山项东北方向和西北方向各建设一套高20m的观测铁塔，可安装自然雷电观测设备，和试验各种新型雷电接闪器。2、1km2野外试验观测场火箭引雷试验中，火箭落地范围约1km2，卧龙山雷电试验场核心地带在山头，围绕核心地带实际租用试验场地3000亩山地，在下风方约有3km的试验空间。3、主观测室、辅助观测室的建设主观测室78 m2，辅助观测室20 m2,与试验场成7090角，匀由不锈钢顶和彩钢墙构成，由200m长的采光密闭通道连接，通道可用于建设雷电科技馆。4、雷电防护摸拟实验室通过火箭引发雷进行各种雷电防护装置、器件的真实雷电摸拟试验，建筑面积约40 m2。5、实验室人员工作用房租用龙居村宾馆20套，改造成工作用房。面积约600 m2。另有乾龙山庄宾馆可用于参观访问人员居住。6、VHF辐射源定位系统建设为了监测试验基地周围的雷电时空活动，配合其他专项观测试验，得到综合观测试验数据，在保定、涞源、阜平三站建设一套研究用“三维闪电VHF辐射源定位系统”，探测范围半径为200km。（补充：野外雷电试验基地研究型三维雷电VHF辐射源定位系统。此系统是最近发展起来的基于GPS时钟同步的闪电VHF辐射源到达时间差（TOA）定位技术LMA（Lightning Mapping Array），能以很高的时间分辨率（50ns）和空间定位精度（50100m）展现闪电放电通道的三维时空结构，可用于监测雷电的发生发展演变过程，揭示雷暴电荷结构，是雷电物理过程研究和灾害性天气的监测、预警预报方法研究的重要手段。）7、各种雷电探测系统及设备的建设雷电流直接和间接测量系统、电场和电磁场测量系统、雷电定位系统、雷电信号光纤传输系统、特殊的高压电力系统、人工引雷火箭、高速摄像机等。8、其它基础设施建设包括试验基地所必须的电力、用水、通信设施的建设。（二）野外雷电观测试验场的建设地点综合考虑经济发展、气候条件、雷电防护技术和经验、防雷科研水平、外部政策环境等因素，野外雷电观测试验场建在保定市满城县卧龙山，它有以下几方面的优越条件：1、有“火箭触发雷电”较好的气候条件。根据全国雷暴分布特征和雷电灾害调查，满城县雷暴日数平均为33.5天，基本能够代表北京地区的雷电状况，雷暴特征具有代表性。卧龙山顶雷电日数远高于满城县城，且强度大，强对流天气多。2、卧龙山距北京直线距离120km，气候条件与北京接近，雷电特性能够代表北京。3、有很强的雷电防护技术力量和人才队伍。河北省雷电防护工作开展的好，外部政策环境也相当优越，其科研技术能力和专业队伍在国内有一定影响，对全国普及雷电防护工作做出了重要的贡献。与电力部门和气科院等合作开展许多项目及子课题。人才队伍储备实力也相当雄厚，近年大量研究生加入，给事业发展增加了新的活力。4、气科院组织有关雷电专家进行实地考察，卧龙山地区适合建立野外雷电试验基地。根据试验基地的各种条件，保定市气象局认真调研并确定了建试验基地的理想场地，该场地为九座山丘，周围空旷，能够开展人工引发雷电试验，可以进行雷电防护装置的实验检验，能够进行雷电灾害试验研究等，场地在半径为3km的范围内相对比较开阔，没有密集居住的人群和重要设施存在，专家考察后一致认为适合建立雷电野外试验基地。5、保定市气象局专门为这个项目做了大量的前期工作。保定市气象局通过努力与市政府达成共识：市政府大力支持项目的建设，把基地周围1km2作为无人居住区纳入发展规划，不允许任何建筑物在此区域内，折价1.5亿元人民币。6、雷电野外试验基地与保定市气象局及下属的满城、易县气象局毗邻，满城气象局在此地建立了自动气象站，长年的业务工作由该站可由承担，可有效减少雷电野外试验场的值守人员，保证连续观测的开展。四、项目建设的资源情况、建设条件、协作关系按照中国气象局业务体制改革的要求，野外雷电试验基地建设走“研究型、集约化、开放式”的体制，建设资金多方酬集，广泛吸收电力科学研究院、华北电力大学等外部门的加入，体现开放式的研究体制。（一） 资源情况：1、土地征用。土地征用已与满城县政府进行了沟通，并达成初步协议。2、专用设备。由中国气象科学研究院雷电物理与防护工程实验室购置、定购一些雷电观测专用设备，如电场仪、电磁场测量仪、高速大容量示波器、高速摄像仪和雷电流测量仪等，并将进一步了解国内外相关技术动态，合理确定试验基地所需的各种先进仪器设备。3、人力资源：根据保定市气象局在防雷工作方面取得的经验，及因此锻炼和预备了有关人才，具体人员由河北省气象局、中国气象科学院和保定市气象局提供。（二）建设条件和协作关系：1、由中国气象局各有关职能司、气科院、河北省气象局、保定市气象局有关领导组建一个专家领导小组专门负责试验基地的建设。2、在保定市政府的协作和支持下，在领导小组的指挥下，由保定市气象局具体负责完成土地征用、基础设施建设工作。3、由河北省气象局和气象科学院有关专家负责仪器设备的采购。4、通过与中国科学院寒区旱区环境与工程研究所的合作，实现试验基地特殊接地和屏蔽的建设，实现人工引雷试验的开展。5、与当地电力和通信部门的合作完成电力和通信设施的建设。五、项目建设的投资估算和资金筹措设想（一）建设总投资估算本项目建设投资先期主要由场地租用费、基础工程建设费、基本仪器设备及工器具购置费、工程建设其他费用、基本预备费构成、每年维持经费；后期投资主要根据新增试验项目和仪器设备情况而定。 分项估算如下：1、场地租用费试验基地周围核心地带土地采用租赁方式，租用3000亩，办理各种手续费用，估算每年为6万元。2、基建费用于修路、观测室、雷电防护摸拟实验室和工作用房等土建基础建设费250万元。3、工程建设其它费工程建设其它费包括设计费、站址勘察费、技术培训费、软件开发费、工程建设监理费等，总计68万元。4、建设单位管理费建设单位在野外基地整个建设过程中管理的费用，估算3万元。5、仪器设备费用于购置野外雷电试验基地仪器设备的费用，总计814万元。6、20m观测铁塔的建设和特殊接地屏蔽建设由于观测和雷击试验所需，这部分建设费用估算为20万元。7、人工引雷装置的建设费人工触发雷电装置及研制火箭等费用100万元。8、交通车辆费用于购买野外雷电基地所必须的交通车辆，总计50万元。9、辅助设施建设费用于供电、供水及通讯设施的建设费用20万元。10、运行维持经费实验基地每年运行维持经费10万元。11、基本预备费按预算总额（1411万元）的5%估算，总计70.5万元。（二）资金筹措该项目争取多渠道筹集建设资金，争取列为中国气象局或河北省重点工程建设项目，同时争取当地气象部门和政府的支持。野外雷电试验基地建设前期总投资1411万元，根据本项目具体情况，结合项目建设计划，建设周期为3年，建设投资分年投入计划比例为20%、50%、30%。资金来源可争取电力、军队、院校等部门的支持。六、项目建设的进度安排本项目建设计划阶段为20082010年，建设周期3年，预计于2008年6月完成自然雷电观测项目建设，2010年5月，完成人工引雷项目建设。系统建设分为四个阶段：（一）项目前期（2007年612月）l 主要是完成项目建议书、可行性研究报告等编制与论证；l 主要完成野外基地总体的初步设计；l 完成野外观测基地勘测。（二）项目建设第一阶段（2008年1月2008年5月）l 完成野外观测场地的租用；l 完成试验场道路初步建设；l 完成工作用房屋改造；l 完成自然雷电观测铁塔建设；l 完成观测室的地基部分；l 完成自然雷电观测设备的购置安装，特别是雷电流直接测量系统的建设，达到基本可以用于夏季的野外