雷电观测业务规范(试行稿)

1、 雷电观测业务规范（试行稿）中国气象局综合观测司目 录1 总则22 雷电观测业务基本要求22.1 观测方式22.2 观测项目22.3 时制、日界和对时22.4 雷电观测环境要求32.4.1 场地环境要求32.4.2 电磁环境要求32.5观测站的设置33 云地闪观测设备43.1 一般要求43.2主要技术性能要求53.3 工作原理及结构53.3.1工作原理53.3.2结构63.4 外围设备83.5 运行状态和采样83.6 安装83.6.1 基本要求83.6.2 观测设备的安装83.6.3线缆连接83.6.4外围设备安装93.6.5 防雷93.7 运行维护93.7.1设备定期维护93.7.2日常维护

2、94 数据传输与处理104.1信息传输104.2雷电观测数据处理中心104.3雷电观测产品发布115数据格式115.1 状态数据115.2回击数据125.3定位结果数据136质量控制和资料归档14141 总则雷电观测是气象观测的重要组成部分，它是对地球表面大气层内发生的雷电现象进行连续的测定，为天气预报和气象服务提供重要依据。雷电观测包括：云地闪、云闪、大气电场、雷电电流、雷电光学及雷电声学特征等项目。本规范适用于云地闪观测。本规范是雷电观测的业务规则和技术规定，在雷电观测业务工作中必须严格遵守。雷电观测站网的建设、观测设备、组网要求、技术性能指标、计算方法、数据格式、观测产品发布等，应符合本

3、规范的相关要求。本规范的制定、修改和解释权属国务院气象主管机构。2 雷电观测业务基本要求2.1 观测方式雷电观测采用多站组网、全天候连续自动观测。有效的雷电观测定位数据应由3个或以上雷电观测站组网获取。2.2 观测项目雷电观测站的观测项目：包括回击波形到达时间、方位角、磁场峰值、电场峰值、波形特征值（过阈值点、陡点、峰点、后过零点）、陡度值等。雷电观测网的观测项目：包括雷电回击发生的日期、时间、纬度、经度、电流强度、电流陡度、定位误差、定位方式等。2.3 时制、日界和对时雷电观测的所有项目均采用北京时，以24时为日界。观测仪器以设备内置的GPS实时自动对时。2.4 雷电观测环境要求2.4.1

4、场地环境要求安装雷电观测设备的场地四周应平坦开阔，不宜选在建筑物上。四周障碍物应符合下列技术要求：（1）四周障碍物对甚低频（VLF）、低频（LF）频段雷电观测天线形成的遮挡仰角不得大于10°。（2）高频（VHF）频段探测天线60°下视角空间之内不得有任何障碍物。以雷电观测站的高频探测天线为中心，半径100米范围以内，不得有导电物体或者高于天线系统的障碍物。半径100米范围以外（含100米）障碍物与天线的仰角不得大于3°。2.4.2 电磁环境要求雷电观测场地及附近应尽量避免产生观测频段（1k-450kHz）的电磁干扰。电磁噪声应小于雷电接收机的阈值范围。站址的电磁环

5、境应进行测定。2.5观测站的设置由于单站雷电观测数据不能定位，雷电的观测必须采取组网工作模式，雷电观测网由3个或以上雷电观测站组成。平坦地形的雷电观测站一般按150200km基线距离、成网状均匀布设，地形复杂地区可适当加密布设。所选站址应有稳定的电源和良好的通信条件。雷电观测站一般应设置在符合要求的地面气象观测场内。安装位置如图2.1所示： 图2.1 云地闪观测设备在地面气象观测场的位置站址选定后，应保持相对稳定，确需迁移时，应经国务院气象主管机构相关单位批准后方能实施。3 云地闪观测设备3.1 一般要求（1）能够满足自动实时观测的要求；（2）可靠性高，获取的观测数据可信；（3）仪器牢靠耐用，

6、能维持长时间连续运行；（4）操作和维护方便，具有详细的技术及操作手册。3.2主要技术性能要求业务使用的云地闪观测设备应具有国务院气象主管机构颁发的设备使用许可证，其主要技术性能应满足表3.1要求。表3.1 雷电观测设备基本技术性能指标项目指标要求测量距离300km测向精度±1°探测效率80%云地闪波形鉴别率95%闪电时间分辨率2ms系统时间精度1×10-7s晶振稳定度优于1×10-8s过电压保护电平20kv供电电源AC220V(+10%,-15%),50Hz±3Hz环境温度-40+50工作温度-40+80相对湿度0100%抗风能力阵风75m/s

7、可靠性平均无故障时间8000h3.3 工作原理及结构3.3.1工作原理云地闪设备是通过对雷电辐射的电磁场信息的测量，来确定云地闪放电的空间位置和放电参数。目前我国业务使用的云地闪设备为甚低频雷电定位系统，采用时差测向混合算法。时差测向混合闪电定位系统（IMPACT）。它的定位原理是：每个探测站既探测回击发生的方位角，又探测回击辐射的电磁脉冲波形峰点到达的准确时间。当有二个探测站接收到数据时，采用一条时差双曲线和两个测向量的混合算法计算位置；当有三个探测站接收到数据时，在非双解区域，采用时差算法，在双解区域，先采用时差算法得出双解，后利用测向数据剔除双解中的假解（见图3.1）；当有四个及四个以上

8、探测站接收到数据时，采用时差最小二乘算法定位计算。图3.1 三站IMPACT系统的双解区域定位示意图时差测向混合闪电定位系统既能保证较少数目探测网有定位结果，又能保证较小的定位误差，是一种比较实用的雷电监测定位系统，国内外资料表明其定位误差一般在几百米到2km3km之间。3.3.2结构云地闪设备的主要部件有保护罩、支架、天线组、接收机、供电电源等。目前业务使用的云地闪设备如图3.2、3.3、3.4所示。图3.2 云地闪设备总体结构图3.3云地闪设备主要构成图3.4 云地闪设备电子盒结构3.4 外围设备主要由具有自动传输功能的通信模块和UPS电源构成。以保证将雷电观测设备的信息及时传送到指定的位

9、置，为雷电观测设备和通信模块提供稳定的供电。3.5 运行状态和采样每30秒采集一次雷电观测设备的运行状态信息，包括发送状态信息时的时间、自检标志、读出的当前阈值及阈值通过率、探头所在位置的经纬度、GPS的误差放大因子值 （DOP）、晶振频率值的偏差值等。3.6 安装3.6.1 基本要求利用水平仪，确保仪器安装水平。避免把仪器安装在建筑物上。闪电定位仪应的方位标志必须对准正北，方位误差应在±0.25°之内。3.6.2 观测设备的安装设备安装时应先设置稳定牢固的基座，基座应与观测场平齐或高出观测场35cm。设备底盘在固定过程中，要用水平尺检查底盘的水平状态。底盘水平后，开始架设

10、仪器，并利用水平尺检查天线水平。云地闪设备的南北磁场天线环必须被调节在正北向的±0.25°之内，以保证仪器测角精度。通常是在当地正午时分完成调节，利用太阳历软件计算当地正午时间，此刻是太阳处在天空的最高点上（赤道除外），太阳的阴影为正南北向，可用此原理调节天线方位。如采用普通罗盘方式，则只能是临时性的。更准确的定向还是应用日晷或是专业性的瞄准器。云地闪设备安装完成以后应进行一次设备通电测试，以确保设备处在正常工作状态。3.6.3线缆连接线缆的布设距离一般不超过100m，否则应采取相应技术措施保证信号正常传输。通信线缆应使用3芯或以上屏蔽线，且单芯截面积不小于0.5mm2。电

11、源线缆使用单芯截面积不小于1.0mm2的屏蔽线。线缆应布设在地沟中，并利用辅助设施将通信、电源线缆分开。3.6.4外围设备安装外围设备的安装应便于维护、有利于设备良好运行为原则，一般应安排在室内。UPS电源输入端与前端防浪涌设施连接牢固，输出端与雷电观测设备和通信模块可靠连接，金属外壳连接到值班室地网。通信模块必须可靠接入网络。3.6.5 防雷防雷必须符合气象台（站）防雷技术规范（QX4-2000）的要求。3.7 运行维护3.7.1设备定期维护探测仪每年应检查一次干燥剂是否失效，如果失效，应更换；探测仪每三年应检查一次密封海绵垫圈的密封性，如果失效，应更换；探测仪电源部分靠近散热片的三个电解电

12、容大约34年后易干枯、老化，30000小时后应更换新的电解电容。3.7.2日常维护每月第一个工作日，对室内电源、通信模块、观测设备进行一次详细的检查维护，灾害性天气发生后，应对设备进行一次详细的检查维护。每年汛期之前，由各省组织本省巡检工作。4 数据传输与处理4.1信息传输在国务院和省级气象主管机构分别建立国家和省级雷电观测数据处理中心，实现全国雷电观测站网的组网运行。各雷电观测站应实时主动地将数据传送至国家雷电观测数据处理中心及省级雷电观测数据处理中心，数据从台站传输到国家级和省级中心延迟应小于20秒。信息传输流程如图4.1：图4.1 雷电观测信息传输流程4.2雷电观测数据处理中心在国家级和

13、省级气象主管机构建立雷电观测数据处理中心，分别负责国家和本省（自治区、直辖市）范围的雷电观测数据的处理、定位计算和数据质量控制。为满足雷电定位信息实时查询和雷电预警等业务的需求，国家雷电观测数据处理中心建立全国雷电数据库，将雷电定位结果和产品实时发布，并分发给各省（自治区、直辖市）气象主管机构及相关部门。各省（自治区、直辖市）气象主管机构可根据需要建立雷电观测数据库，发布和分发相关雷电定位结果和产品。雷电观测数据处理中心的任务包括：实时接收、预处理雷电原始数据；采用优化定位算法定位计算，叠加地理信息标识；雷电定位结果及时入数据库，形成雷电信息产品；进行全程数据质量控制和观测站运行监控；负责数据

14、的归档和分发等。4.3雷电观测产品发布国务院气象主管机构负责发布全国雷电产品，实现雷电信息的共享和服务。各省（自治区、直辖市）气象主管机构可以发布本省（自治区、直辖市）雷电产品，以满足省内气象业务和服务的需求。5数据格式雷电观测的数据主要包括观测设备的状态数据、雷电回击数据和定位结果数据。5.1 状态数据状态数据包括：时间、日期、自检值、阈值、阈值平均通过率、经度、纬度、GPS的误差放大因子、恒温槽石英晶振频率值的偏差等，格式要求见表5.1。表5.1 二进制状态信息帧格式序号数据名称数据内容数据类型字节数偏移量1FrameStart ID1帧起始标志第一字节(0EBH)byte100H2Fra

15、meStart ID2帧起始标志第二字节(90H)byte101H3FrameTag帧种类(为0表示状态信息帧)byte102H4Hour发送状态信息时的小时值byte103H5Minute发送状态信息时的分钟值byte104H6Second发送状态信息时的秒值byte105H7Year发送状态信息时的年word206H8Month发送状态信息时的月byte108H9Day发送状态信息时的日byte109H10ResultOfSelfTest最近一次自检的通过标志word20AH11Threshold当前的阈值word20CH12TCR当前的阈值平均通过率real40EH13Longitude

16、最近一次自检开始时的GPS经度real412H14Latitude最近一次自检开始时的GPS纬度real416H15DOP最近一次自检开始时的GPS误差放大因子real41AH16FrequencyError10MHZ恒温槽石英晶振频率值的偏差(实测值)，单位：Hzinteger21EH17CheckSum帧校验和byte120H18FrameEnd ID1帧结束标志第一字节(0DH)byte121H19FrameEnd ID2帧结束标志第二字节(0AH)byte122H帧长度35字节5.2回击数据雷电回击数据包括：雷电发生的时间日期、时间、方位角、磁场强度、峰值电场、陡点值、陡点时间、过零点

17、时间等，格式要求见表5.2。表5.2 二进制回击数据格式序号数据名称数据内容数据类型字节数偏移量1FrameStart ID1帧起始标志第一字节(0EBH)byte100H2FrameStart ID2帧起始标志第二字节(90H)byte101H3FrameTag帧种类(非0表示闪数据帧)byte102H4Hour闪到达时间的小时值byte103H5Minute闪到达时间的分钟值byte104H6Second闪到达时间的秒值byte105H7us-01闪到达时间的0.1微秒值dword406H8Bns南北峰值磁场real40AH9Bew东西峰值磁场real40EH10E峰值电场real412H

18、11MSP最陡点磁场real416H12MSP-01us最陡点时间(0.1us)word21AH13PP-01us峰点时间(0.1us)word21CH14HWP-01us后过零点时间(0.1us)word21EH15CheckSum帧校验和byte120H16FrameEnd ID1帧结束标志第一字节(0DH)byte121H17FrameEnd ID2帧结束标志第二字节(0AH)byte122H帧长度35字节5.3定位结果数据定位结果数据应包括：雷电回击发生的日期、时间、纬度、经度、电流强度、电流陡度、定位误差、定位方式等。见表5.3和5.4。表5.3定位结果二进制格式序号名称代号格式1雷

19、电时间-年yearWORD2雷电时间-月monthBYTE3雷电时间-日dayBYTE4雷电时间-时hourBYTE5雷电时间-分minuteBYTE6雷电时间-秒secondBYTE7雷电时间-0.1毫秒lUsDWORD8雷电经度fLongitudeFloat9雷电纬度fLatitudeFloat10回击峰值强度fIntensityFloat11回击最大陡度fSlopeFloat12定位误差fErrorFloat13定位方式cLocatemethBYTE14处理标志ProcessFlagBYTE13131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313134.1.21313131313131313131