《多普勒天气雷达森林草原火灾监测技术规范》

T/ZAWSXXXXX—XXXX多普勒天气雷达森林草原火灾监测技术规范SpecificationforForestandGrasslandWildfireMonitoringUsingDopplerWeatherRadar（征求意见稿）在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。XXXX–XX-XX发布XXXX–XX-XX实施发布ICSCCS T/ZAWSXXXXX—XXXX多普勒天气雷达森林草原火灾监测技术规范范围本文件规定了多普勒天气雷达监测森林草原火灾要求和方法，描述了多普勒天气雷达规格参数要求、疑似林火回波主要判别指标与方法以及疑似林火回波告警分级方法。本文件适用于利用多普勒天气雷达对发生于森林、草原的可燃烧物燃烧情况的监测、预警。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T42189-2022卫星遥感监测技术导则火情QX/T621-2021气象观测资料质量控制天气雷达QX/T653-2022天气雷达基数据和单站产品格式NetCDF术语和定义下列术语和定义适用于本文件。差分反射率differentialreflectivity脉冲体积内水平和垂直偏振雷达回波功率的对数比值，多为大的正值，很不均匀。相关系数crosscorrelationcoefficient相似程度测量值，表示水平和垂直偏振波脉冲在一个脉冲有效照射体积内的作用相似性，其值范围在0到1之间，值越高表明粒子形状和尺寸越均匀。差分相位差specificdifferentialphase在单位距离上，由降水介质引起的水平通道和垂直通道之间的相位差，通常用于气象学中的双偏振雷达测量。地物杂波groundclutter天气雷达波束照射到天气雷达站附近的高山、建筑物等静止的非气象目标时产生的回波数据。昆虫杂波insectclutter天气雷达波束照射到空中飞行的昆虫集群的非气象目标时产生的回波数据。反射率因子reflectivityfactor在瑞利散射条件下，在云雨目标物的单位体积内所有粒子直径6次方之和。回波顶高echotopheight雷达波束探测到的火灾烟尘或热羽流在垂直方向上的最高反射点高度，通常通过雷达回波信号的强度突变位置确定。尺度范围spatialscalerange雷达探测森林火灾产生的烟尘颗粒引起的后向散射信号，包括水平尺度、垂直高度、位置和边界的孤立块状回波。水平平滑度spatialsmoothness雷达反射率因子在水平方向上的空间变化程度。林火烟尘因扩散不均，回波边缘破碎、纹理粗糙（水平平滑度值高）；降水回波则分布均匀、边界平滑（水平平滑度值低）。垂直高差verticalaltitudedifference

指烟柱在垂直方向上每公里高度的反射率强度变化值，用于表征烟尘浓度的垂直递减率。回波纹理结构echotexturepattern反射率因子在空间分布上呈现的粗糙度、均匀性及形态特征，是区分降水、地物杂波、生物散射及林火烟尘的核心依据。回波体扫间变化率echoevolutionratebetweenvolumescans指相邻两次雷达体扫周期内，回波核心参数（强度、面积、顶高等）的变化速率，是捕捉火势动态演变的关键指标。多普勒速度dopplervelocity雷达利用多普勒效应测量到的目标物（降水粒子、烟尘等）沿雷达波束径向方向的运动速度分量。多普勒天气雷达规格参数要求建议配置满足本规范4章性能指标要求的双偏振天气雷达及配套软件，50公里探测最小探测能力可达5dBZ以下烟尘弱回波能力。工作波段X波段/C波段/S波段，依据覆盖范围与探测精度需求选型。空间分辨率小于等于250米（典型值），支持火点网格级精定位。时间分辨率小于等于6分钟扫描周期，实现高频火点监测。扫描仰角设置多层仰角（0.5°～3.5°），适配地形起伏区烟柱多层探测。双偏振参数支持ZDR（差分反射率），CC（相关系数），KDP（差分相位差）需可输出并参与识别算法。雷达杂波抑制能力应具备滤除地物杂波、昆虫杂波的功能。实时数据接口支持API或FTP数据推送标准接口，兼容火情监测平台。疑似林火回波主要判别方法火情回波单元识别数据选择选取距离回波水平距离最近的雷达数据。涉及到两部雷达交叉探测区域，以回波方位角没有明显档角为首要原则，水平距离近为第二原则选择雷达数据。疑似火情回波单元判识利用基本反射率产品，通过前后时次产品对比，识别新出现的回波，标识为疑似火情回波单元。识别条件回波强度、回波尺度、回波高度、回波位置、相关系数、差分反射率（见附录A）。识别方法同时满足所有识别条件的回波单元为火情回波单元。判断火点位置方法识别出林火回波后，前后翻看分析其回波变化，以最初出现此林火回波的图来分析，最强反射率因子回波的位置可判断林火的火点位置，因为林火初始热对流柱垂直上升而在其上空产生的反射率因子回波最强，此方法误差一般在3公里以内。判断起火时间方法根据判断火点位置的方法找出林火的最初始回波，根据火点到雷达的距离，把回波探测时间往前推5～15分钟左右，距离越远时间往前估算越大些，此方法判断的起火时间误差在10分钟以内。林火回波的人工监测流程判断林火回波要用低仰角的雷达探测图，林火初始回波的判断是主要关注和搜索小尺度（2～30公里）的弱回波，以“尺度小、回波弱、高度低、扩散移”的主要特点来判断是否林火回波，然后再分析多普勒速度是否具有辐散特征，并结合林火回波附近气象监测站资料进一步判断。确认是林火回波之后，就要确定起火的时间和地点。主要根据回波前后变化特征来找到林火的初始回波，进而根据初始回波的最强回波位置来确定起火点，以最初始回波时间前推5～15分钟左右来估计起火时间，以回波强度、回波范围、回波高度的变化等来判断火势发展和蔓延情况。见图1。林火回波监测的人工判断流程图林火回波自动识别算法工作流程该方法检测识别所有回波块，计算回波块的属性参量，再进一步对相邻时间的体扫的所有回波块比对，得到相对“不动”的回波块进行连续性检查，所有检查通过后，则根据火险等级情况，给出一定的林火回波概率，最后在符合林火回波概率、强度、面积三个阈值的情况下进行自动报警。见图2。林火自动识别算法的工作流程图疑似林火回波告警分级方法1级告警弱回波（dBZ小于10），或与地物回波高度重合，无外源数据支持（如晴天、无卫星火点）。自动过滤，系统不响应。2级告警回波特征疑似烟柱，但当前区域无卫星火点、视频无异常；或地形遮挡区的可疑回波，仅存在雷达算法端检测。暂不推送，仅入库备查。3级告警雷达识别为典型“矮、小、弱、扩散”型火灾回波，且外部卫星数据无法覆盖（如云层遮挡），或POI信息为林地、无人区。建议推送用户人工核查。4级告警火点回波强度大于18dBZ，空间扩展趋势明显，已匹配卫星火点，POI为林地/草地区域。推送用户系统报警。5级告警多源数据（雷达+卫星）确认火点一致，区域风场支持蔓延趋势，且历史区域有山火记录。推送强告警，建议应急响应。雷达火情数据接口请求URL（接口地址）例如：http://xxx.xx.x.x:port/reportFireDatapost请求方式post请求json字段请求json字段说明字段名必选类型说明radarSource是string报警源acquisitionTime是string火灾时间，yyyy-MM-ddhh:mm:sslongitude是string经度latitude是string纬度detectSize是string探测次数areaSize是string面积大小，单位默认平方公里strengthGrade是string强度，单位默认dBZazimuth否string方位distance否string火情离雷达距离，单位默认公里countyName是string所属县location是string地点，火灾地点dataId是string数据id，唯一标识（字符长度32）confidence是string置信度，山火数据的可信度timePicture否string时序图，以base64格式传输pictureType否string图片类型，png、gif等deptCode是string地市级编号返回参数返回参数参数名类型说明msgstring数据接⼝操作成功或操作失败codeint操作结果编号200成功500失败

（资料性）

火情回波单元识别条件回波强度条件回波单元强度小于53dBZ。回波尺度条件回波单元水平尺度在1km～40km之间。回波高度条件回波单元高度在4.5km以下。回波位置条件回波单元整体不会大尺度移动，以扩散形式发展。相关系数条件回波单元相关系数小于0.7。差分反射率条件回波单元差分反射率一般大于4dB，很不均匀。

参考文献[1]GB/T42189-2022卫星遥感监测技术导则火情[2]QX/T621-2021气象观测资料质量控制天气雷达[3]QX/T653-2022天气雷达基数据和单站产品格式[4]QX/T668-2023天气雷达组网产品数据格式NetCDF[5]黄克慧,朱景,黄以平,周必高,钟建峰.基于多普勒天气雷达的火情自动识别系统[J].气象,2013,39(02):241-248.[6]陈永林,曹晓岗,邵玲玲,戴建华,陈雷.上海一次重大火灾烟雾的雷达回波特征研究[J].气象科学,2010,30(01):121-125.[7]黄克慧,谷风鸣,赵放,等,2007a.森林火灾的CINRAD-SA雷达监测[C]//中国气象学会2007年年会气象综合探测技术分会场论文集.广州:中国气象学会:234-238.[8]张深寿,魏鸣,赖巧珍.两次火情的新一代天气雷达回波特征分析[J].气象科学,2017,37(03):359-367.[9]张林,杨洪平.S波段WSR-88D双偏振雷达观测非降水回波识别方法研究[J].气象,2018,44(05):665-675.《多普勒天气雷达森林草原火灾监测技术规范》编制说明一、工作简况（一）任务来源当前森林草原火灾监测主要依赖卫星遥感、地面巡查和视频监控，存在时效性不足、覆盖盲区及多云天气下失效等问题。多普勒天气雷达具备全天候、高时空分辨率的探测优势，可有效捕捉火情早期产生的烟羽热动力特征，填补现有监测手段的空白，实现火灾的早期精准识别。经过技术研究和试点验证，浙江省应急管理科学研究院牵头，联合浙江省应急管理航空救援中心（浙江省林火监测中心）、浙江省气候中心、成都雷探科技有限公司共同承担《多普勒天气雷达森林草原火灾监测技术规范》制定工作，旨在填补国内多普勒天气雷达专项用于森林草原火灾监测的标准空白，规范技术应用流程。（二）协作单位本标准起草单位包括浙江省应急管理科学研究院、浙江省应急管理航空救援中心（浙江省林火监测中心）、浙江省气候中心、成都雷探科技有限公司。其中：浙江省应急管理科学研究院负责标准整体框架设计、核心技术内容论证及编制统筹；浙江省应急管理航空救援中心（浙江省林火监测中心）提供林火监测实战数据、试点应用案例及应急响应需求支撑；浙江省气候中心负责气象雷达技术参数核验、与现有气象标准的协调性分析；成都雷探科技有限公司提供雷达设备技术参数、数据接口开发经验及算法测试支持。（三）主要工作过程1.工作组组建与计划制定（2024年3月）。牵头单位组织各协作单位成立标准编制工作组，明确分工职责，制定工作计划，确定“调研—起草—验证—完善”的技术路线，同步收集国内外多普勒雷达应用、森林草原火灾监测相关标准及实践案例。2.调研与数据收集（2024年4月—7月）。工作组开展多维度调研：一是调研国内主流多普勒天气雷达型号（如敏视达系列双偏振雷达）的技术参数与应用现状，覆盖X/C/S波段设备在山区、平原等不同地形的监测表现；二是收集浙江金华、衢州等地近5年雷达监测实战数据（含回波强度、火点定位误差、告警响应时间等）；三是梳理国际论文及国内GB/T42189-2022《卫星遥感监测技术导则火情》、QX/T系列气象雷达标准，明确技术协调方向。3.标准初稿编制（2024年8月—12月）。基于调研成果，工作组结合林火雷达监测“识别—定位—告警—推送”全流程需求，完成标准初稿编制，内容涵盖范围、规范性引用文件、术语定义、雷达规格参数、回波判别方法、告警分级、数据接口等核心章节，并形成附录A（火情回波单元识别条件）。4.试点验证与初稿完善（2025年1月—6月）。在浙江省杭州市金华、衢州开展试点应用，选取3部不同波段多普勒雷达，对初稿中的回波判别指标、火点定位方法、告警分级进行验证，累计测试火情案例12起，优化调整回波判别阈值、自动识别算法流程等内容，形成标准讨论稿。5.研讨与征求意见稿形成（2025年7月—10月）。组织召开2次专家研讨会，邀请气象雷达技术、森林消防、应急管理领域专家12人，对讨论稿的技术可行性、实用性进行论证，修改完善雷达杂波抑制等内容；随后向省内11个地市应急管理局、1家雷达设备企业、3所科研院所征求意见，共收集反馈意见28条，采纳22条，最终形成标准征求意见稿。（四）主要起草人及其所做工作唐明豪（浙江省应急管理科学研究院），全面统筹标准编制，负责框架设计、核心技术内容论证及文本统稿。石永国（浙江省应急管理科学研究院），参与核心技术内容研讨，协助开展标准文本的审核与修改工作。张银东（浙江省应急管理科学研究院），提供林火监测实战数据，验证回波判别方法与告警分级的实用性。骆振中（浙江省应急管理科学研究院），参与气象雷达技术参数核验，辅助完成与现有气象标准的协调性分析报告。毛树怀（浙江省应急管理科学研究院），核验气象雷达参数，协调与QX/T系列标准的一致性。高立旦（浙江省应急管理科学研究院），设计雷达数据接口规范，优化自动识别算法流程。樊高峰（浙江省气候中心），气象雷达技术把关，完成规范性引用文件的筛选与核对。邢建武（浙江省应急管理航空救援中心）（浙江省林火监测中心），提供卫星火点数据，验证雷达探火技术。潘颖瑛（浙江省应急管理航空救援中心）（浙江省林火监测中心），提供卫星火点数据，验证雷达探火技术。李少虹（浙江省应急管理航空救援中心）（浙江省林火监测中心），提供卫星火点数据，验证雷达探火技术，参与编制完善。贺忠华（浙江省应急管理航空救援中心）（浙江省林火监测中心），组织试点验证，收集并分析火情案例数据。廖亮（成都雷探科技有限公司），测试雷达杂波抑制功能，完善雷达规格参数要求。二、标准编制原则和主要技术内容论据（一）标准编制原则1.科学性原则基于多普勒雷达原理（如差分反射率、相关系数等双偏振参数特性）与林火烟尘扩散规律，确定回波识别指标，确保技术要求符合物理本质与监测逻辑。2.实用性原则适配国内主流雷达设备（如敏视达系列）与森林草原火灾防控实际需求，设置灵活的雷达波段选型（X/C/S波段）、多层扫描仰角（0.5°～3.5°），满足山区、平原等不同地形的监测需求；告警分级与应急响应等级衔接，确保标准可直接指导实战。3.协调性原则引用GB/T42189-2022（卫星遥感火情监测）、QX/T621-2021（气象雷达数据质量控制）、QX/T653-2022（雷达数据格式）等现行标准，实现与“空天地”一体化监测体系的技术协同，避免标准冲突。4.先进性原则融入双偏振雷达技术、自动识别算法等新技术，参考国际气象雷达最新应用成果，确保标准技术水平与国内雷达监测发展同步。（二）确定标准主要技术内容的论据本标准共分为8个核心章节（范围、规范性引用文件、术语和定义、雷达规格参数要求、疑似林火回波判别方法、告警分级、数据接口、附录），并包含2个资料性附录，具体内容及依据如下：1.范围内容：规定多普勒天气雷达监测森林草原火灾的要求和方法，适用于森林、草原可燃烧物燃烧情况的监测与预警。依据：结合调研中基层防灭火部门的需求，明确“监测对象为森林、草原”，根据土地利用类型排除城市火灾（回波特征差异大）；同时考虑到雷达技术的通用性，未限定雷达波段（X/C/S波段均适用）。2.规范性引用文件内容：引用GB/T42189-2022（卫星遥感火情监测）、QX/T621-2021（雷达数据质量控制）、QX/T653-2022（雷达数据格式）3项标准。依据：GB/T42189-2022用于衔接卫星与雷达的多源数据融合；QX/T621-2021确保雷达数据的可靠性（如杂波抑制要求）；QX/T653-2022统一雷达数据格式（NetCDF），便于与火情监测平台兼容。3.术语和定义内容：界定13个核心术语，包括差分反射率（3.1）、相关系数（3.2）、回波顶高（3.7）、水平平滑度（3.9）等。依据：大部分术语参考雷达气象学通用定义，部分术语结合林火监测特性调整，例如“水平平滑度”（3.9）明确“林火烟尘回波边缘破碎、值高，降水回波边界平滑、值低”，为后续判别提供依据。4.多普勒天气雷达规格参数要求内容：从建议配置（4.1）、工作波段（4.2）、空间分辨率（4.3）、时间分辨率（4.4）等8个维度明确参数要求，例如“空间分辨率≤250米”“时间分辨率≤6分钟”“双偏振参数需输出ZDR、CC、KDP”。依据：建议配置（4.1）：参考浙江省敏视达系列双偏振雷达实际应用效果，其50公里内可探测≤5dBZ的弱回波，满足早期火情识别需求；空间/时间分辨率（4.3/4.4）：基于金华、衢州实战验证结果，250米分辨率可定位火点至“网格级”，6分钟扫描周期可捕捉火点扩散初期的变化；双偏振参数（4.6）：文献调研显示，ZDR（差分反射率）可区分非球形烟尘颗粒与球形降水粒子，CC（相关系数）可量化颗粒均匀性，是减少误报的关键指标。5.疑似林火回波主要判别方法内容：包括火情回波单元识别（5.1）、火点位置判断（5.6）、起火时间判断（5.7）、人工监测流程（5.8）、自动识别算法流程（5.9）5部分，核心是附录A的“6项识别条件”（回波强度≤53dBZ、水平尺度1-40km、高度≤4.5km等）。依据：识别条件（附录A）：基于12个雷达站的历史数据统计，林火烟尘回波强度多在5-35dBZ（远低于降水回波的50+dBZ），高度多≤4.5km（受热羽流上升能力限制），水平尺度1-40km（小规模火灾1-5km，大规模火灾10-40km）；人工/自动流程（5.8/5.9）：参考浙江省林火监测中心的实际操作流程，人工流程侧重“低仰角排查、多时次对比”，自动流程基于“四邻域法识别回波块+连续性检查”，提升监测效率。6.疑似林火回波告警分级方法内容：将告警分为5级，从“1级自动过滤”到“5级强告警、建议应急响应”，分级依据包括回波强度、多源数据匹配度（卫星火点、POI信息）、蔓延趋势。依据：结合基层应急响应流程，1-3级针对“中低可信度回波”（如无卫星支持、地形遮挡），避免无效响应；4级针对“中高可信度回波”（如典型烟柱回波、匹配卫星火点），需人工核查或系统报警；5级针对“高风险火灾”（多源确认、有蔓延条件），需紧急响应，符合“分级管控、精准处置”原则。7.雷达火情数据接口内容：明确接口URL、请求方式（POST）、请求JSON字段（如radarSource、longitude、confidence）及返回参数，确保雷达数据可接入火情监测平台。依据：参考浙江省应急管理厅“智慧应急”平台的数据接入规范，字段设计覆盖“数据源-位置-可信度-归属地”核心信息，其中“confidence”字段（置信度）便于平台量化评估数据可靠性，“timePicture”字段（base64时序图）便于人工复核。试验验证的分析、综述报告、技术经济论证，预期的经济效益、社会效益和生态效益。编制小组在浙江省金华、衢州3个典型雷达站开展“模拟+实战”验证，结果显示50公里内≤5dBZ弱回波捕捉率达100%，实际林火监测中火点位置误差≤3公里、起火时间估算误差≤10分钟，4级告警误报率从30%降至20%以下，平均响应时间较卫星遥感缩短10~20分钟，验证了标准技术方法的科学性与可行性；技术经济论证表明，现有多普勒雷达仅需5~10万元/台的软件升级即可适配标准，无需大规模更换硬件，可覆盖全省100%森林草原区域，经济性价比高；预期效益方面，经济效益上能提升小规模火灾处置率30%、年减少林木损失约2000万元，同时节省巡护人力成本约500万元/年；社会效益上可缩短火情确认时间、为应急处置争取“黄金期”，并完善“地面+视频+卫星+雷达”立体监测网络；生态效益上能降低火灾烧毁面积以保护生物多样性。四、与国际、国外同类标准技术内容的对比情况国际无相关法律法规和标准。五、以国际标准为基础的起草情况、