气象(大气)综合监测系统工程项目可行性研究报告 52页

'全区气象局长研讨会议学习材料之三内部材料注意保存气象（大气）综合监测系统工程可行性研究报告——大气监测自动化系统二期工程可行性研究报告（简本）编写组二○○四年十月十九日1 目录1.项目背景11.1前言11.2需求与必要性分析11.3监测系统的发展现状31.4监测技术的发展趋势41.5本项目与其它相关部分之间的关系42.指导思想83.项目概况93.1总体建设目标93.2分系统建设目标103.2.1地面气象观测分系统建设目标103.2.2高空气象探测分系统建设目标103.2.3大气成分观测分系统建设目标103.2.4生态气候观测分系统建设目标113.2.5海洋气象观测分系统建设目标113.2.6通信网络分系统建设目标123.2.7技术保障分系统建设目标123.3项目建设的主要内容和规模123.3.1概述123.3.2地面气象观测分系统建设的主要内容和规模123.3.3高空气象探测分系统建设的主要内容和规模133.3.4大气成分观测分系统建设的主要内容和规模143.3.5生态气候观测分系统建设的主要内容和规模153.3.6海洋气象观测分系统建设的主要内容和规模163.3.7通信网络分系统建设的主要内容和规模163.3.8技术保障分系统建设的主要内容和规模164.系统功能164.1总体功能164.2分系统功能174.2.1地面气象观测分系统功能174.2.2高空气象探测分系统功能194.2.3大气成分观测分系统功能214.2.4生态气候观测分系统功能244.2.5海洋气象观测分系统功能264.2.6通信网络分系统功能284.2.7技术保障分系统功能305.系统结构315.1总体结构315.2分系统结构325.2.1地面气象观测分系统结构325.2.2高空气象探测分系统结构335.2.3大气成分观测分系统结构34─2─ 5.2.4生态气候观测分系统结构345.2.5海洋气象观测分系统结构345.2.6通信网络分系统结构345.2.7技术保障分系统结构346.系统布局356.1布局原则356.2分系统布局356.2.1地面气象观测分系统布局356.2.2高空气象探测分系统布局366.2.3大气成分观测分系统布局366.2.4生态气候观测分系统布局376.2.5海洋气象观测分系统布局386.2.6通信网络分系统布局396.2.7技术保障分系统布局397.系统总体技术要求398.系统建设优先级408.1地面气象观测分系统建设优先级408.2高空气象探测分系统建设优先级418.3大气成分观测分系统建设优先级428.4生态气候观测分系统建设优先级438.5海洋气象观测分系统建设优先级439.资源共享439.1目的439.2政策保障449.3机制与策略4410.项目培训4510.1指导思想4510.2培训策略4511.项目管理与实施计划4611.1组织管理4611.2项目实施进度4612.投资估算与资金筹措4612.1投资估算说明4612.2建设投资估算4812.3资金筹措4813.效益分析4814.结论49附图、附表、附件49─2─ 1.项目背景1.1前言气象观测是气象工作的基础，也是发挥“公共气象、安全气象、资源气象”作用的关键。国民经济和社会发展正在不断地对气象业务、服务和科研工作提出许多新的更高要求，为了适应这种需要，进一步提升气象观测能力、增加观测内容、提高观测精度，把观测范围从大气圈扩展到包括大气圈、海洋圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈的整个气候系统已是势在必行。本可行性研究报告是在中国气象事业发展战略研究的指导下，针对未来5年的发展需求和可能，在现有基础上进行研究和编制的。从全面、协调、统一的要求出发，围绕实现“建立一体化观测体系和构建气候系统观测平台”的目标，提出了建立和完善包括地面、高空、大气成分、生态气候、海洋气象等观测分系统，以及配套的通信网络和技术保障等分系统的建设。1.2需求与必要性分析（1）国家防灾减灾的迫切需要在全球气候变化的背景下，我国气象灾害及其衍生灾害，如干旱、洪涝、台风、沙尘暴等频繁发生，气象灾害造成的经济损失在一般年份每年高达420～510亿。加强防灾减灾，迫切需要天气气候预报预测有足够的提前量和精细度（定时、定点、定量），使决策者在其有效的反应时间内采取措施，保护人民生命和财产安全，这也对现有的大气探测系统提出了新的更高要求。─49─ （2）社会发展和人民生活水平提高的迫切需要粮食安全、农业发展、生态环境保护、气象资源利用、城市化进程加快、交通发展、海洋经济发展、重大工程建设等，都离不开准确的天气预报、气候预测和评估；核泄漏等重大突发事件，其危害程度与天气条件密切相关；许多流行病的分布与环境气候条件有关，为减少气候变化对人类健康的负面效应及突发事件对生命的危及，对气象保障服务提出了新的要求。这一切都迫切需要增强气象综合监测能力。（3）开展精细预报、提高预报准确率的迫切需要为提高天气预报和气候预测的准确率，特别是数值预报模式和动力气候模式的发展，需要一套完善的观测系统来支撑，这套观测系统应具有各种尺度的大气和地球表面状态要素、参数和制约其变化的物理、化学、生物因子的监测能力。但是，我国现有观测站网还有局限性，特别是气候系统五大圈层间交互影响的监测、诊断能力还很薄弱，因此需要增强此方面的能力建设。（4）适应全球气候变化预测对观测的需求全球气候变化对我国生态、资源、环境等产生的负面效应日益彰显，给我国经济社会的可持续发展带来难以逆转和持久的影响。对其进行准确的预测与评估，对气象观测提出了新的需求。我国面临的资源与环境问题十分严重，生态环境受气候系统各圈层相互作用及其变化的影响明显，因此需加强对气候系统的演变过程的模拟和演变趋势的预测能力，以尽可能防止天气、气候和气候变化导致的生态和环境灾难的发生。─49─ （5）认识气候系统更深层次基本科学问题的需要重大灾害性天气预报的理论和方法，气候变化（包括气候突变）的预估及其应对策略等，这需要大气科学与其它相关学科的交叉融合，通过对相关科学的进一步研究才有可能得到解决。因此，气象观测系统应能够获取与气象有关的地球物理参数和生物地球化学参数，这些数据既是大气科学发展的需要，也是地球科学和可持续发展科学发展的重要基础。（6）国际合作与交流的需要全球气候变化问题已不仅仅是单个国家或大陆的问题，而是人类共同面临的难题。肆虐东北亚的沙尘暴引起了我国周边国家的关注，迫切需要加强国际合作和交流，以解决困扰人类的难题。气候变化问题，特别是国际减排份额的分配，还使我国的环境外交面临挑战和压力，因此需要充分利用气候变化观测事实、情景预测和影响评估的科研成果，以维护我国和广大发展中国家的权益，也才有可能为保护生存环境、合理调控能源结构发挥气象保障的作用。1.3监测系统的发展现状─49─ 通过几十年来气象事业的建设和发展，我国气象观测网初具规模，探测手段也有了很大改进，已成为世界气象组织世界天气监视网和全球气候监测系统的有机组成部分，在国际合作及我国的经济社会发展、国家安全和防灾减灾中发挥了重要作用。但总体水平与气象事业发展的需求还有较大差距，与国际先进水平相比仍存在很大差距，主要表现在：气象台站分布不太均匀；高原、沙漠、高山及海洋等天气气候敏感地区存在监测的空白；反映各圈层相互作用及变化的气候观测系统还很不完善；一些观测数据采集手段和信息传输设备落后，能够获取的数据在时空分辨率、观测精度、观测项目及观测数据的连续性、完整性等方面尚不能满足气象业务、服务与研究的需要；高空探测系统还很薄弱，还没有形成地基、空基、天基相互补充、综合协调的统一观测体系，气象综合观测的能力亟待增强。1.4监测技术的发展趋势近年来，大气监测技术取得了显著的发展，主要表现在：探测能力显著增强，观测自动化水平迅速提高，重视观测方法、观测网的设计，以及观测仪器的配合，遥测和遥感等观测技术并存，各取所长，综合利用。监测技术总的发展趋势是：向综合探测方向发展，如地基与空基、天基，遥测和遥感，常规与非常规观测等；向系统性方向发展，研制和开发新型设备，从而集信息的获取、预处理及传输为一体化；向遥测遥感自动化方向发展，自动化遥测遥感设备将逐步取代器测和部分目测项目；向高精度方向发展，时空分辨率和探测数据准确性不断提高；探测仪器向多功能、小型化方向发展。1.5本项目与其它相关部分之间的关系1.5.1与一期工程关系─49─ 大气监测自动化系统的建设是一个较大的系统工程项目，为了在有限的目标中发挥更好的效益，整个系统建设分为一期工程和后续工程。一期工程的建设，以满足天气监测为主要需求，以气象常规观测设备的更新换代和自动化为主要目标，通过一期工程建设加快了我国气象探测自动化改造的进程，为后续工程项目的实施奠定了基础，积累了经验。本项目是在充分考虑国家需求、气象事业发展需求、探测技术发展趋势以及一期工程建设的基础上，对现有气象探测系统的进一步完善、创新和拓展，本项目的建设具有如下特点：——实现了观测体系的跨越：从部门的、单一的观测系统，向综合性、系统性、一体化的观测体系转变；从以天气监测为主，向气候系统监测的转变。从而实现以大气观测为主向多圈层观测的跨越。——拓展了新的观测领域：比如生态气候观测分系统和海洋气象观测分系统所设计的监测网络，高空探测分系统中的电离层和中高层大气的探测等，都是一期工程所未能涉及的领域。——强调综合观测平台的建设，重视一站多能、按需配置：例如本项目设计的通量观测平台，配置不同性能的观测仪器，可获取温、湿、风、辐射、气溶胶、温室气体、反应性气体等资料，极大地增强了地-气、海-气相互作用的综合监测能力。——增加了观测手段，丰富了观测内容─49─ ：观测手段多样化，例如臭氧观测中，设计了臭氧光谱仪、臭氧探空、地基平流层臭氧激光雷达、机载对流层臭氧激光雷达等手段，以获取臭氧总量、廓线等丰富观测信息；观测内容得到丰富，例如在现有自动站的配置上增加了土壤水分、能见度、地表状况等的观测内容，在生态观测中设计了对不同下垫面植被的生理特征、土壤的理化特性、水分平衡、陆-气通量等的观测。——加强了气象业务的机动性能和应急功能：移动观测项目的开展，利用车载自动气象站、风廓线雷达、激光雷达，微型无人驾驶飞机和飞机探测等手段，除常规气象要素以外，还可获取土壤、气溶胶、反应性气体、云粒子、通量等有关信息。1.5.2与中国气象事业发展的关系气象观测是中国气象事业的重要组成部分，也是气象业务不断发展的基础，气象观测系统的发展需要一系列工程项目的推动，本项目就是推动气象观测现代化的重大项目之一。根据对国家需求的预测和科技发展的预测，中国气象事业发展战略研究科学地凝练出未来20年气象事业发展的战略目标和战略任务，提出了为实现战略目标和战略任务要完成的能力建设八大工程，以及四个平台的建设。本项目将在中国气象事业发展战略研究的指导下，以2010年发展战略目标为依据，具体完成八大工程之一的——《气象综合观测系统工程》中的中国气象局可完成的部分观测系统建设任务，为构建气候系统观测和气象信息共享等平台奠定基础。1.5.3与中国气候系统观测计划的关系─49─ 中国气候系统观测计划是一个正在研究中的、拟与国际气候监测系统（GCOS）接轨的、为满足中国气候系统模式创新工程的气候系统模式研制需求的、跨部门、多学科的长期观测计划。在本项目的建设中，将综合考虑与中国气候系统观测计划的衔接，完成其中由中国气象局所承担的任务，在常规气象观测的基础上，突出以大气圈为核心的多圈层相互作用，增加观测项目，丰富观测手段，提高观测精度，为气候预测预报、气候变化研究及对策等提供与气象有关的热量、动量、能量和物质交换等基础性数据。例如气候变化研究和预测评估中关心的水循环问题，本项目的设计予以了强力的支持。由遍布于我国领土（包括海岸线、岛屿）的自动气象站提供雨量、蒸发、土壤含水量等信息，高空站提供湿度廓线、大气水汽柱总量信息，大气成分观测分系统的监测网络可提供降水同位素等观测信息，生态气候分系统的监测网络，除可提供自动气象站信息外，还可获取积雪、冰川（盖）、冻土、海冰、湖冰、河冰，以及不同生态类型地表的蒸渗量信息。根据我国气候特点布设站网，是本项目与中国气候观测系统相结合的重点。如在北京及周边地区建立的监测网络，突出了城市群下垫面对大气质量、区域气候影响的监测功能，除常规观测项目外，还增设了大气边界层观测示范网、电离层和中高层大气探测示范站，强化了集太阳辐射、气溶胶、温室气体、反应性气体、臭氧、干湿沉降为一体的大气成分监测网络，以全新思路设计了大气环境（包括城市空气质量和边界层）、地下水环境（水位和水质）、典型下垫面（物质与能量收支、土壤温湿廓线）、植被（生长量）和下垫面遥感探测相结合的城市生态气候观测网络。这种设计思路也将应用于我国其他典型的气候区域，如青藏高原水循环关键区、黑龙江湿地与森林、内蒙古锡林郭勒草原、新疆沙漠与冰川、甘肃荒漠、陕北干旱地区、长江中下游及洞庭湖区、沿海、以上海和广州等特大城市为中心的经济圈等。─49─ 2.指导思想（1）紧紧围绕提高气象预报预测准确率和气象服务水平的发展需求来综合考虑监测系统的项目设计，为气象业务、服务、科研提供范围广、种类多、信息量大、精确度高的各种探测信息，并着力增强对气候系统各圈层的综合探测和信息获取能力。（2）坚持和运用科学发展观，以中国气象事业发展战略研究成果为指导，站在国家高度，谋划系统建设；跟踪当前国际上建立地球观测系统的形势，面向气象科技发展的前沿，正确把握气象综合探测系统的发展方向；结合建立中国气候观测系统的计划，落实气象部门承担的建设任务；结合大监一期工程的建设成果，既要与其相衔接，又要在其基础上有所创新和发展。（3）在观测站网的建设上，坚持一站多能，实行一站多用和综合观测，充分发挥气象部门各种站网资源的作用；逐步实现从部门的、单一的观测系统，向综合性、系统性、一体化的观测体系转变和从以天气监测为主，向气候系统监测的转变。（4）坚持效益优先，资源共享。充分重视和发挥气象现代化建设的效益。建立有利于信息共享的标准体系和政策、法规环境，以共享促进应用，最大限度地发挥气象信息对国家发展、经济建设、社会进步和科技创新的支撑作用，充分发挥气象信息在国民经济各部门的资源性作用。（5）坚持先进性、成熟性与可行性的统一。项目建设─49─ 既要考虑技术的先进性，又要考虑技术的成熟性，还要与全国各地台站的实际情况相结合，并要充分考虑项目在技术、经济、实施等方面的可行性。（6）坚持“硬、软”并重，注重业务应用。在系统设计和建设中，既要重视“硬件”系统建设，更要重视“软件”和应用系统的建设。同时，还要重视数据格式标准和规范的制订、数据质量控制、人才队伍建设和人员技术培训。（7）坚持正确的现代化观，重视系统建设中各子系统间的协调发展。在设计各探测分系统的同时，还要重视通信网络、技术保障和相关基础设施的建设，确保工程建成后系统的整体性，增强系统的整体运转能力和效率。3.项目概况3.1总体建设目标瞄准国际大气探测先进水平，利用各种先进、成熟的探测和信息技术，基本形成门类比较齐全、站网密度适宜、布局合理、自动化程度较高的综合观测体系，初步建立具有较高时、空分辨率和探测精度、运行持续稳定的综合观测网系统，并建立相应技术支持和保障体系。充分发挥综合观测网系统对地球环境的综合监测能力，构建气候系统观测平台，使其初步形成规模，逐步实现对反映气候系统变化特征等五大圈层相互作用过程的综合监测，获取地球物理、大气化学参数以及相关气象要素。─49─ 建立协调、统一与规范的信息采集和分发系统，并实现多学科、跨部门的资源共享和合作。3.2分系统建设目标3.2.1地面气象观测分系统建设目标建成并完善由自动气象站观测、车载移动观测、辐射观测、卫星遥感地面大气校准监测所组成的地面气象观测业务体系。通过本工程的建设，我国地面气象观测将全面实现自动化。优化组合、合理配置、资源共享，实现多种技术和手段的综合观测，增强观测能力，提高地面气象观测的时空分辨率和准确性，为天气、气候、气候变化等业务的需求和科学研究提供完整、准确的观测资料。3.2.2高空气象探测分系统建设目标实现探空站网由目前单一的、无线电探空测风探测网，向以遥测为基准、遥感为主体的综合高空探测网跨越。高空探测网的探测站集成高空探测系统，遥测测风达到国际先进水平；遥感测风、温、湿的探测实现连续化；在全国展开以微型无人驾驶飞机为平台的机动、应急探测；建立业务化的电离层和中高层探测站点，为发展连续、定点、定时天气预报和气候预测创造条件。3.2.3大气成分观测分系统建设目标─49─ 形成资源配置合理、技术水平先进、响应快速、能基本满足国家战略需求和相关学科发展需要，并与国际接轨的大气成分一体化业务观测体系，增强对我国各类气候、地域有代表性的站点和对全球及区域气候、环境本底变化有重要意义的大气成分要素进行精确、系统和长期观测的能力；大幅度提升现有观测站网的整体技术水平和中央级单位运行保障能力；为相关领域的业务发展和科学研究提供不同尺度、高时空分辨率、高精度、准实时的大气成分观测数据和多种服务产品；大幅度提升我国在相关领域的综合探测能力；为我国可持续发展战略、国家安全和国际气候与环境外交谈判等的实施，提供有力支撑和预测预警服务。3.2.4生态气候观测分系统建设目标通过对大气、水、土壤、气候及其生物状况等进行同步、长期地监测，获取生态环境的综合信息，向国家和社会各部门提供综合生态环境资料；通过建立完善的数据质量检验体系，为开发研制我国生态环境预测预警业务系统提供基础数据，为发展天气、气候模式提供基础物理参数；通过建立资料共享体系，为拓展业务领域，开展公共气象、安全气象、资源环境气象服务提供支持。3.2.5海洋气象观测分系统建设目标瞄准世界先进水平，采用先进、可靠的观测设备，与其它观测系统一起构成立体化的海洋气象自动化观测体系，提供高密度、高覆盖率的中国海岸与近海气象观测数据；获得海岸生态环境的气象、气候因子数据；为数值模式提供海洋遥感数据与实测数据，校正遥感数据、提高资料质量；提供中国沿海气候敏感地区近海海洋、海气交互观测数据。3.2.6通信网络分系统建设目标─49─ 通过系统的建设，将使中国气象通信网络系统能够及时、准确、安全、可靠地收集各观测台站的观测信息，并能将这些信息迅速、可靠地汇集到国家气象信息中心；国家和省级中心的分析预报指导产品能及时准确地传输到需要这些资料用户，基本满足业务的发展需求。3.2.7技术保障分系统建设目标分系统建立在技术装备远程运行监控和故障诊断网络基础上，具有快速反应能力，是一个多级计量检定、测试、质量监控、维修维护和技术支持的保障体系。3.3项目建设的主要内容和规模3.3.1概述本项目是一个复杂的监测业务系统，包括地面气象观测、高空气象探测、大气成分观测、生态气候观测、海洋气象观测等五大部分，以及为保证项目建成后正常业务运行所必须建立的通信网络分系统和技术保障分系统。3.3.2地面气象观测分系统建设的主要内容和规模本分系统建设的主要内容是：用自动观测装备替代气象台站地面气象要素的全部人工目测项目；在人烟稀少或无人地区布设无人自动气象站；建设应对重大灾害性天气和突发性事件的车载移动观测；建设辐射基准站和辐射站；增建卫星遥感辐射校正场和真值检验场，建立卫星遥感定校开放实验室和卫星遥感辐射校正资料处理中心等。建设项目有：（1）新建、改善各种类型要素自动气象站共2872个。（2）建立云高、云状、云量自动监测实验点2个。（3）为基准站、基本站置换玻璃钢百叶箱。共700个─49─ （4）布设单雨量站网。共100套（含组网）。（5）网络安全防护（配在有人站）3000套。（6）建立移动登陆台风边界层观测实验点1个和车载登陆台风的移动观测实验点1个。（7）建立车载移动自动气象站观测实验点31个。（8）建立一套车载边界层风廓线雷达系统4套。（9）改建、新建5个辐射校正场和8个真值检验场（10）建立遥感卫星定标开放实验室1个和辐射校正资料处理中心1个。（11）建设辐射基准站2个。（12）改造现有普通辐射站网。扩建观测站点72个。（13）新建紫外辐射站50个。3.3.3高空气象探测分系统建设的主要内容和规模本分系统建设的主要内容是：改造常规高空探测站成为装备具有GPS测风功能的集成高空探测系统的探空站；布设微型无人驾驶飞机探测站；建设风廓线探测站网、地基GPS/MET遥感探测、闪电监测站网、激光雷达，建设电离层与中高层探测系统和边界层探测子系统。建设项目有：（1）在已有的高空探测站基础上，改造完善建成集成高空探测站共120个。（2）建立可移动的微型无人驾驶飞机探空站47个。（3）建立风廓线雷达探测站30个。─49─ （4）建立地基GPS/MET遥感探测站，共113个。（5）建立电离层闪烁接收站（组网）。共15个。（6）建立垂测站（组网）。共5个。（7）建立用于业务试运行的激光多普勒雷达，共1套。（8）建立用于业务试运行的探测气溶胶的激光雷达，共1套。（9）在全国范围内布设的地闪探测子站。共298个。（10）布设11个云闪监测区域站网。包括探测子站共33个。（11）建设具有典型性和示范性的边界层探测网，共5个。3.3.4大气成分观测分系统建设的主要内容和规模本分系统建设的主要内容是：建设大气本底变化骨干观测网站，气溶胶监测网站，温室气体及相关微量成分子观测网站，反应性气体监测网站，地基臭氧和UV监测网站，干湿沉降监测网站，大气化学分析中心实验室等。建设项目有：（1）完善和改造全球大气本底观测站1个。（2）新建全球大气本底观测站1个。（3）完善和改造区域大气本底观测站3个。（4）新建区域大气本底观测站3个。（5）建立气溶胶监测站26个。（6）建立温室气体及相关微量成分观测站22个。（7）建立反应性气体监测城市周边站5个。（8）臭氧总量、臭氧探空站8个。─49─ （9）现有酸雨观测站的设备升级和改造，共150个。（10）大气降水化学成分监测站、降水同位素观测站、干沉降观测站各43个。（11）反应性气体干沉降速率观测站2个。（12）大气化学分析中心实验室1个。3.3.5生态气候观测分系统建设的主要内容和规模本分系统建设的主要内容是：建设农田生态观测、森林生态观测、草地生态观测、湿地生态观测、荒漠生态观测、冰雪冻土气候观测、干旱气候观测和城市生态观测等站点。建设项目有：（1）农田生态气候监测基本站70个，辅助站710个。（2）森林生态气候监测基本站20个，辅助站80个。（3）草地生态气候监测中心站5个、基本站18～30个、一般站或自动站80个。（4）湿地生态气候监测中心站15个，基本站17个，辅助站58个。（5）城市生态气候监测基本站8个，省级站25～30个。（6）荒漠生态气候监测基本站13个，辅助站30个。（7）旱灾监测基本站62个，辅助站195～260个。（8）冰雪冻土气候监测，积雪站80个；冰川（盖）站国内10个、北极1个、南极5个；冻土站80个；海冰站4个，包括南极2个、北极1个；湖冰站4个；河冰站10个。3.3.6海洋气象观测分系统建设的主要内容和规模─49─ 本分系统建设的主要内容是：建设沿海气象综合观测网站，沿海自动化浮标观测站，船舶观测等。建设项目有：（1）新建、改扩建海岛海岸自动气象站212；（2）建成以海气通量和梯度观测为重点的海洋气候综合观测站12个；（3）建立近海浮标观测大浮标9个，小浮标22个；（4）快艇移动观测系统15个，建立地区支持中心3个。3.3.7通信网络分系统建设的主要内容和规模本分系统建设的主要内容是：建设数据收集与分发、全国宽带主干网、数据管理、信息传输业务监控、数据格式标准化、数据共享等子系统以及配套的基础设施。3.3.8技术保障分系统建设的主要内容和规模本分系统建设的主要内容是：国家级技术保障中心，31个省级技术保障中心，以及若干地级保障机构和县级站，包括监控中心建设、国家计量站建设、试验基地建设、外场考核试验场地建设、仪器设备维修、技术支持和质量监督等部分的建设。4.系统功能4.1总体功能─49─ 系统能够根据业务、服务和科研的需要，定时进行地面、高空、大气成分、生态气候和海洋气象观测，并且通过通信网络系统快速收集和分发大气监测资料与经过加工所生成的产品，实现气象部门内、外对气象资源的共享与合作。监测部分——承担包括地面、高空、大气成分、生态气候和海洋气象监测和探测任务，获取各种气象数据。通信网络部分——承担气象资料的传输、数据管理与质量监控。技术保障部分——承担该系统的技术保障，涉及探测设备的监控、气象仪器设备的业务化试验、计量、检测和维修、技术支持和技术培训等各个方面。4.2分系统功能4.2.1地面气象观测分系统功能该分系统主要由自动气象站、车载移动气象综合观测、卫星遥感地面大气校准检测辐射观测4个子系统组成。自动采集、处理、存储或传输多种地面气象要素，可全面满足天气预报、气候预测的需求。采用移动式的观测技术和手段。及时准确应对重大灾害性天气和突发事件，为组织抢险救灾提供现场服务。对国内、外的对地遥感卫星遥感器的在轨辐射定标和仪器在轨性能变化进行地表辐射、大气探空、大气光学厚度标定和定位测量。对国内、外定量遥感产品进行真值检验，为定量遥感产品的合理性分析和产品反演精度提供基础性数据。各子系统的功能如下：自动气象站子系统——─49─ 采集气压、气温、相对湿度、风向、风速、雨量和地温等7种气象信息，以及采集总辐射、散射辐射、直接辐射、反射辐射、净辐射、紫外辐射等辐射信息和蒸发、土壤水分、地表状况、能见度等多种观测要素信息。数据采集的时空密度高，自动气象站的数据存储能力强，网络化传送与处理功能日趋完善，具备较强的软件功能和组网功能，可以全面满足地面气象观测业务的要求。车载移动气象综合观测子系统——具备良好的野外机动性能，有车载移动登陆台风观测、车载移动式自动站和车载边界层风廓线雷达三种形式，是一种移动式高精度的综合地面观测系统。可对时、空随机性强的重大灾害性天气事件（如热带气旅、沙尘暴、龙卷等）进行追踪监测，还能对重要区域（如大城市、高速公路、主要交通枢纽等）和影响严重的突发性气象事件（如洪水、暴雪、冰冻、浓雾、灰霾）以及重大活动（如重大工程的关键性作业、重大科学实验、重大灾难事件、大型运动会等）进行现场气象监测和快速应急保障服务。卫星遥感地面大气校准子系统——可为国内外对地遥感卫星遥感器的在轨辐射定标和仪器在轨性能变化进行地表辐射、大气探空、大气光学厚度的定位测量和标定。利用辐射定标实验室的设备为辐射校正场测量设备进行标定工作，利用辐射校正资料处理系统为在轨遥感卫星进行发射前和在轨定标资料处理。具有承接国内外气象卫星、地球观测卫星（EOS）、海洋卫星、资源卫星、环境卫星遥感器的辐射定标和对各类卫星定量产品检验的能力，为气候数据的定量化分析应用提供高频次、高精度的卫星定标数据和真值检验结果资料。辐射观测子系统——─49─ 对地球表面的太阳辐射进行包括总辐射、太阳直接辐射、散射辐射、反射辐射、净全辐射、大气混浊度、紫外辐射、红外辐射等方面的长期、准确的测量，有助于确定影响全球气候及其变化的能量吸收和传输机制，为卫星辐射观测提供地面订正，并为经济建设和人民生活更有效地利用太阳能技术提供服务等。4.2.2高空气象探测分系统功能该分系统主要由集成高空探测、风廓线仪探测、地基GPS/MET遥感探测、飞机气象观测、大气边界层观测、闪电定位探测、激光雷达观测、电离层与中高层大气探测等8个子系统组成。探测从地面到电离层（地面至30或36公里以下空间）的高空气压、气温、湿度、风向风速、太阳和地气系统辐射及臭氧含量等要素的分布，探测精度符合世界气象组织对高空气象探测的要求，自动化程度高。各子系统的功能如下：集成高空探测子系统——采用探空气球携带电子探空仪升空，由地面设备(地面接收设备、GPS处理器)跟踪探空仪的飞升飘移运动，得到大气层各个高度上的温度、气压、湿度、风向和风速数据。探测高度可达36公里、斜距可达200公里以上。风廓线仪探测子系统——能够不间断地提供探测高度范围内的大气水平风场、垂直气流、大气虚温以及大气折射率结构常数等气象要素随高度的分布数据。地基GPS/MET遥感探测子系统——可以获得很高时间分辨率（每15～30分钟）、达到毫米精度的水汽资料，以补充探空资料在时间分辨率上的不足。还可获取电离层电子浓度信息，对于监测电离层和空间天气具有重要的应用价值。─49─ 飞机气象观测子系统——它能在机载自动控制系统控制下完成预定航线的飞行，并实时地将飞机的飞行轨迹和探测数据传送到地面；地面接收控制处理系统能显示飞机所在位置的经纬度、高度和探测资料，并可发出控制指令；能携带数字化探空仪采集温、压、湿资料；能为测风处理提供微型无人驾驶飞机在空中的位置信息（由机载GPS接收机测定）。通过GPS进行精确定位，并由机载仪器探测大气的各种物理、化学状态。大气边界层观测子系统——属中小尺度范围内的综合性探测系统。采用多种探测技术（高密度的地面监测站网、近地层气象铁塔、边界层气象铁塔、低空气象气球、系留气球、飞艇和小型飞机等）测量气象要素在边界层内的空间分布和变化，实时掌握大气边界层的结构和变化，测大气和大气边界层之间的热量、动量和物质（水汽、沙尘和污染物等）的交换情况，了解人类活动对大气边界层的影响和大气边界层对天气系统的演变的影响，为提高天气预报和气候预测的准确性提供基础性资料。闪电定位探测子系统——以地闪监测为主，部分地区进行云闪监测，提供高精度、高效率的闪电监测数据。建立全国范围内的探测网可以改变闪电目测状况，增强对雷暴等灾害性天气的监测能力和气象防灾减灾能力。激光雷达观测子系统——探测气溶胶、云粒子分布和风场垂直廓线，还可以探测三维风场。激光雷达主要用于环境、沙尘暴、风垂直结构、边界层湍流、晴空风场三维结构、机场风切变和下击暴流等影响飞机起飞和降落的中小尺度天气监测。─49─ 电离层与中高层大气探测子系统——是气象部门一个全新的领域。监测平流层以上至电离层高度的大气状况。电离层闪烁监测网对电离层闪烁指数（包括幅度闪烁和相位闪烁指数）的进行全面系统的监测，具备基本预警的业务能力，同时为电离层闪烁的研究和预报积累数据基础，为国家空间天气监测预警中心开展电离层预报闪烁指数的业务提供设备支持和稳定的数据来源。电离层和中高层大气探测示范站能够获取高空大气和电离层中的大气风场和温度等稀缺的数据，积累数据建立和改进现有模型高空大气模型，为航天和军事提供服务，为空间天气、地面气象和气候研究提供数据支持。4.2.3大气成分观测分系统功能中国气象局现代化建设的重要领域之一。大气成分的预报、预测能为我国经济可持续发展、人民生活质量的提高、资源和生态环境保护、国家气候和环境外交等提供更加及时有效的服务。该分系统主要由大气本底变化观测网、气溶胶监测、温室气体及相关微量成分监测、反应性气体监测、地基臭氧和UV监测、干湿沉降监测、大气化学分析中心实验室、数据采集处理与监控共8个子系统组成。对气溶胶、温室气体、反应性气体、臭氧和UV-B、干湿沉降，以及常规气象要素、大气辐射等核心项目进行长期、系统、精确的网络化观测。为各类大气成分观测站网的长期稳定业务运行和可持续发展提供全方位的科学指导、技术保障，并实现强有力的观测质量监控。各子系统的功能是：大气本底变化观测子系统——─49─ 大气本底观测是气象业务的一个重要组成部分，是大气探测的前沿发展领域。其任务是进行全球大气本底基准观测，在我国具有特定的气候、地域环境代表性的地点对大气中的化学成分、大气物理、化学以及大气中对全球及区域气候、环境本底化具有重要意义的微量成分进行长期、系统的观测及分析评估，积累基础数据，可以为国家经济建设和科学决策提供第一手的数据。温室气体及相关微量成分监测子系统——对大气中的主要温室气体进行长期、连续的瓶采样观测；并在具有典型生态代表性的站点开展温室气体（如CO2、CH4、N2O）通量的观测。提供具有区域代表性和环境典型的我国温室气体大气本底状况长期、系统、准确和可靠的基础观测资料。地基臭氧和UV监测子系统——为区域空气质量预报、预测提供基础性的数据；为区域紫外辐射预报、预测提供关键性的数据和校准手段；获取准确、长期的地基臭氧总量、臭氧垂直分布的数据，为发展卫星遥测全球臭氧总量、臭氧垂直廓线分布提供数据和校准手段，建立我国与国际标准技术接轨的臭氧、UV监测的传递技术标准，保障对臭氧、UV业务监测的质量控制技术方法。反应性气体监测子系统——─49─ 在我国的全球尺度代表性、区域尺度代表性、特大城市和城市群尺度代表性的站点上，以及地面和空中移动监测设施上，选择性地开展包括臭氧、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、氨、挥发性有机物、甲醛、过氧乙酰硝酸酯、过氧化氢和总氮氧化物在内的反应性气体的监测，获得它们在不同尺度站点的本底浓度值和相应变化趋势，为我国气候系统模式、大气光化学模式、气溶胶模式、酸沉降模式的研究和业务应用，以及大气物理化学过程的研究、生态和健康影响评估提供基础数据，同时为未来反应性气体的一体化观测系统打下坚实的基础。气溶胶监测子系统——地基监测大气气溶胶的物理化学特性的测量，包括气溶胶光学吸收特性、散射特性、整层大气气溶胶光学厚度及关键辐射传输参数、气溶胶质量浓度（PM10,PM1），并采集用于气溶胶化学特性的样品，在部分站点开展气溶胶的垂直廓线监测；机载气溶胶的测量系统可对对流层内大气气溶胶的进行采样和在线监测。获得我国不同区域大气气溶胶物理化学特性长期变化的基础信息资料。干湿沉降监测子系统——提供酸沉降、大气降水化学、降水同位素、气溶胶以及部分气体成分干沉降的观测，包括各种样本的采集、保存、寄送、分析，气体干沉降通量的直接测量、观测数据的采集、处理、质量控制、数据报表编制和上传等。北京大气化学分析中心实验室——在中国气象局和WMO-GAW规范化的业务技术体制下，为全球和区域大气观测站、其它有关大气成分观测体系的业务运行和发展，提供全方位的技术保障和科学支撑，实施特殊及大型设备的维修维护和为台站提供人员培训等。数据采集处理与监控子系统——由于大气成分观测的特殊性，数据必须通过分析、质控，数据同化后才能后期应用。该子系统具有对各种自动观测仪器及人工观测采集的资料进行收集、处理、备份、分析、应用的功能，同时还具有与通信传输系统配合进行数据传输以及远程监控、维护等方面的功能。─49─ 4.2.4生态气候观测分系统功能该分系统主要由农田业生态气候监测、森林生态气候监测、草地生态气候观测、湿地生态气候观测、城市生态气候观测、荒漠生态气候监测、旱灾生态气候监测、冰雪冻土生态气候监测共8个子系统组成。分系统的建设是参照国际地球观测计划(GCOS)的发展动向，为满足中国地球观测计划（CCOS）的建设要求设计的。结合遥感、地理信息系统和数学模型等现代手段，对农田、森林、草地、湿地、城市、荒漠、气象衍生灾害、冰雪冻土等各主要类型的生态系统和环境状况的长期、全面的监测。各子系统的功能是：农田生态气候监测子系统——通过在典型的农田生态系统地段建立生态定位观测站及长期在固定样地上对农田生态系统的组成、结构、生物生产力、养分循环、水热循环和能力利用等在自然状态下或人为活动影响下的动态变化格局与过程进行长期监测，揭示农田生态系统演变规律及其动因，测定农田生态系统的生产力，建立农田生态系统功能指标体系，揭示全球变化对农田生态系统的影响及其反馈作用，为气候系统模式提供基本参数，为生态环境监测和信息服务提供基本数据和技术支持。森林生态气候监测子系统——─49─ 对各种不同类型森林生态系统的主要环境因子和生物群落及其基本生态过程进行长期监测，提供水、土、气、生等长期监测数据，揭示森林生态系统及其环境要素的演变规律及其动因，分析森林生态系统结构与功能，研究森林生态系统与全球变化的关系，监测与预警森林生态系统灾害等。草地生态气候监测子系统——监测草地气象常规要素与大气近地层能流与物质交换梯度；监测草地植被状况以揭示其与大气的相互作用与影响；监测草地土壤状况以揭示其与大气的相互作用与影响；监测草地放牧与其它人类活动及其与地球生态系统之间的相互作用与影响；监测对草地正常的畜牧业生产乃至人畜安全有严重影响的降雪（包括雪暴）、长期的连续干旱、虫灾、鼠害的发生时间、数量、强度、危害程度等。湿地生态气候监测子系统——按标准化方法对我湿地的一些重要生态环境因子进行定期观测，获取湿地小气候、水文、水质、土壤、生物、水热通量、碳通量、温室气体浓度和排放通量等数据，为我国气候系统模式的发展提供参数，对湿地生态系统的变化进行监测和预警，同时为湿地遥感产品提供校正资料。城市生态气候监测子系统——建立以城市气候监测为主、结合其它形式监测为辅的城市气候监测站，主要包括对大气边界层结构、大气气溶胶、空气质量、城市地下水环境、城市自然植被物候等的监测和对城市生态气候实施长期定位监测，为相关部门提供科学数据和技术服务，并作为城市生态气候系统综合观测示范站。荒漠生态气候监测子系统——气象部门根据自身的特点，发挥特有的业务技术优势，建立“荒漠生态气候监测子系统”─49─ ，采用地面观测、调查、试验方式，结合卫星遥感、地理信息系统、全球定位系统等先进技术，建立荒漠生态气候监测综合数据库。实现对荒漠生态、荒漠气候、荒漠资源与环境的长期定位观测和遥感宏观动态监测，为地区和国家资源与环境方面的重大决策提供科学依据，促进地球系统科学的发展。旱灾监测子系统——揭示旱灾及其环境要素的演变规律及其动因和全球变化对我国旱灾的影响及其反馈作用，建立真正可供业务使用的旱灾监测体系，可及时、准确地为农业生产部门提供农业干旱、灾情信息，为国家防灾减灾、农业可持续发展提供业务服务。冰雪冻土气候监测子系统——在典型地区监测冰冻圈与大气之间的热量和水分交换，为遥感地面验证提供依据，以便准确描述以冰雪为下垫面的陆面过程，作为大气环流模式和气候模式的输入参数和嵌套模块。4.2.5海洋气象观测分系统功能属本项目新拓展的内容。海洋和大气是全球气候系统的重要组成部分，两者之间的相互作用影响着全球气候和环境变化。该分系统主要由沿海及海岛站网观测、近海浮标观测、船舶观测、卫星遥测应用4个子系统组成。─49─ 通过建设覆盖我国沿海地区的密度适中的现代化沿海气象综合观测站网和初步建成的沿海自动化浮标观测系统，结合利用船舶移动平台观测和海洋卫星的遥感观测，能够对沿海剧烈天气、沿海生态环境变化的气象背景、重要海洋灾害的气象条件、海气交互和沿海重要经济活动区域的天气变化、海面上各种气象要素和上层海水温度、海-气温差、海盐、海浪、涌浪、潮流、洋流等影响天气气候的海洋要素等，进行立体、动态、综合监测，获取沿海和海洋的天气气候和环境变化数据。各子系统的功能是：沿海及海岛站网观测子系统——是沿海地区中尺度预警系统组成部分。提供海岸与近海气象观测（尤其是强风、能见度等）数据，获得海面各种气象要素和海水温度、海-气温差、海浪、涌浪、潮流、洋流、风暴潮等资料，为局地区域高分辨率海流数值预报模式系统提供基础资料和校准数据，为港口建设、装卸和海洋航运、沿海和海上各类生产作业、沿海防护、海上遇险搜索和救援等提供气象保障服务。新建和改扩建海岛海岸自动气象站（含强风、能见度仪），其中部分距离海岸较近的观测站有温盐特征等海洋参数观测。在生态气候敏感地区，重点建成多个以海气通量和梯度观测为主的海洋气候综合观测站(含3个三角洲地区国家多生态类型气候监测基地)。近海浮标观测子系统——提供海洋面各种气象要素和海水温度、海-气温差、海浪、涌浪、潮流、洋流、风暴潮等资料。近海浮标主要针对地区天气预报、预警和生态环境的天气、气候监测，提供风速、风向、气温、气压等参数和水文、水质要素如表层流速、流向、表层水温、盐度和PH、溶解氧、浊度等。大洋浮标则为全球尺度数值模式预报和气候监测服务。船舶观测子系统——─49─ 以观测船为载体，安装全自动气象海洋观测站，定时全自动观测、编报、发报，通过国际海事卫星将数据统一传输至国家海洋局信息中心，经处理后传输至气象信息中心。建设快艇移动观测网络，同时建立3个地区支持中心。卫星遥测应用子系统——通过利用海洋水色卫星、海洋地形卫星、海洋动力环境卫星统一接收、统一传输和统一存储多种卫星遥感的海洋气象资料，建立业务化的资料分析和应用体系。将卫星遥感信息转换成描述天气、气候和海洋环境的定量参数，为天气预报、气候研究、灾情监测评估等提供科学依据。通过统一配备地面接收处理系统，由卫星中心对不同卫星数据统一采集、传输、存储、分析和分发，组成空基观测应用系统。4.2.6通信网络分系统功能通信网络分系统的建设是充分利用我国公用通信网的资源，对海岛、边远、荒漠地区条件困难的台站将特殊对待。在目前中国气象局体制的条件下，逐步建立国家级、省级、测站的三级网络体制，对于那些面积较大的省（区），地（市）级气象台仍然是资料的汇集中心的地方。该分系统主要由数据收集与分发、全国宽带主干网、数据管理子系统、信息传输业务监控、数据格式标准化、数据共享等6个子系统组成。系统可及时、安全、可靠地传输全国各类台站的观测数据，分发分析预报指导产品，提供数据共享平台以满足社会各界对观测资料的需求。提供气象数据产生、传输、归档的各类标准。各子系统的功能是：─49─ 数据收集和分发子系统——包括国家级数据收集中心、31个省级数据收集分中心和各种观测站点的通讯系统，也包括海岛、边远站等特殊地域的观测站点的通讯。传输与收集地面气象观测、高空气象探测、大气成分观测、生态气候观测、海洋气象观测资料以及技术保障分系统监控数据；采用多种方式向全国气象系统各级业务单位、基层台站以及与气象相关的单位和部门分发各类气象观测资料和产品。可满足各分系统提出的通信传输业务要求，并具有一定余量和可扩展性。全国宽带主干网子系统——全国宽带主干网作为中国气象局国内气象资料的传输网（省级以上），覆盖中国气象局、各省气象局和部门外相关部门，为各业务系统间提供高速的网络连接通道。数据管理子系统——包括国家级数据管理系统和省级数据管理系统，覆盖国家级中心和31个省级数据分中心，以数据库为基础对所收集的气象数据进行管理，改变当前气象通信系统基于目录和文件进行数据管理的方式。数据收集：24×7随到随收没有延迟和积压。数据检索：24×7实时检索，响应时间在1秒之内。数据在库内的保存周期至少为7天。数据库资料在磁带介质上长期保存。信息传输业务监控子系统——包括国家级、省级和测站级业务监控系统。监控功能主要有三部分：资源监视和管理（包括计算机、通信网、通信设备、用户），业务管理和监控，人机交互平台。数据格式标准化子系统——包括各种现有和新增─49─ 观测数据格式、传输协议和归档资料的标准化，还包括基于这些标准化格式的编码、解码软件和应用接口软件。数据共享子系统——包括共享数据的收集加工处理、共享数据的存储和数据库、共享数据分发服务等。4.2.7技术保障分系统功能该分系统主要由国家级技术保障、省级气象技术保障、台站气象技术保障三级子系统组成。提供设备的业务化试验、维修、检定、计量标校等技术保障，具有远程运行监控和故障诊断能力，提供技术支持和技术培训，确保投入气象业务系统使用的装备技术先进、运行可靠、计量准确，并使观测人员具备相应的技术素质，充分发挥技术装备的整体效益，保证基本气象业务的正常运行。各子系统的功能是：国家级技术保障子系统——建立国家级探测网的主要装备运行监控、故障远程诊断综合网络平台和技术指导系统，对全国的探测设备运行状态进行监控，并结合加强技术支持与技术指导工作；建立国家级气象物资调配系统和中央级备件库，提供大型技术装备的维修维护和校验；承担新试验场、试验室、外场试验基地和试验装备建设，加强基础能力建设；加强计量检定建设，进一步加强国家气象计量站建设，开展规程编制、检定环境改造、检定标准和设备建设，保障计量检定与量值传递的准确性；承担气象技术装备及另备件的计划采购、出厂验收、储运、供应等供应保障工作，保证产品质量与供应保障。省级气象技术保障子系统——─49─ 建成各省装备运行远程监控和技术指导网络系统，对省内技术装备运行工作状态进行远程监示、业务供应保障和技术指导。具备省级维修保障实体，省级计量检定系统，协助、配合国家级计量检定开展规程编制，进行检定环境改造、检定标准和设备建设。负责气象技术装备的计划、供应、储备，建立省局另备件库，并制定技术装备应急供应方案和措施，具备较强的机动能力，以保证防突发事件发生时的气象装备器材的有效供应。形成一个覆盖省局技术装备中心、各地市、各县的三级结构气象技术保障信息管理和远程支持网；建立设备仪器供应库、仪器检定库、技术保障库三个应用数据库；开发设备仪器管理信息系统、仪器检定管理信息系统、技术保障支持系统、技术装备业务流程管理系统四个应用支持系统。台站气象技术保障子系统——承担台站气象技术装备的日常维护、仪器设备运行状态的现场监控、一般性故障的判断，重点加强随机维修工作。5.系统结构5.1总体结构本项目总体结构可分为监测、通信网络和技术保障三个部分，详见图5-1。所含各分系统之间的关系如图5-2所示。监测部分——承担各种气象数据的采集，包括地面气象观测、高空气象探测、大气成分观测、生态气候观测和海洋气象观测5个部分。通信网络部分——包括─49─ 数据收集、数据分发、全国宽带主干网、数据管理等部分。数据收集采用测站、省级和国家级三级结构。测站到省级利用省内数据收集网，为星型和树型混合网络拓扑结构；省级到国家级依托全国宽带主干网子系统，为星型网络拓扑结构。因此，总体拓扑结构为混合式结构。数据分发主要依托DVB卫星数据广播系统，分不同信道向不同用户广播业务规定的内容。并以租用地面公众电信网络或Internet为备份方式。对特别用户通过专线进行数据分发。通信网络分系统将其他各个分系统有机地联系在一起，观测资料被送往国家级和省级中心进行处理与加工，然后又通过通信网络分系统分发到气象部门内外用户。详见图5-3所示。技术保障部分——由国家、省和派出分中心三级技术保障系统组成。系统信息流程示意图如图5-4所示。5.2分系统结构5.2.1地面气象观测分系统结构地面分系统中包括车载观测、辐射观测、卫星遥感校正和自动站4个子系统，各子系统有其独立性，彼此也有一定联系。其总体结构如图5-5所示。5.2.2高空气象探测分系统结构─49─ 高空气象探测分系统由集成高空探测、风廓线雷达探测、地基GPS/MET遥感探测、微型无人驾驶飞机气象探测、闪电定位探测、激光雷达探测、大气边界层观测、电离层与中高层大气观测等8个子系统，组成遥测探测网、遥感探测网和大气边界层观测网。遥测探测网：由120个双功能集成高空探测站和49个微型无人驾驶飞机探空站构成。遥感探测网：包括298个全国范围内布设的地闪探测子站和11个由3个三维闪电定位仪组成的特殊地区的局域网，30个风廓线雷达探测站，113个相互距离300公里左右的地基GPS/MET遥感探测站，一个初步的电离层闪烁监测网（包括15个电离层闪烁接收站）、一个初步的垂测网（包括5个垂测站）和一个电离层与中高层大气综合示范站组成的电离层与中高层大气观测子系统。业务试运行的2套激光多普勒雷动和2套探测气溶胶的激光雷达，用于大型气象保障（如2008年奥运会）和城市环境等方面的研究和观测。边界层探测网：建立在较完善的中尺度气象探测系统的基础上。常规业务气象站按照边界层探测的要求增加观测项目，加入到加密的地面观测网中。在一个边界层探测系统中，至少要有一座边界层气象铁塔，在地面站网中，可以设置多座近地层气象铁塔，并在多个站点具有施放低空气象气球的能力，根据具体情况和需要，布设风廓线雷达等边界层遥感探测系统，并配备一套以上移动式边界层探测系统。5.2.3大气成分观测分系统结构─49─ 大气成分观测分系统由大气本底变化观测网子系统、气溶胶子系统、温室气体及相关微量成分子系统、反应性气体子系统、臭氧和UV-B子系统、干湿沉降子系统、中心实验室子系统、数据采集处理及通讯子系统等8个部分构成。总体结构及运行流程示意图如图5-6。5.2.4生态气候观测分系统结构生态气候观测分系统包括农业、林业、草地、湿地、城市、荒漠、干旱、冰雪冻土生态气候监测子系统和配套的业务运行保障子系统两大部分，分系统结构如图5-7所示。5.2.5海洋气象观测分系统结构海洋气象观测分系统由沿海及海岛站网观测系统、近海浮标观测系统、船舶观测、卫星遥测应用系统等部分组成。5.2.6通信网络分系统结构通信网络分系统各子系统的相互关系详见图5-8。5.2.7技术保障分系统结构（1）功能结构包括产品的出厂质量控制、装备供应保障、维修维护、技术支持体系等部分。其中技术支持体系包括软件支持与硬件支持两类；维修主要放在省级、地级（部分），维护放在台站级，国家级主要进行出厂质量控制、技术支持与探测质量分析。功能结构详见图5-9。（2）保障结构主要按照国家、省、台站三级维修体系进行建设，部分面积较大，所辖台站较多的地区设置地区级保障系统，其职责与省派出地级设备维修保障系统大体相同。保障结构详见图5-10。─49─ 6.系统布局6.1布局原则（1）以满足气象业务、服务、科研需要为前提，协调均衡地进行系统布局，并配合区域气象发展的重点任务，优化布局方案；（2）坚持一站多能，以构建多元化的综合观测平台为目标，充分发掘气象部门各种站网资源的潜力；（3）系统布局要在注重科学性、合理性的同时，尽量优先考虑现有台站；（4）站网布局要充分考虑当地的通信条件、供电能力、人力资源以及今后运行和维护的可行性；（5）打破部门、行业、地域界限，逐步开始在我国气象业务、服务、科研急需的敏感区设立观测站点，为我所用。6.2分系统布局各分系统的布局情况见表6-1，包括建设项目、建设范围或拟选站址、站数等内容。6.2.1地面气象观测分系统布局─49─ 地面气象观测分系统的布局以现有的基准站、基本站、一般站和辐射站为基础，根据需求，在人烟稀少或无人地区、各类型气候带，布设无人站。在重点地区和有代表性的区域建立车载移动装备、辐射校正场、真值校验场和BSRN辐射基准站。计划在1019个现有台站（目前为人工观测或撤离的艰苦站）实现自动化观测，在1622个现有台站增加观测项目、更换陈旧设备，在493个点新建无人站，在11个点新建辐射校正场、真值校验场和BSRN辐射基准站，在31个省（区、市）配置车载移动装备（其中台风观测仅在广东省作试点，风廓线雷达在北京、天津、上海、重庆4个城市各布设1套）。分系统的布局详见表6-1中序号1。6.2.2高空气象探测分系统布局高空气象探测分系统计划在现有的120个高空探测站、143个基准站、171个基本站和一般站布设探测仪器，在重点地区建设具有典型性和示范性的边界层探测网、云闪监测区域站网、电离层和中高层大气探测示范站。分系统的布局详见表6-1中序号2。6.2.3大气成分观测分系统布局大气成分观测分系统各类台站网布局设计原则是有利于形成具有较好地理覆盖面以及时空代表性的全国性站网；充分考虑到不同的气候、生态、地理环境以及大气成分源汇的代表性，并能反映出由全球及我国不同区域经济发展和人类活动导致的大气成分及其物理与化学特征的变化和趋势。主要包括2个全球大气本底基准站、6个区域大气本底监测站，利用8个本底站、大约72个地面或高空站、150个酸雨观测站，以及本项目其他分系统构建的观测平台（如车载移动、探空、飞机、梯度塔等），建设、升级、重组大气成分观测网络。分系统布局见表6-1中序号3和图6-5。6.2.4生态气候观测分系统布局生态气候观测分系统中每种生态类型观测的布局分为2～─49─ 3个层次，见表6-1中序号4：——农田生态气候监测按农业区划布局，分为基本站和辅助站2个层次。基本站布设70个站：辅助站在基本站外围布设，共710站。——森林生态气候监测按我国森林生态系统保护区的分布布局，分为基本站和辅助站2个层次。基本站在20个有代表性的保护区内建站，每个区内1个站；辅助站计划建设80个站。——草原生态气候监测根据森林草原区、典型草原区、荒漠草原区和高寒草原区的分布而布局，分为中心站、基本站和辅助站3个层次。中心站在4个区中的典型地区和新疆伊力草原各建设1个站；基本站在每个区内依据地理空间、下垫面异质性、气候要素等建设，共18～30个站；辅助站在每个区内陆地生态系统以草地为主的县级或乡级行政区域建设，共80个站。——湿地生态气候监测的布局以中国内地列入《国际重要湿地名录》的湿地为中心，中国国家级湿地自然保护区为基本，其他中国重要湿地为辅，分为中心站、基本站和辅助站3个层次，由15个中心站、17个基本站、58个辅助站组成。——城市生态气候监测布局在特大城市和省会城市，分为基本站和辅助站2个层次。基本站布设在北京、上海、天津、重庆、广州、西安、兰州、沈阳8个城市；辅助站在其他省会城市与大城市，约25～30个站。——荒漠生态气候监测─49─ 选择内蒙古、陕西、甘肃、宁夏、新疆的荒漠地带布局，分为基本站和辅助站2个层次。基本站计划建设13个站；辅助站选择荒漠区基础设施比较好的现有气象站建立，约30个站。——旱灾监测针对优势农业区、生态农业区、牧区的特征进行布局，分为基本站和辅助站2个层次。基本站布设62个站；辅助站共195～260个站。——冰雪冻土气候监测按照积雪、冰川（盖）、冻土、海冰、湖冰、河冰6种类型分别布局（详见图6-6）。在我国北方地区布设约80个站进行积雪观测；在西部典型冰川区约10个点、南极5个点、北极1个点进行冰川（盖）观测；在我国北方冻土地带布设约80个站进行冻土观测（尽量与积雪点重合）；在渤海湾东、南极中山站和长城站、北极Svalbard岛附近海域4个点对海冰进行地面监测；在青海湖、拉木错、哈拉斯湖、长白山天池4个点进行湖冰监测；在黄河中上游、松花江、嫩江、雅鲁藏布江、澜沧江、伊力河共10个点进行河冰监测。6.2.5海洋气象观测分系统布局沿我国东部海岸线，以一度为站距，结合当地海岸形态和气象业务需求，综合选择自动气象站站址。新建133个海岛海岸自动气象站，改扩建79个海岛（岸基）自动气象站，共212个站；其中77个站含海洋参数观测，12个站为海气通量、梯度观测为重点的海洋气候综合观测站。同时根据我国海岸地理特征和海洋天气气候特点，重点考虑在沿海经济开发密集区增加31个浮标（大浮标9个、小浮标22个）和15个快艇观测。─49─ 分系统布局见表6-1中序号5和图6-7。6.2.6通信网络分系统布局布设在国家级数据中心、31个省级数据分中心和本项目设计的各种观测站，也包括海岛、边远站等特殊地域的观测站。6.2.7技术保障分系统布局本分系统按照“国家、省两级管理，国家、省、台站三级保障”的大原则进行布局设计，按照所辖台站数量与所辖面积相结合的原则在一些较大省份进行地区级的保障系统建设。7.系统总体技术要求大气探测设备应当采用各种先进、成熟的探测和信息技术，选择具有较高数据采集率、探测精度和自动化程度高、能够提供自身状态信息和有自检诊断功能、稳定可靠、易于操作和维护的设备。设备还要有防雷击、抗干扰、防腐蚀、防水等性能。通信网络部分应当采用先进成熟的技术，系统稳定、可靠，具有足够的备份和降级处理能力，有业务监控、自检和诊断功能，具有较好的可维护性等。技术保障部分应当具有高精度的标准仪器、科学的检定方法，还要具有快速维修能力，使观测仪器的缺测率控制在最低范围内。─49─ 8.系统建设优先级8.1地面气象观测分系统建设优先级8.1.1分系统中各子系统建设的优先级从技术的成熟性、设备运行稳定可靠性、准确性、可业务化基础水平、设备的国产率、业务可维护性等方面对各子系统进行综合分析，在满足业务需求的前提下，本着先易后难、先业务后研发、先普及后提高的原则，提出子系统建设的优先级。（1）自动气象站子系统和辐射观测子系统。（2）车载移动气象综合观测子系统和卫星遥感地面大气校准监测子系统。8.1.2各子系统中各项具体建设内容的优先级8.1.2.1自动气象站子系统（1）建设区域性中小尺度监测网和城市环境气象监测网。（2）对一般站完成自动站的建设，组成全国性观测网。（3）建设车载移动自动站观测。（4）对现已建成的1600多套自动站进行补充观测项目（土壤水分、能见度、地表状况）和安装防火墙保护系统。（5）对艰苦地区台站建设无人自动站；对需增设站点进行考察并设计建设无人自动站。（6）建立2个云的自动测量试验点。8.1.2.2车载移动气象综合观测子系统（1）建设车载移动登陆台风移动观测。─49─ （2）建设车载移动自动气象站观测。（3）对车载移动边界层风廓线雷达进行考核试验，并设计定型。8.1.2.3卫星遥感地面大气校准监测子系统（1）完善已建的2个辐射校正场。（2）选定辐射校正场周围的常规观测站和新增自动观测站址。（3）为新建3个辐射校正场考察站址，引进设备。（4）为新建8个真值检验场选择站址，引进设备。8.1.2.4辐射观测子系统（1）对现有辐射台站进行技术改造。（2）选择新站点进行考察。（3）建设紫外辐射观测。（4）选择站址，引进设备，建设辐射基准站。8.2高空气象探测分系统建设优先级集成高空探测、风廓线雷达探测、地基GPS/MET遥感探测、微型无人驾驶飞机气象探测、大气边界层观测、闪电定位探测、电离层与中高层大气观测等7个子系统的建设要优先考虑；激光雷达观测子系统要在本项目中实现由业务试运行转入业务运行。各子系统的优先级为：⑴集成高空探测子系统：已有的120个高空探测站全部建成集成高空探测站；⑵风廓线雷达探测子系统：完成京津唐、长江中下游和西北部分地区三个业务示范网共30个站的建设。─49─ ⑶地基GPS/MET遥感探测子系统：优先安排各省会城市和东部条件成熟地区的68个地基GPS遥感探测站的建设。⑷微型无人驾驶飞机气象探空子系统：优先安排大气科学无人驾驶飞机实验室和31个省（市、自治区）各1个站、高空探测资料缺乏的西藏、新疆、甘肃、青海增加9个站，共40个站的建设。⑸大气边界层观测子系统：优先安排京津唐地区、上海及周边地区、长江三峡水库区、广东省东部城市群、新疆塔坷拉玛干沙漠5个具有典型性和示范性的探测网的建设。在沈阳、福州、武汉、重庆、昆明、兰州各建1个移动式边界层探测系统。⑹闪电定位探测子系统：优先实施河北、河南、辽宁、吉林、江苏、安徽、福建、海南、广东、广西、贵州、四川、山西、西藏、新疆等省市共146套VLF地闪定位系统的建设。闪电VHF辐射探测系统，建设武汉和广东两个局域网。优先建设雷电实验室。⑺激光雷达观测子系统：在北京建设激光多普勒雷达和探测气溶胶的激光雷达各1套。⑻电离层与中高层大气观测子系统：优先安排在福州、厦门、广州、韶关、湛江、海口、三亚、昆明、南宁建设9个电离层闪烁监测，在厦门、韶关、昆明、南宁建设4个电离层垂直探测站，在北京及周边地区建设1个电离层和中高层大气探测示范站和所有的网络通讯和数据收集显示系统。8.3大气成分观测分系统建设优先级─49─ 本着符合国际发展趋势，根据业务、服务、科研发展的需求，按照业务需求方面稳定性优先于先进性，有所为、有所不为的原则，优先建设高分辨率、快速响应的多要素协同观测站。分系统项目建设的建议优先级详见附表8-1。8.4生态气候观测分系统建设优先级农田生态气候监测站、森林生态气候监测站、城市生态气候监测站中的基本站，草原生态气候监测站中的中心站与5个生态监测实验室列为第一批建设的项目；其余列为第二批建设的项目。8.5海洋气象观测分系统建设优先级建议优先建设沿海海岛站网子系统，同时试点开展浮标和船舶移动观测。9.资源共享9.1目的本项目作为国家投资建设的重点项目，其采集的各类气象信息是国家在地球系统领域不可或缺的基础信息资源，它不仅为气象业务和科技发展提供坚实的支撑，同时也是国家防灾减灾、可持续发展、社会进步、国家安全保障乃至相关部门开展业务与科研活动的重要基石。因此，本项目将始终坚定不移地贯彻“共享、共用”的指导思想，并在政策、机制、策略与技术平台等方面为信息共享服务提供强有力的保障。─49─ 站在国家高度，打破部门壁垒，推进气象资料全方位的共享与合作是本项目建设的基本出发点和归宿之一,其主要任务之一就是为构建“信息共享平台”提供丰富而及时的数据资源。9.2政策保障建立持续稳定和规范化的数据共享运行机制首先需要相关政策保障。1999年颁布的《中华人民共和国气象法》规定了气象部门有义务开展气象资料的共享，为开展气象基础数据共享提供了法律依据。中国气象局2001年第4号局长令《气象资料共享管理办法》更是明确提出了气象资料无偿对社会公益性机构提供共享，规定了共享气象资料的提供办法，使气象科学数据共享工作有法可依，有章可循，从政策上保障了气象科学数据共享工作的顺利开展。9.3机制与策略中国气象局已经将信息资源共享工作纳入国家和省级相应部门的正常业务，实行规范化的业务管理，并在制度、队伍、运行等方面,把信息共享作为日常气象业务工作的重要组成部分。中国气象局已经在共享服务中探索出一套操作性与规范性兼顾的以分级分类共享为核心的数据共享策略，并将在今后的工作中不断完善。这套策略针对公务、公益与商业用户采取不同的共享策略。对于政府机关，采取免费共享的方式；对于科研教育机构等公益性用户，采取无偿共享的方式；而对于商业用户则适当收取数据处理加工的成本费用。─49─ 10.项目培训10.1指导思想确保培训质量，坚持先培训后上岗和实行上岗合格证制度。坚持以项目带建设，以项目推动人才培养的原则，通过大气探测综合观测系统项目建设，培养出一批高级专业人才，提高基层台站的专业素质，提高业务管理水平。10.2培训策略人员培训采用集中与分散、重点与普遍相结合的策略。人员培训采用集中与分散、重点与普遍相结合的策略。分为二个层次：（1）中国气象局大气探测技术中心负责组织国家、省、台站的技术保障人员培训，充分利用中国气象局培训中心的资源，委托有关培训单位负责各分系统的管理、操作使用、观测（探测）业务流程、软件应用及系统的维修保障培训。（2）省局负责预培训与普训，预培训能加快培训的进度，保证培训质量。考虑到气象的现代化水平越来越高，因此要求参加培训的人员要有一定的气象业务基础与计算机基础。普训的目的是以点带面，扩大培训的范围，培训其他未参加集中培训的人员。大气探测技术中心还应当组织培训教材的编写，监督培训的质量。培训的方式可以有多种，集中培训与普训相结合，办班培训与远程培训相结合，提高培训的力度，扩大培训的范围。─49─ 11.项目管理与实施计划11.1组织管理按照国家和中国气象局有关重点工程项目的管理规定，实行总工程师项目负责制，具体负责组织和管理本项目的各项实施工作，保障项目建设顺利进行。11.2项目实施进度2006年前：前期调研和总体设计。2006年-2010年：项目建设。2010年底：项目验收。12.投资估算与资金筹措12.1投资估算说明本工程建设投资分为静态投资和动态投资两部分。静态投资部分由建筑工程费、设备及工器具购置费、安装工程费、工程建设其他费用、基本预备费构成；动态投资部分由涨价预备费和建设期利息构成。动态投资部分中的涨价预备费，由于本工程建设内容较明确，预计大部分设备及建设材料价格近几年变动幅度不大，因此不予安排；建设期利息，由于本工程建设全部采用政府财政性资金，因此不予考虑。静态投资部分说明如下：（1）设备及工器具购置费─49─ 根据项目主要设备表及价格、费用资料编制，主要包括设备的购置费、工器具购置费和相应的运杂费。国内设备购置费以国内仪器设备2003年12月出厂价为基价，再加运杂费估算。设备运杂费主要包括运输费、装卸费和仓库保管费等。进口设备购置费以各有关公司对国外仪器设备报价打折扣后的估价为基价，再加国内运杂费估算。国内运杂费包括运输费、装卸费、运输保险费等。（2）建筑工程费采用单位建筑工程投资估算法，以单位建筑工程量投资乘以建筑工程总量估算。（3）安装工程费安装工程费根据单项工程的设备购置费采用综合指标估算。（4）工程建设其他费用工程建设其他费用中主要包括勘察费、设计费、技术培训费、软件开发与试验费、建设单位管理费等。勘察费按实际需要估算；设计费主要用于工程前期咨询、设计等费用，其中可行性研究报告编制费按照国家发改委文件规定估算，工程设计（含初步设计）费根据工程总投资，在其1.4%以内估算；技术培训费按每人每月0.09万元估算；软件开发与试验费包括各分系统应用软件购置与开发、对比试验、专项技术开发、系统集成等费用，根据各分系统的实际需要适量安排；建设单位管理费控制在总投资的1.0%以内。（5）基本预备费─49─ 基本预备费以建筑工程费、设备及工器具购置费、安装工程费及工程建设其他费用之和为计算基数，并控制在其5%以内。12.2建设投资估算详见表12-1、表12-2、表12-3。12.3资金筹措由于本工程的建设是为国家、地方防灾减灾，经济、社会可持续发展，生态环境保护、建设等提供服务，属于社会公益性事业，因此，该工程建设资金拟申请全部由政府财政性资金安排，总投资为524885.80万元(含5977.20万美元)。13.效益分析本项目的建成，可实现对影响我国天气、气候变化的物理、化学和生物因子，特别是五大圈层界面上的相互作用过程的监测，对气候变化与大气环境的监测能力将大大加强。由于探测资料种类的扩大、探测精度的提高、信息量的增加及传输时效的缩短，气象业务、科研和服务能力将得到极大的提升，特别是短时和短期天气预报准确率将进一步提高。随着大气成分、生态气候和海洋气象观测工作的开展，将加深对亚洲季风变化机理的认识，逐步完善我国自已的气候预测模式，可有效提高我国对短期气候和灾害性天气的监测和预报能力。─49─ 据统计，我国每年因气象灾害造成的直接经济损失占GDP的3%～6%，通过增强气象监测和预测能力，将会减少经济损失149.9亿元（以减少损失5%计）。随着气象探测资料的不断丰富和预报准确率的逐步提高，气象服务工作将变得更为积极主动，服务面也会不断拓宽，充分发挥气象在防灾减灾规避风险与提高经济效益两方面的作用，为防灾减灾、农业发展、气候变化问题的国际合作、气象信息的共享等提供优质的服务。据评估，我国气象服务效益投入产出比达1:40。通过本项目的建设，气象业务、服务、科研能力得到增强，将会为国民经济建设、社会发展和人们生活水平提高带来很高的社会效益、经济效益和生态效益。14.结论通过对该工程的技术可行性、工程可行性、经济可行性的分析，系统建设在技术、工程方面是可行的，在经济效益方面是可观的，也是可行的。附图、附表、附件─49─'