气象大气综合监测自动化系统工程项目可行性研究报告.docx

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气象大气综合监测自动化系统工程项目可行性研究报告

气象（大气）综合监测自动化系统工程项目可行性研究报告

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。

（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。

（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

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

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：

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

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。

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