气象观测技术试验指南（2020-2025年）
中国气象局综合观测司2020年3月
一、引言
气象观测技术试验是综合气象观测业务体系的重要组成部分，是提升现代气象观测业务能力的重要支撑，是国家气象科技创新体系建设的重要任务。依据《气象观测技术发展引领计划（2020-2035年）》，在充分调研GRUAN、GCOS等国际相关计划的基础上，结合我国气象观测业务实际情况，特制定气象观测技术试验指南。
本指南面向各级气象部门、高校、科研院所及相关企业，以开放的思维、创新的合作方式、灵活的运行机制，开展观测技术试验，共同推进综合气象观测技术的发展。
二、指导思想和目标
（一）指导思想
以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，贯彻落实中国气象局党组关于全面推进气象现代化的总体部署，围绕“监测精密”的总体要求，对标国际先进水平，强化科技创新，加强关键核心技术攻关，推动观测新技术、新装备和新方法发展与应用，为气象观测现代化奠定坚实基础。
（二）基本原则
需求导向，重点突破。以支撑气象服务保障国家重大战略及满足现代气象业务发展需求为导向，重点针对观测技术装备和观测方法等领域，不断完善观测装备型谱，提升观测技术装备国产化水平，强化观测基础性、关键性技术方法研究，有序推进业务装备升级换代。
统筹资源，开放合作。鼓励国内外相关企业、高校和科研机构积极参与观测技术试验，促进产学研用各类主体共创共享。有效衔接国家、地方及有关部门关于应急减灾、生态文明建设等相关工作部署、规划和项目，充分利用现有成熟的资源共同推进观测技术装备发展。
科技引领，创新发展。瞄准国际前沿，将信息科学、材料科学、新一代人工智能等现代高新技术及时应用于气象装备发展领域，在空白领域和重点领域开展前瞻性研发试验，推动自主科技创新，切实提高核心竞争力，加速科技成果转化应用和推广。
（三）发展目标
提升现有观测业务装备技术水平，推动气象观测技术装备整体技术性能和探测精度达到国际先进水平。大力推动高精度传感器的国产化进程，不断提升观测装备智能化水
平，建立一系列新观测技术和观测方法，推进多系统协同观测理念在观测业务中的实践和应用。
三、主要方向
利用五年时间，围绕气象观测业务需求和技术发展，开展业务装备升级、新技术新装备、新观测方法共三大类试验，具体如下：
（一）业务装备升级试验
针对当前综合观测业务系统在用气象装备，包括地面、探空、天气雷达、GNSS/MET、风廓线雷达、雷电、土壤水分和大气成分（包括温室气体）等观测系统的各类业务观测装备，开展技术升级试验，达到提升装备性能、提高观测精度和运行稳定性、提升观测效益、实现核心部件国产化等目的。
1. 地面观测装备技术升级试验
通过对地面气象观测装备进行技术升级试验，提升天气现象等观测要素判识水平，逐步实现核心部件（传感器）国产化，提升观测准确率和运行稳定性，装备技术性能达到或领先国际先进水平。
2. 探空仪观测比对试验
开展探空仪比对试验，评估并改进业务用探空仪误差及其温湿压订正算法，提高业务用探空仪产品及数据质量，使我国探空观测业务质量达到WMO的天气和气候观测要求。
3. 天气雷达标定技术研究及技术改进验证试验
改进组网天气雷达的回波强度、距离精度、粒子相态探测精度等关键参数的标定方法和规范，建立适用于我国天气特征的晴空、降水、强天气、高山、台风等至少5种观测模式；降低雷达关键组件、相位编码等因素对产品精度的影响，提高天气雷达的抗电磁干扰性能，降低故障导致的坏图出现频次。
4. 全球导航卫星水汽观测（GNSS/MET）技术升级试验
建立适合单站北斗/GNSS卫星导航接收处理水汽产品的新型地基遥感系统和技术规范，提升观测系统的GNSS相位观测精度、水汽探测精度、相对精度等指标，达到国际领先。形成水汽实时观测产品，为临近预报、数值预报和防灾减灾等提供数据服务。
5. 风廓线雷达技术装备升级试验
建立风廓线雷达运行关键技术参数对雷达观测影响的评估指标，实现风廓线雷达运行状态实时智能诊断，通过综合分析和预判，提升装备稳定运行率形成风廓线雷达标定技术规范、数据处理规范等，提高降水和大风条件下风廓线雷达基础产品精度。
6. 雷电观测装备升级试验
建成多频段、多维度的雷电综合观测试验网，形成新的全业务环节试验体系，建立雷电综合观测模式、综合雷电产品制作体系，推出三维和全球雷电观测装备，为业务系统的升级完善及全球雷电观测网建设提供技术支撑，推动雷电观测产品的数值模式应用。
7. 土壤水分观测装备升级试验
建立基于不同土壤类型的改进型标定方程，提升土壤水分观测精度。通过开展区域土壤水分装备的对比观测试验，遴选出区域土壤水分观测装备，提升测量精度，达到国际先进水平。
8. 大气成分观测装备升级试验
研发国产气溶胶质量浓度、光化学特性、臭氧、氮氧化物等18种关键要素观测装备。提升对气溶胶等大气成分及其与云、辐射相互作用综合探测能力。
9. 气象计量外场比对验证试验
开展气象计量比对外场验证试验，对计量技术方法和观测技术方法开展比对与验证，研究气象计量数据在观测数据质量控制、观测数据订正中的方法，推动气象计量结果数据在观测数据订正中的应用，保障观测数据的准确可靠。研究观测数据不确定度评定技术。
（二）新技术新装备观测技术试验
以移动互联、物联网、大数据、云计算、人工智能、新平台等新技术为着力点，开展信息化、智能化气象观测装备（系统）的研发试验，在地面、探空、雷达、空基观测等领域推出一批新型装备或传感器，挖掘观测产品，建立标定方法、装备级质量控制和产品标准以及业务应用的观测标准和规范。
10. 智能化地面观测系统研发应用试验
建立智能化地面观测系统升级换代的指标体系、技术路线、实施方法，形成较完善的智能化地面观测系统的软、硬件标准规范体系，推出业务可用的地面智能系统，显著提高地面观测业务智能化水平，促进地面观测业务的高质量持续发展。
11. 智能化北斗探空系统研发应用试验
建立以北斗卫星导航为主体、探测准确性水平达到国际先进水平、智能化程度国际领先的探空系统，具备“上升-平漂-下降”三段式观测和区域组网观测能力，观测效益国际领先，提供高频次观测示范应用资料集。探索探空新资料的模式应用，推动高空探测系统智能化发展。
12. 多波段多极化相控阵天气雷达业务研发应用试验
以开展精细化天气探测为目标，建立基于多波段、多极化、相控阵雷达联合探测的智能观测模式、适配参数、质量控制及产品处理算法标准等，形成以业务可用为目标的工程样机，为提升未来天气雷达观测业务能力提供可用的装备和系统。
13. 智能型精细化大气成分传感器应用试验
通过试验研制智能化、小型化、低功耗的大气成分观测传感器，建立格点化、立体化观测，质量保障及资料分析技术体系，实现能够满足移动、加密、应急等需求的关键区域大气成分格点智能化观测技术业务应用。
14. 温室气体多要素观测装备研发应用试验
开展离轴积分腔吸收光谱技术关键技术的攻克和温室气体本底监测样机的研制，实现自主研发装备的观测精度满足WMO/GAW要求。开展原理样机环境适应性测试和比对观测应用试验，保证装备性能达到我国本底观测业务运行标准。
15. 无人机气象观测系统研发应用试验
以具有国内尖端水准的高空无人机及中低空无人机为平台，建立不同应用领域的无人机专用气象观测系统，具备温、湿、风、云、雨、气溶胶等要素的观测能力，具备无人机机动及应急气象观测业务能力，满足重大机动及应急气象观测业务的需求。
16. 浮空器载荷研发应用试验
基于气象气球、平漂气球等高空浮空器载体，针对下投探空系统、GNSS掩星/反射信号（GNSS气象台）、平流层气象观测仪、臭氧、空间电场、高分辨率图像采集等在内的多种气象载荷研发及技术验证试验，建立服务于重大天气过程、重大事件、重大服务保障等的高空浮空器气象观测系统载荷体系。
17. 气象光学基（标）准和量值传递体系应用试验
针对卫星地面校正装备、云能天、日照、激光雷达、大气成分等气象光学类观测仪器，研究基（标）准装置和计量校准方法，重点解决大气消光系数、光源（发光强度）、光学天线、核心光学材料测试关键技术。通过气象光学量值传递体系应用试验分析，研究建立气象光学装备全链条量值传递与溯源技术与方法。
18.雷电观测技术装备研发应用试验
研制基于VLF/VHF/LF等不同频段的三类地基闪电观测装备，研究基于国家级、区域级和全球级的多尺度闪电精细化定位技术，提升高精度精细化闪电观测能力；研究光学、电磁等多维联合观测闪电技术，研制光度计、成像仪、辐射源接收机等装备，提升对流层到近电离层的垂直探测能力。
19.气象激光雷达系统研发应用试验
基于米散射、拉曼散射、高光谱、差分吸收、相干等探测原理，开展适应气象探测
业务需求的，能够测量大气风场、温湿度场、气溶胶、以及O
3、CO
2
等多种痕量气体和温
室气体的气象激光雷达关键硬件系统研制、数据处理算法开发和标定方法研究的试验，确保气象激光雷达的观测数据质量能够满足气象观测和预报业务应用的需求。
（三）新观测方法试验
使用多种类型观测装备（系统）进行综合协同观测，通过多种观测数据融合，建立新观测方法或参考标准，推进多系统协同观测理念在观测业务中的实践和应用，为装备评估、气候（变化）监测、方法（模式参数调整）检验等提供技术支持。
20.低温雨雪冰冻观测试验
构建低温雨雪冰冻观测试验网络，建立低温冰冻雨雪灾害天气观测方法和观测规范，推出业务可用的观测装备，形成观测试验数据集，为进一步提升凝冻灾害天气预报和服务水平，提供支撑。
21. 龙卷风观测试验
研究以龙卷风探测为核心的多体制天气雷达协同探测技术，制定组网雷达标定技术规范。建立组网天气雷达的龙卷风探测模式，构建龙卷风概念模型和龙卷风监测预警产品，为龙卷风监测预警提供技术支撑。
22. 大雾观测试验
建立适合港口布设的多种新型地基遥感装备及协同测雾模式、技术规范，推出适用于大雾观测的新型装备（系统），使海雾探测覆盖范围半径，探测精度接近或达到国际先进水平，形成海雾实时监测产品，为海上航行、港口作业调度等经济活动提供预警信息服务。
23. 冰雹观测试验
推出冰雹监测专用的天气雷达阵列组网观测模式、质控方法和监测产品，形成组网协同观测方法、规范和流程，提高冰雹监测时空精度，为冰雹的预报预警提供技术支持。
24. 生态环境星地真实性检验观测试验
在典型生态下垫面，开展土壤水分、植被、蒸散、水循环及光学遥感产品的对比观测试验，评估新型生态环境观测装备的探测性能；建立本地化标定方法体系，为新型装备的定型提供技术支撑；研制生态气象系列自动观测装备，建立生态气象观测装备和观测产品的标准、方法和规范，为形成天地空一体化的生态气象立体观测提供技术支撑。
25. 定点精准大气廓线观测试验
以高性能卫星导航探空仪为基准，开展多种高性能温、湿、风、云等地基垂直遥感观测仪器综合协同观测试验，建立从地面到35km高空、能代表水平1km的大气垂直廓线的“标准”，观测精度达到WMO的要求，可用于高空气候变化监测,天、地、空基垂直遥感观测仪器真实性检验和新型垂直观测装备比对以及数值模式参数验证。
26. 多平台海洋综合气象观测试验
利用海岸带、海岛、浮标、船舶、飞机、卫星等多种观测平台，以及现场观测、船载探空、微波、红外等多种观测手段，开展固定观测和移动观测相结合、天基和地基相结合的海洋气象综合观测技术研究，开展关键大气要素的专题观测试验。研究海洋综合气象观测试验的资料对比、融合、校准，研制海面温度、海面风场等海洋气象观测产品，以及海洋高空的高时空分辨率观测产品。
27.高精度辐射观测试验
开展亚秒级二等标准总辐射表、太阳光度计、分光谱辐射测量仪现场观测试验，开展国产高精度太阳辐射观测技术研究，突破分光谱太阳辐射观测技术、高精度全自动太阳跟踪遮光技术。
四、保障措施
（一）推进机制创新
发挥多方积极性，以开放的思维、创新的合作方式、灵活的运行机制开展观测技术试验。建立试验成果业务转化机制和流程，有效推进试验成果的转化和业务应用。
（二）规范试验管理
逐步建立和完善试验业务流程、观测试验管理办法、试验数据管理办法等，明确各级职责，实现观测技术试验业务的规范指导和管理。
（三）强化投入保障
拓宽多元化投入渠道，充分调动地方投资积极性，引导社会资金投入，加大开放合作，统筹集约实施，保证各项试验任务落实。