综合气象观测研究计划（2013-2020年）

围绕上述重点，综合气象观测研究计划将以台站综合气象观测、地基气象遥

感观测和卫星气象与空间天气观测的研究为基础，重点开展综合气象观测方法及

产品、预报系统与观测系统交互，以及综合气象观测试验方面的研究，同时加强

基础支撑平台、现代新技术在气象观测保障和气象信息方面的应用研究。

该研究计划由引言、总体目标、重大专项、重点领域和基础支撑平台五部分构

成（总体框架如下图所示）。其中，重大专项含6个主攻方向，重点领域含8个主要领

域、 44项优先主题和1项区域特色，基础支撑平台含3项主题。

《综合气象观测研究计划（ 2013—2020 年）》总体框架图

基础支撑平台

综合气象观测

方法及产品

两个重大专项

七个优先主题

观测系统与预报

系统交互研究

一个重大专项

五个优先主题

综合气象

观测试验

三个优先主题

台站综合

气象观测

九个优先主题

地基气象

遥感观测

一个重大专项

七个优先主题

卫星气象与空

间天气观测

一个重大专项

四个优先主题

综合气象观测系统保障

观测

气象信息技术

五个优先主题

一个重大专项

三个基础支撑平台四个优先主题4

二、总体目标

2013—2020年综合气象观测研究计划的总体目标：完成业务发展急需的重大

设备和关键传感器的研制，气象卫星观测和气象遥感观测新技术的应用得到进一

步提高，综合气象观测技术和能力明显增强，高空垂直廓线综合气象观测技术取

得重大进展，观测与预报和服务的交互研究更加深入，多源综合观测产品更加丰

富，数据资料的管理和共享能力有较大改进，综合气象观测的质量和效益得到进

一步提高。具体表现为：

完成高精度自动气候站以及辐射、高空湿度等数字传感器的研制；完善改进

探空业务系统；开展新型观测设备的观测方法和观测规范研究；研究建立一体化

的地面高空集成业务平台；研制专业气象观测设备，加强专业气象观测设备的计

量检定技术研究，制定专业气象观测方法和观测规范；完成机载高空观测，包括

机载常规气象观测和机载遥感气象观测业务化的技术研究；研究改进多普勒天气

雷达和风廓线雷达定标技术、观测方法和数据质量控制，进一步发挥雷达观测的

效益；攻克地波雷达气象观测业务化应用关键技术；研究利用多波长微波遥感、

激光遥感等先进技术测量多种气象要素的新型观测设备和观测方法，以及下一代

天气雷达观测技术；开展我国第三代气象卫星探测技术和新型遥感器及星载高精

度辐射定标系统的研发；研究改进定位技术与辐射定标方法，不断改进遥感产品

反演算法、提高反演精度；研究空间天气天基与地基观测布局，开展天基有效载

荷关键技术和地基观测设备及方法的研究，逐步实现对关键空间天气区域的自主

系统观测；研究建立对多种气象要素的地面、探空、主被动遥感及卫星气象观测

的综合气象观测方法，开发多源融合的综合气象观测产品；研究提高高性能计算

对数值预报的支撑能力，开展云计算模式在数据资源管理应用方面的研究；构建

支撑气象业务的集约化数据环境；开展观测和预报交互的影响评估试验，使地面、

高空、海洋观测站网的布局方案更加完善；开展新型光电气象观测设备的计量技

术研究，攻克设备自检测、运行监控和基于网络计量技术融合集成的关键技术。

经过5—8年的努力，在气象探测装备、气象观测方法、综合观测产品和观测

系统的计量与保障等方面的科研成果达到国际先进水平，为建设布局合理、技术

先进、装备精良、运行稳定、保障有力、满足需求的中国特色综合气象观测系统

提供强有力的科技支撑。5

三、重大专项

（一）重大科技应用研发

主攻方向 1：天地空相结合的大气垂直综合观测技术研究

需求分析与重大科技问题：精准的高时空分辨率的垂直气象观测对提高数值

预报模式的时效和精度非常重要，但目前我国主要是依靠探空观测提供垂直廓线

的观测数据，在时间密度和空间分布上都非常有限。各种遥感观测设备提供的气

象要素的廓线观测，各有其本身的优势和局限，如何充分发挥各种设备的探测优

势，弥补其不足，是目前观测业务中急需解决的一个技术问题。因此本研究拟在

大气垂直综合观测技术方面，攻克天基、地基和空基相结合的综合气象观测的关

键技术。拟解决的重大科技问题包括：多普勒天气雷达、云雷达、激光雷达、风

廓线雷达与微波辐射计等多种观测手段的协同观测方法，以及在此基础上与飞机

观测及基于我国风云 3 号（ FY-3）和北斗掩星观测相结合的大气垂直廓线的精细

化探测。

主要研究任务与目标：研究探空、风廓线雷达、多普勒天气雷达、云雷达、

激光雷达与卫星定位系统气象要素遥感观测设备（ GPS/MET）、微波辐射计等相结

合的协同观测方法，以及多种遥感观测结果互为附加信息或约束条件的反演技

术；开展基于微波辐射计及风廓线协同观测的无球探空技术研究；研究基于北斗

掩星资料处理的接收机钟差消除技术，基于波动光学反演掩星弯曲角技术和对流

层低层的开环数据处理技术；研究北斗掩星数据产品验证方法及质量控制技术，

获取高质量的大气层结廓线数据；开展云和降水垂直结构观测的外场试验，获取

云和降水垂直精细化结构观测的数据；研究多种观测数据的比对、检验和质量控

制方法；分析比较各种设备对云、降水垂直结构的探测能力，建立主动和被动遥

感相结合的大气三维结构及垂直廓线的综合探测方法。

主攻方向 2：多源观测数据集成技术及综合评估分析技术研究

需求分析与重大科技问题：每种气象观测设备的探测性能和功能有一定的局

限性，需对多种观测资料进行综合分析和判定，才能对天气过程的发展变化有更

清楚和全面的认识。目前大多数的观测资料只以单种设备观测形式提供，由于很

难对各种观测设备性能和观测方法的特点有深入的了解，对种类繁多的观测资料6

进行综合分析和应用的难度较大。因此本研究拟通过对多源气象观测数据的综合

集成，建立高分辨率的大气三维立体观测数据结构，拟解决的重大科技问题包括：

多源气象观测数据的质量控制技术；多源观测数据时空匹配、集成融合技术；多

种观测数据与数值预报模式输出产品之间的误差分析和对比评估;高分辨率三维

大气变量场重建技术及三维大气综合观测产品的研制。

主要研究任务与目标：基于气象卫星、天气雷达、高空和地基遥感及常规地

面等多种观测数据的特点，开展气象卫星、北斗掩星、探空、机载观测与多普勒

天气雷达、风廓线雷达、激光雷达与 GPS/MET 水汽观测和地基微波辐射等多种观

测数据的时空匹配、集成融合、质量互控技术研究，研究各种气象要素的物理变

化和相互影响的关系，建立气压、气温、水汽、风、云、降水等多要素集成的三

维立体结构的实时观测气象要素场；结合数值预报模式输出产品等资料，开展三

维实时观测气象要素场与数值预报模式输出产品之间的误差分析和对比评估;综

合各种实时观测数据与数值预报模式输出产品，研究改进三维立体结构的实时观

测气象要素场的集成融合方法；建立单个气象要素和多个气象要素叠加重合的三

维可视化显示和检验分析平台，提高多源观测数据的分析应用和检验评估能力。

主攻方向 3：直接支撑气象业务的集约化数据环境构建技术研究

需求分析与重大科技问题：传统的、单一的技术手段已无法同时满足各种气

象业务对数据处理、管理及检索服务在时效、内容等方面的不同需求，从而导致

业务流程复杂、资源使用效率低下、系统安全性不高等现象。直接支撑气象业务

的集约化数据环境是优化业务流程、提高气象业务系统运行效率并保证其运行维

护质量的基础性平台。本研究拟在分析气象各业务领域对气象资料及产品在内

容、时效、方式等方面需求特征的基础上，分析各种适用技术方法，研究综合集

成技术，并应用于气象资料处理、数据组织结构、数据服务形态等关键环节；研

究整体时效能充分满足各气象业务系统的集约化数据管理的技术架构，并构建相

应的数据环境。

主要研究任务与目标：研究分布式并行处理技术在数据处理及存储管理领域

的综合应用，大幅提高气象数据解码、校验、质量控制、入库等环节的处理时效；

研究结构化和非结构化数据高效存取技术并综合应用于气象数据服务领域，充分

满足各业务领域对数据获取的时效要求；基于高时效数据处理及检索技术，开展7

气象数据综合管理和统一服务接口技术研究，实现业务数据库的集约化管理和高

效应用；研究综合数据管理系统基础平台在安全性、可靠性基础上的资源可弹性

增长技术，实现资源利用效率的最大化；研究基于跨系统、全流程、精细化、智

能化的业务监控技术，形成全业务流程的高效综合监控能力；在上述研究成果基

础上，完成直接支撑气象业务的集约化数据环境的构建，并形成业务能力。

（二）重大基础、高技术研究和试验

主攻方向 4：新一代天气雷达观测技术研究

需求分析与重大科技问题：不同波长和类型的雷达有其各自的探测优势和不

足，但在很多天气条件下，需连续观测各种气象要素变化的过程，如：针对天气

系统发展的不同阶段，需要对从晴空的风场与水汽到成云致雨的云雨相态物理结

构、全息物理图像为目标的全过程进行探测，因此如何快速有效地连续同时观测

三维大气多个气象要素的精细结构是提高气象预报精度和时效的重要基础。本研

究拟在多普勒雷达技术及相关技术的基础上，开展新一代天气雷达技术研究，拟

解决的重大科技问题包括：多波长、多极化、多普勒、相控阵等多种技术的集成

关键技术；研究更细的雷达扫描波束宽度，更精细的探测分辨率，以及作为定量

应用的雷达标定技术和不同天气条件下的观测模式及数据处理算法等。

主要研究任务与目标：研制集成多波长、多极化、多普勒、相控阵等技术的

新一代天气雷达系统，开展对设备长期运行的可靠性和稳定性测试；研究新一代

天气雷达在业务应用中观测模式及适配参数的设置；针对发展演变迅速的中小尺

度天气系统，研究与快速扫描的相控阵技术相适应的观测模式；研究离线和自动

在线定标技术及现场测试技术；针对多普勒脉冲发射体制，研究脉冲压缩技术、

相位编码技术，以解决距离与速度模糊问题，从而获得高质量的雷达图像；开展

天气雷达方程及信号处理算法研究和实现技术；通过机载、星载移动平台，研究

获得对重大灾害性天气系统进行多方位、高精度、精细化结构的观测技术；通过

外场试验，开展与多普勒天气雷达、云雷达、风廓线雷达和地面观测等的综合对

比分析试验，开展新一代天气雷达资料的误差分析和评估；建立新一代天气雷达

的技术体制，研究新一代天气雷达业务应用方法，提出业务应用试验的方案以及

新一代雷达组网观测方案。8

主攻方向 5：新一代风云气象卫星探测技术及应用先期研究

需求分析与重大科技问题：按照国务院已批复的 2010—2020 年我国气象卫

星及应用发展规划， 2020 年前风云卫星基本可以实现与国际气象卫星观测技术

的同步发展。 2020 年以后，随着我国气象预测预报、气象防灾减灾、应对气候

变化、开发利用气候资源能力的不断提升，需要进一步提升风云卫星的观测能力，

因此，迫切需要开展未来风云气象卫星的轨道布局、载荷配置、性能指标、新资

料处理和应用等关键技术和科学问题的攻关，重点是发展原创性的星载遥感观测

技术，不断提升气象卫星的时间分辨率、空间分辨率、垂直层析分辨率和辐射测

量精度，为我国新一代极轨卫星风云 5 号、静止卫星风云 6 号的发展提供技术储

备和科学依据。

主要研究任务目标:在辐射传输基本理论研究的基础上，探索新的遥感机理，

创新遥感观测方法；开展观测需求分析、观测信息模拟和指标滚动论证研究，为

新一代极轨卫星风云 5 号、静止卫星风云 6 号的轨道布局、载荷配置、性能指标

等的规划和设计提供科学的决策依据；发展新型的高光谱观测、主（被）动微波

遥感、激光雷达等探测技术，改进多光谱成像观测技术、遥感仪器的光谱和辐射

定标方法，不断提升气象卫星的观测要素种类和精度；开展新型遥感仪器的资料

预处理、信息定量提取、新产品应用示范研究，突破制约新资料应用的技术瓶颈。

主攻方向 6：不同观测系统对数值预报的影响与观测系统试验研究

需求分析与重大科技问题：现代数值预报水平的提升在很大程度上依赖于对

观测资料的同化能力，同样，对数值预报的支撑也是综合气象观测系统的重要应

用目标。我国综合气象观测的技术和能力随着科技进步而不断提升，但与数值预

报的交互应用发展能力明显落后，亟待加强。本研究拟解决的重大科技问题包括：

我国数值预报模式对单一和多种观测系统的需求评估；现有观测系统对数值预报

作用及影响评估；不同天气系统对观测的敏感性和关键区判断；关键区内观测系

统配置与布局；观测系统改进对数值预报能力提升的影响评估。

主要研究任务与目标：研究基于数值预报模式对地基、空基、天基等多种观

测需求的评估技术，提出对单一和多种观测时空配置的需求分析，包括观测要素、

精度、时次及观测站网布局等；研究我国现有综合观测系统各组成部分对数值预

报的作用和影响评估技术，对现有不同观测系统在数值预报模式中发挥的作用进9

行分析评估；研究我国不同区域各种典型天气系统对各种观测的敏感性分析方

法，分析不同观测要素、观测方式在不同敏感区和关键区对数值预报的影响；研

究不同天气系统关键区、敏感区内适应性观测技术与方法，开展适应性观测技术

与布局试验；开展观测系统技术能力提升和方法改进对数值预报的贡献和影响评

估。通过该项目的研究推动我国综合气象观测系统与预报业务系统的交互发展。

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综合气象观测研究计划（2013-2020年）

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