氣象儀器與觀測方法標準體系研究與實踐

■ 姬翔 陳曦 張建磊 黃斌 李穎沖

目前只有三種型號的雷達已有相關的觀測規范，與雷達產品裝備類標準一一對應就可以看出觀測規范是目前雷達標準的薄弱環節，應該在下一步盡快推進修訂工作。再看雷達站選址類標準，可以發現選址的標準和產品類標準對應情況有些許混亂，涉及到的雷達觀測站名稱，由于其制定年代間隔較長，沒有及時更新和修訂，存在標準滯后的現象，在標準年度復審工作中應重點關注。

近年來，隨著我國科技強國夢想的不斷實現，圓夢氣象探測強國，全球立體化觀測體系已經逐步建立。為保障觀測技術手段和先進裝備的準確、可靠，氣象觀測領域大力推進標準化建設，近百余項相關行業標準、國家標準相繼發布，為觀測領域產品標準化、觀測方法、觀測數據、觀測質量標準化提供了可靠的技術保障和理論依據。

隨著標準化建設的日益深入，建設科學合理的標準化體系指引標準化工作，健康發展成為目前氣象觀測領域標準化建設的重中之重。為此，本文對氣象觀測標準化工作進行了梳理，編制了氣象儀器觀測方法標準化體系框圖2022版，并在此基礎上分析整理了對應標準體系明細表。

1 氣象儀器與觀測方法標準體系建設的目的與意義

氣象儀器與觀測方法標準體系立足于標準適用性目的設計原理，綜合考慮目前氣象儀器與觀測方法的發展和現狀，本著布局科學、功能完善、職責明確的方針，使得標準體系建設成為今后5～10年氣象觀測領域標準建設與使用的理論依據。標準體系框圖不僅給出目前現行國家標準和行業標準，同時針對今后5～10年的需求給出標準化規劃建議，使標準化建設有規可循、有的放矢，這是標準體系建設最核心的目的與意義。

2 氣象儀器與觀測方法標準體系的作用

氣象儀器與觀測方法標準體系建設既是氣象觀測工作標準化的頂層設計，又是標準化的基礎建設工作。從標準化頂層設計的角度，標準體系規劃了現行適用的標準和需制定的標準，是標準制定和實施的藍圖；從標準化基礎建設的角度，標準體系為標準的使用者提供了經搜集篩選后能直接使用的現行標準，也為制定標準規劃提供了清晰明確的思路和指南。

氣象儀器與觀測方法標準體系代表著本領域標準與技術的綜合與引領，是現時與未來規劃的高度統一，是技能全面的表示。標準化建設的覆蓋范圍和功能職能分工，又能起到查缺補漏，體現短板的作用。標準體系不僅是一個技術要求和方法的知識體系，而且是一個從底層進行了原理優選、數據進行了有效性驗證的科學性的有效知識體系。

氣象儀器與觀測方法標準體系秉承科學性、先進性、系統性、預見性、可擴展性等先進理念，是一項涉及著眼現在、謀劃將來，高屋建瓴體現氣象觀測建設規劃的藍圖性設想，是長期有效使用的核心關鍵技術標準，其作用在于綜合提高本領域標準化建設能力和水平，提高標準化工作的系統性和計劃性。

氣象儀器與觀測方法標準體系的作用主要有以下五點：

1）能夠系統、動態描繪氣象儀器與觀測方法領域業務體系按照標準化思路建設的發展藍圖；

2）全面了解行業的國內外發展現狀與趨勢，有的放矢，明確前進目標；

3）系統規劃氣象儀器與觀測方法領域標準研制項目，在號召全行業普遍征集標準化建設項目過程中，建立引導機制；

4）全面指導氣象儀器與觀測方法領域標準實施貫徹計劃，大力推進重點標準的宣貫力度；

5）作為氣象儀器與觀測方法領域標準檢索、應用標準的根據，對“家底”心中有數。

3 氣象儀器與觀測方法標準體系的結構

目前全國各行業標準體系建設如火如荼，標準體系框圖可以按照層次結構和序列結構兩種方式來進行編制。層次結構是指只用于綜合性的、全局性的標準理論基礎類型。序列結構是指適用于以產品為中心的、某種專項工作的局部化建設。

從維度上來講標準體系可以是傳統的二維標準體系結構，也衍生出多樣化的多維度、多結構、多功能體系做傳統的標準體系。多維度是指標準體系分析的多維度分析，包括必要性維度、用途維度、技術維度、內容構成維度、實施條件維度、實施效果維度等。多結構是指標準體系建立聯系的結構，采用多種結構方式來表達，可分別建立多種表達結構關系，對標準體系的描述要素進行表達。多功能是指標準體系不僅能按使用目的設計，有序展示和提供所需的標準，而且還能有自適應改進和完善的功能，這樣的標準體系有利于擴大和增加標準體系要素的表達空間和表達方式，為標準體系提供可持續性發展和自適應能力，建立良好的基礎。標準體系是一種具有生命力的，不斷更新不斷完善的體系結構。隨著某一領域標準化體系建設的不斷探索和研究認識的加深，標準體系構架越來越趨于完善，標準設計與構架越來越具體清晰。

氣象儀器與觀測方法標準體系結構的建立依據，從整體到局部，再從局部到整體的建設思路進行，首先確立標準化建設的目標，并規劃設計實現該目標所需要的全套標準，根據總體設計制定出全部所需的標準，形成一定規模，具備一定功能，建立基本的適合本領域的標準體系框架結構。但考慮到標準之間未經協調或者協調不足，那么我們還需見微知著，放眼大局，完成從局部到整體的標準體系框架結構蛻變，也就是說需要根據實際需要制定急需標準，再根據新的需要增加新標準，逐漸形成一個完善的閉環的標準體系。

4 氣象儀器與觀測方法標準體系建設實踐

2021年之前的氣象儀器與觀測方法標準體系，雖然能夠在該領域科學完整的體現主要標準化建設目標和建設需求，清晰明了地了解標準體系中的全面建設，但是不利于針對某一氣象要素或氣象觀測產品開展建設，缺乏可操作性。作為有生命力的標準化體系，應該能夠實現模塊化的標準層級智能化堆積，根據標準化建設某一目標的需要隨叫隨到，組合成某一要素或貫徹產品清晰完整的標準體系分支。

另外，標準體系需要高屋建瓴，立足當前，著眼長遠建設目標，實現本領域的標準規劃是標準體系建設的重要任務之一。氣象儀器觀測方法標準體系應該站在國家綜合氣象觀測系統公共基礎設施建設的高度，涵蓋從原始觀測信息獲取到觀測數據產品加工制作的全過程，從地基、空基、天基觀測系統的業務需求出發，全面獲取觀探測數據，并對裝備、儀器生產、研制、定型和測試校準等提供標準建設規劃，涵蓋數據產品分析、處理、服務等全業務流程，這是下一步標準體系建設的基本思路

新版氣象儀器與觀測方法標準體系框圖（圖1）分為五個層級，其中第二層級以目前氣象業務管理職責分工作為劃分依據，縱向垂直向下輻射。第二層級分為基礎通用標準、技術裝備標準、數據獲取方法與技術標準、運行保障標準和數據處理標準五大模塊。第三層級的劃分主要依托氣象觀測分類不同進行劃分，主要特點在于：

圖1 氣象儀器與觀測方法標準體系框圖

1）常規地面觀測不但涵蓋空氣流速、空氣溫度、空氣濕度等常規要素，也涵蓋凍土、電導率、酸雨、大氣電場與雷電等新型氣象觀測要素，雷達標準涵蓋10種我國氣象觀測用雷達，其中增加了相控陣雷達、地波雷達、聲雷達，詳見圖1技術裝備業務層級中關于雷達裝備第5層級的詳細分類描述。儀器裝備類標準還特別指出了觀測系統標準，以適應目前越來越多的集成化氣象觀測裝備建設需求。

2）站網管理第一次作為第二層級出現在本領域體系中，為裝備布局和建設要求提出標準遵循，其中涵蓋從站網建設管理到環境保護的全流程，線索清晰，一目了然。

3）質量監督標準首次在技術裝備標準模塊下出現，質量控制標準化建設目前已經日趨完善，已經有十余項質量體系標準立項并逐步發布實施，為氣象領域ISO9001體系建設提供了強有力理論支持。

4）數據獲取方法與技術涵蓋了數據采集和數據格式傳輸，其中包含常規地面觀測方法與技術、常規高空氣象觀測方法與技術、專業氣象觀測方法與技術三個第三層級模塊，與裝備模塊分類一一對應，涵蓋了氣象觀測領域裝備、方法、技術的整個鏈條。

5）運行維護保障模塊除了保留上一版運行監控、維護保障、儲備供應三部分之外，還將計量與測試劃歸其中，計量測試作為裝備運行質量保障的重要環節。

6）數據處理模塊除觀測資料產品外，還增加了分析評估類標準和質量控制標準。

綜上所述，新版氣象儀器與觀測方法標準體系清晰明確地采用縱向業務要素分類的形式，給出了每一類型觀測數據的標準建設組成與架構，完成體現了生產者、消費者、使用者、利益相關方的需求與目標，達到了協調統一。其他行業氣象觀測標準建設也可以參考借鑒。

但是同時在標準研究中，本文也發現二維的標準體系無論如何都具有本身的局限性和無法克服的缺點，智能模塊化的體系框圖模式更有利于表現某一要素或第三層級、第四層級以下框圖的具體分工和詳細內容。縱向管理體系可以清晰明了地對該領域業務范圍、主管工作和標準化建設的主要目標有直觀的理解，但就某個專項業務而言整個結構是零散的，以氣象雷達為例，無法清晰準確地把握全局，并快速查缺補漏。兩種形式是有益的補充，宏觀上適用于垂直業務分工類型的框圖，而在細節上則適用于專注于某一點向外輻射的框圖類型。

以氣象雷達作為切入點，氣象雷達分部分標準體系框圖（圖2），能夠清晰明了地對目前氣象觀測領域雷達相關標準化建設有全面的掌握，并對今后5～10年內氣象雷達建設的基本目標一目了然，這也是標準體系框圖建設的初衷和終極目標。

從圖2可以基本掌握目前比較雷達的業務應用情況、裝備發展情況和今后發展的目標，以及所對應的標準化建設情況。

圖2 氣象雷達分部分標準體系框圖

從第二層級雷達技術裝備類標準能夠看出目前常規氣象雷達裝備相關的標準化建設已經取得了初步的成果。11種型號的雷達已發布相關的產品標準，2種型號雷達發布產品測試方法類標準，2種型號雷達發布維護保障規范標準，3種型號雷達發布標定技術規范標準。就雷達產品裝備類標準化建設而言，在今后一段時間亟待解決的問題主要是雷達的大修標準，通用硬件接口標準和通用軟件接口標準的建設，其中通用軟硬件接口標準也是裝備標準的基礎，通用接口標準能夠涵蓋各型號雷達，使雷達裝備不再局限于廠家不同型號不同的局限性使我國雷達業務化體系成為一塊完整的整體。通用部件標準是標準第三層級一條暗藏的聯絡線，通過體系框圖對其重要性一目了然。

雷達產品裝備類標準框架第二層級還包括雷達基礎標準、雷達數據質量控制和其他標準。其中雷達基礎標準目前還屬于空白，雷達基礎術語、雷達組網要求等一系列雷達通用要求類標準亟待建設。數據處理標準模塊下觀測產品類《多普勒天氣雷達觀測產品色標規范》目前已立項在研，這是目前氣象業務急需的一項通用化標準，是軍地雙方實現氣象裝備與觀測業務服務共享共同的基礎性保障標準。

自2019年中國氣象局大力推進數據信息化標準建設力度，一批業務急需的雷達領域數據獲取方法、數據格式、傳輸規則等方面的標準制定任務全面鋪開，目前已立項在研的有《風廓線雷達單站數據NetCDF格式》、《天氣雷達基數據和單站產品格式》、《天氣雷達運行狀態和告警信息XML格式》和《風廓線雷達信號處理規范》4項氣象行業標準。

從雷達觀測類標準來看，目前只有三種型號的雷達已有相關的觀測規范，與雷達產品裝備類標準一一對應就可以看出觀測規范是目前雷達標準的薄弱環節，應該在下一步盡快推進修訂工作。再看雷達站選址類標準，可以發現選址的標準和產品類標準對應情況有些許混亂，涉及到的雷達觀測站名稱，由于其制定年代間隔較長，沒有及時更新和修訂，存在標準滯后的現象，在標準年度復審工作中應重點關注。對雷達探測環境保護標準化建設來說，目前發布國家標準1項，在研行業標準1項，也是今后標準化建設需要關注的著眼點之一。

5 結語

標準化建設是一個長期的、不斷完善、不斷發展的事業。標準化建設不僅僅只是標準制修訂，還包括標準發布后的貫徹實施、情況調研、意見反饋、復審與修訂等多項工作，以保證標準能夠擁有健康的生命力，能夠具有從需求出發，回歸需求，持續發展的原動力。按照統籌推進“五位一體”總體布局和協調推進“四個全面”戰略布局。堅持以人民為中心的發展思想，立足新發展階段、貫徹新發展理念，構建新發展格局，優化標準化治理結構。增強標準化治理效能，提升標準國際化水平，加快構建推動高質量發展的標準體系，助力高技術創新，促進高水平開放，引領高質量發展，以標準管理提升現代化治理水平，將為氣象觀測現代化建設和實現氣象強國夢提供有力支撐。