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  • 时间 2024-04-25
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中国气象局雷电野外科学试验基地
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基地概况

中国气象局雷电野外科学试验基地位于广州市从化区,由中国气象科学研究院和广东省气象局共同建设和运行。基地以强化气象服务能力、建设气象现代化创新平台为指导方针,以科技支撑我国雷电监测、雷电预警预报、雷电防护业务为目标,是集雷电试验、业务和科研于一体的基础性、开放型大气电学综合试验基地。

广州野外雷电试验基地紧密围绕雷电业务需求开展工作,着力于解决雷电业务中面临的关键科学问题。基地自2006年成立以来,承担了多项国家自然科学基金、973、863等重大研究项目或课题,2006-2014年共发表论文四十余篇,获得专利近十项,取得了一批具有国际影响力的科研成果,部分科研成果已实现了业务转化,产生了显著的社会效益。近年来取得的主要成果包括:

(1)不断完善野外场地的试验条件,建立了国内一流的雷电野外试验和测试平台。

(2)发展完善了人工触发闪电技术和测量技术,截至2014年,共成功触发闪电74次,实现了10A级~10kA级电流的高精度直接测量,获得大量综合观测资料,大大丰富了国内相关数据的积累,为雷电物理和防护研究提供了数据基础。

(3)建立了闪电通道近距离声、光、电、磁综合观测平台,实现了在约1.7万平方米试验场内布设的多个测量系统的同步观测和采集。

(4)开展了自动气象站、无线通讯基站、高电压输电线路、埋地电缆、风力发电机和电涌保护器等设备在真实雷电环境下的防护测试试验,获得了丰富的第一手综合观测资料,研究了雷电电磁脉冲(LEMP)在各系统中的耦合机理和破坏机制,检验了雷电防护器件的有效性和损坏机理,为雷电防护技术的发展和标准的修订提供了重要的基础资料。

(5)基于雷电野外试验和测试平台,实现了对闪电定位系统性能的定量评估,解决了闪电定位网络实际运行指标难以确定的难题,为我国雷电探测技术的发展提供了重要的科技支撑,为雷电灾害调查鉴定及闪电资料在灾害天气监测预警和模式同化中的应用提供了重要依据。

(6)建立了先进的“广州高建筑物雷电观测站”,发展了雷电多参量自动同步观测系统,获取了一批高质量的观测资料,取得的创新性研究成果得到了国内外同行的高度关注和认可。特别是在国际上首次发现了雷电连接过程的侧击行为以及先导连接行为的多样性,揭示了雷电连接过程高时空分辨率的先导发展特征,为先导模式的发展以及雷电防护技术的研究提供了重要的观测依据。

近几年,广州野外雷电试验基地加强与部门外单位的合作,如与清华大学、武汉大学、解放军理工大学、南京信息工程大学、香港理工大学、中国科学院广州地球化学研究所等高校和研究机构合作,依托雷电野外试验和测试平台开展共同研究。此外,一些防雷、通讯、石化等企业也基于该平台,开展了相关雷电防护技术和设施的测试研究。

未来,广州野外雷电试验基地将进一步加快基础设施和观测能力建设,加强国际和国内的合作与交流,组织一些大型的雷电综合观测试验,扩展基地的试验能力和研究领域,进一步提高基地在国际大气电学研究领域的地位。


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地基全天空云观测系统

地基全天空云观测系统(Total-sky Cloud Imager, TCI)是在中国气象科学研究院的支持下,由灾害天气国家重点实验室自主研制的地基云自动化观测设备。TCI设备的三个主要组成部分是:摄像装置、太阳遮挡装置和处理终端,其中摄像装置采用了稳定性高的工业相机和视角不低于180°的鱼眼镜头的组合。不同于其他的可见光波段地基云观测设备,TCI对太阳遮挡的处理采用了闲时全遮光、观测时全敞开的新型保护方案,大大减少了设备机械结构的复杂性,适于进行推广应用。该成果已获得多项国家专利授权。

地基全天空云观测系统外场架设照片

地基全天空云观测系统软件界面

自2009年以来,我们在多个不同气候类型的地区开展了观测试验,获取了大量的地基全天空云观测资料,并基于这些资料联合北京交通大学视觉智能实验室开展了云检测和云图分类方法研究。为实现数据资源共享,我们建立了全天空云图数据库,向国内外的科研人员开放,以促进云检测和云类识别相关算法的研究。

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全天空云图数据库

此次公开的全天空云图数据库包含5000幅全天空图像,分为晴空、卷云、层状云、积状云和混合天空五类,每类各包含1000幅图像。这些图像都是我们自主研制的TCI设备于2012-2014间在我国青藏高原地区获取的。原始图像的分辨率为1392×1024,其有效区域是直径为800个像元的圆形区域,且所有的图像都为JPEG格式。一些典型的全天空图像如下所示:

全天空图像示例

下载方式

感兴趣的科研人员需要签署数据共享协议,将其发送到case@camscma.cn,以获取下载地址。

相关链接

http://www.camscma.cn/cgi/tcis.htm

http://icn.bjtu.edu.cn/visint/resources/CloudImages

相关成果

专利

杨俊,吕伟涛,马颖,姚雯。基于天空可见光图像的日照时数测量方法。国家发明专利,专利号:ZL201210199585.5,2014。

马颖,吕伟涛,杨俊,张阳,姚雯。基于齿轮结构的半球形开合镜头遮挡装置。国家发明专利,专利号:ZL201210140553.8,2014。

张阳,马颖,吕伟涛。一种全视野镜头遮挡装置。国家发明专利,专利号:ZL201110159309.1,2013。

吕伟涛,李清勇,杨俊。一种地基数学云图的纹理特征抽取和检索方法。国家发明专利,专利号:ZL200910238522.4,2011。

张阳,吕伟涛,马颖,姚雯,杨俊。基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统。国家实用新型专利,专利号:ZL200920277594.5,2010。

张阳,吕伟涛,马颖,姚雯,杨俊。基于摄像单元升降结构的地基全天空云自动观测系统。国家实用新型专利,专利号:ZL200920277906.2,2010。

论文

Q. Li, Z. Zhang, W. Lu, J. Yang, Y. Ma, and W. Yao. From Pixels to Patches: a Cloud Classification Method Based on Bag of Micro-structures, Atmos. Meas. Tech. Discuss., 8, 10213–10247, doi:10.5194/amtd-8-10213-2015.

J. Yang, Q. Min, W. Lu, Y. Ma, W. Yao, T. Lu, J. Du, and G. Liu. A total sky cloud detection method using real clear sky background, Atmos. Meas. Tech. Discuss., 8, 13073–13098, doi:10.5194/amtd-8-13073-2015.

J. Yang, Q. Min, W. Lu, Y. Ma, W. Yao, T. Lu, J. Du, and G. Liu. An automated cloud detection method based on the green channel of total-sky visible images, Atmos. Meas. Tech., 8, 4671–4679, doi:10.5194/amt-8-4671-2015, 2015.

M. Xia, W. Lu, J. Yang, Y. Ma, W. Yao, and Z. Zhang. A hybrid method based on extreme learning machine and k-nearest neighbor for cloud classification of ground-based visible cloud image, neurocomputing, 160, 238-249, 2015.

J. Yang, W. Lu, Y. Ma, and W. Yao. An automated cirrus cloud detection method for a ground based cloud image, J. Atmos. Ocean. Tech., 29, 527–537, 2012.

Q. Li, W. Lu, J. Yang, and J. Wang. Thin Cloud Detection of All-Sky Images Using Markov Random Fields, IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 9(3), 417-421, 2012.

Q. Li, W. Lu, and J. Yang. A hybrid thresholding algorithm for cloud detection on ground-based color images, J. Atmos. Ocean. Tech., 28, 1286–1296, 2011.

朱彪,杨俊,吕伟涛,陈丽英,马颖,姚雯,张义军。基于KNN的地基可见光云图分类方法,应用气象学报,23(6),721-728,2012.

杨俊,吕伟涛,马颖,姚雯,李清勇。基于局部阈值插值的地基云自动检测方法,气象学报,68(6),1007-1017,2010.

杨俊,吕伟涛,马颖,姚雯,李清勇。基于自适应阈值的地基云自动检测方法,应用气象学报,20(6),713-721,2009.