锐进五载 智探苍穹 :雷达气象中心“十四五”发展成就 | 决战决胜“十四五”

编者按:


回望 “十四五”,在中国气象局党组的领导下,在中国气象局相关内设机构的指导下,及有关直属单位与省(自治区、直辖市)气象局的共同努力下,气象雷达从体制机制的系统性重塑到核心技术的自主自强,从观测网络的全面升级到服务效能的持续释放,正以前所未有的精度与广度,织就一张守护苍生的安全之网。


征程万里风正劲,重任千钧再出发。“十四五” 的丰硕成果已铺就新起点,中国气象局雷达气象中心(以下简称“雷达气象中心”)将始终胸怀“国之大者”,强化使命担当,勇攀科技高峰,以更先进的雷达技术、更完善的服务体系,为气象科技能力现代化和社会服务现代化、气象高质量发展作出新的更大贡献。


图片
浙江丽水市白云山上的天气雷达站  摄影:程昌福

优机制 建阵地


新时代新征程上,精密监测是全面推进气象高质量发展的战略基石。中国气象局党组高度重视,在综合观测司指导下,探测中心以“优机制、建阵地”为抓手,构建起协同高效、创新驱动的发展新格局,为气象现代化建设注入强劲动力。


图片

2023年7月24日,中国气象局气象探测中心技术人员开展金属球标校天气雷达试验 图:李璐 文:雷永恒


2022年1月,雷达气象中心挂牌成立。形成包括探测中心雷达运控室和雷达应用室以及长沙气象雷达标校中心、天津气象雷达研究试验中心的“一体两翼”架构。


雷达运控室和雷达应用室分别负责气象雷达装备新技术研发、全网雷达协同运行调度、标定检验、业务质量评估以及雷达新算法新技术研发、全网雷达数据质量控制和产品研制、数据集建设等任务,形成统筹全局的引领力量。


长沙气象雷达标校中心聚焦雷达设备计量校准的标准化建设,解决长期以来雷达技术标准不统一的痛点。2023年5月,长沙气象雷达标校中心实现业务试运行,建立了“分级到整机、单一到多维、粗定量到高精度”的雷达全链条标校能力,标校参数由21项增至61项,可对全国各类天气雷达开展精准校准,标校能力跨越式提升,经标校单部雷达反射率因子、差分反射率等关键指标达到国际先进水平。


图片

长沙气象雷达标校中心 中国气象局雷达气象中心供图


天津气象雷达研试中心专注于新算法的中试和成果孵化,打造气象雷达算法创新的“试验田”。2025年6月,天津气象雷达研试中心业务运行,建立了四类强对流告警产品和定量估测降水的客观化评估方法和指标体系,开展了ROSE软件、拼图产品、产品大赛及实验室研发的53项算法测试评估。这标志着“一体两翼”架构全面落地见效,形成了国家级统筹、省级支撑的高效协同模式。


图片

中国气象局气象探测中心技术人员开发雷达算法 中国气象局雷达气象中心供图


此后,雷达气象科技能力显著提升,在相控阵雷达、协同观测等关键技术有突破。其中雷暴大风识别算法增加低层辐散识别;龙卷风识别算法优化三维涡旋特征阈值;冰雹识别算法优化环境参数,平均命中率提升5%—20%。


图片

中国气象局气象探测中心研制的雷达三维显示产品监测台风“杜苏芮” 中国气象局雷达气象中心供图


为推动创新链、产业链、人才链深度融合,中国气象局在“一体两翼”基础上进一步拓展,构建起“1+2+N”立体化阵地体系。


“1”即雷达气象中心这一核心中枢。


“2”为长沙、天津两个省级支撑中心。


“N”是2022年12月雷达气象中心联合北京理工大学等高校科研院所成立的6个专业实验室和12个雷达气象应用分中心。


图片

湖北省荆州市江陵县油菜花海与雷达塔楼景观 摄影:邓超


实验室覆盖探测技术、信号处理、雷达软件及质控、同化、短临、强风暴等技术方向,开展雷达气象前沿科学研究、关键技术攻关及技术改进、科技成果转化、优秀科技人才培养,筑牢基础研究与关键技术攻关的“策源地”。


雷达气象应用分中心是指2023年5月在北京、上海、江苏等12个省(直辖市)设立的专门开展新技术、新算法、新产品的业务应用效益评估与本地化推广,搭建起技术转化与业务应用的“桥头堡”。


至此,“1+2+N”的阵地矩阵正式成型。气象部门形成从基础研究、技术攻关、装备研发到业务应用、效益评估的“研、建、用、管”全链条发展格局。


阵地的高效运转,关键在于机制的系统性重塑与创新。


高位推动部署下,雷达全链条业务运行机制进一步完善。中国气象局针对雷达设备运行质量不均问题,建立天气雷达“凡用必标”的管理制度,基本建立了雷达中试业务流程,构建了国家级“云+端”雷达气象业务流程,推动雷达保障社会化转型,优化完善运行监测业务,并持续完善质量产品体系。通过系统性机制建设持续赋能,雷达气象中心加强了专家咨询与技术指导,使重大技术决策更加科学严谨;建立了雷达气象年会制度,营造了开放协同的创新生态;组建了技术专班推进重点任务,确保难点重点工作快速响应与集中攻坚。


站在新的历史起点,雷达气象中心将持续深化“优机制、建阵地”实践,进一步释放“一体两翼”协同效能,推动雷达业务从“单点突破”向“体系化创新”转型,为气象高质量发展提供更加坚实的支撑。


添动能 新突破


从“跟跑”到“并跑”甚至部分 “领跑”,我国气象科技的历史性跨越,根植于每一项核心技术的自主突破。“十四五”期间,雷达气象中心坚持创新驱动,在关键技术研发与应用上取得多点突破。


破立并举 自主可控


这五年,雷达气象中心以自主创新为引擎,在软件研发、数据基石、智能应用及前沿技术探索等方面集中发力,形成一系列标志性技术成果。


“十四五”期间,具有完全自主知识产权的新一代天气雷达业务软件(ROSE)正式投入业务运行。该软件统一全国所有型号天气雷达的设备端软件,实现从“可用”到“好用”的质变。应用该软件以来,定量估测降水准确率提升5%—8%,冰雹、雷暴大风和龙卷的命中率分别提升5%、20%和5%,有效补齐雷达产品在短临监测应用上的短板,在近年灾害性天气预警中发挥关键作用。


雷达气象中心首次建成覆盖全国的高质量、高时空分辨率雷达数据集,涵盖2009年至今的17年长序列雷达基本产品数据、1100余例典型天气个例数据,以及3年以上冰雹、龙卷、雷暴大风、短时强降水等强对流雷达特征数据。该数据集已在多地气象部门落地应用,为强对流识别算法遴选优化、极端天气气候规律挖掘、数值模式改进及人工智能大模型训练提供核心数据支撑。


借助AI技术,雷达气象中心实现天气雷达拼图系统重大升级,创新融合物理约束与AI质量控制技术,新增多波段雷达组网、全国组合风场、双偏振量拼图等实用产品,更新频次由6分钟缩短至3分钟,空间分辨率由1公里精确至250米。目前,系统已在大数据云平台和多个省份部署运行,增强了各级气象部门监测预警与防灾减灾能力。


图片
C波段相控阵天气雷达暗室试验 中国气象局雷达气象中心供图

“十四五”期间,我国成功完成第一部S波段相控阵雷达的技术验证。首次在我国系统性检验了大型相控阵雷达硬件指标合理性、技术路线可行性及数据准确性。成功研制S/C/X波段天气雷达标准信号处理系统,实现核心算法自主可控;雷达强对流识别技术实现突破,冰雹平均命中率87%,雷暴大风平均命中率85%,龙卷命中率72%,短时强降水命中率达78%;研制标准P波段风廓线雷达、标准激光雷达、标准相干多普勒测风雷达、极小盲区激光测雾雷达、三波长十二通道温湿度激光雷达原理样机等新型激光雷达,并建成综合测试平台,支撑雷达业务应用。持续攻关大小雷达协同观测策略、目标智能识别跟踪、雷达盲区补偿、星地联合协同观测策略等核心技术算法。


图片
全国首部S波段双偏振相控阵试验雷达坐落在福建省福州市闽侯县雪峰山 摄影:张深寿


持续优化 能力迭代


尖端技术转化为稳定业务能力,要依靠严谨完备的规范体系作为支撑。针对不同类型雷达,雷达气象中心制定各具特色且统一的技术规范:修订S、C波段双偏振雷达功能规格需求书与测试大纲,对X波段全固态双偏振雷达、微小型X波段天气雷达及X波段相控阵雷达,分别印发功能规格需求书与测试大纲,完成47部新一代天气雷达技术升级。


图片
微小型X波段雷达静态测试 中国气象局雷达气象中心供图


数据质量管控守住“生命线”。建立全链条天气雷达质控体系,完善设备端、云端两级质控流程;研发电磁与风电干扰抑制算法,针对30个典型风电干扰个例进行评估,评估结果显示风电干扰识别率超80%,抑制能力超35dB;建立质量评估指标并实现数据质量闭环管理与持续改进,使得在短时强降水条件下,定量估测降水准确率达84%。


标校体系确保数据“一致性”。雷达气象中心初步形成“分级到整机、单一到多维”的全链条标校体系,建成20座雷达塔楼、1座大型垂直廓线雷达阵地等三大标校阵地,年雷达整机标校能力近40部。创新建立“区域标准雷达+金属球+太阳法” 技术路线,实现全网天气雷达反射率因子一致性小于2.5dB,平均速度标准差小于3米/秒,标校能力达到国际先进水平。


业务流程优化提升业务运行“适配性”。雷达气象中心优化雷达观测模式,全网雷达形成人工、智能提示、自适应三类预报主导切换模式,全国观测模式与实况匹配率平均达86.78%,实现观测模式与天气过程的精准匹配。实现ROSE产品、拼图产品、基数据质量的实时评估。


竞相涌现的科技成果刻画着雷达气象中心奋力实现高水平雷达气象科技自立自强的每一个坚实脚步。未来,雷达气象中心将以更加昂扬的姿态,为服务国家防灾减灾、经济社会发展和人民安全福祉构筑更加坚固的科技防线。


提质量 促应用 展成效


构建天气雷达产品体系、高质量观测产品在汛期多次提前告警、开展天气雷达空中生态监测行业服务……雷达气象中心践行“观测即服务”理念,持续推动观测与预报的深度融合,不断拓展延伸气象雷达行业服务,让精密监测转化为应用效益。


天气雷达作为气象业务的“四大支柱”之一,在灾害性天气监测预警和防灾减灾领域发挥着不可或缺的作用。聚焦强对流、暴雨、台风等灾害性天气,雷达气象中心与预报部门通过成立工作专班、国省联动值班、重大过程技术复盘等形式,建立“技防+人防”的监测值班制度。与此同时,构建“基础—物理量—识别—告警”的天气雷达产品体系,形成4类60余种雷达产品并在汛期多次天气过程中提前告警。例如,5月17日0时36分,辽宁沈阳雷达在沈北新区发出雷暴大风报警,报警概率达到70%,且持续输出高概率报警信息,引起预报员高度关注。经研判,市气象台于1时14分发布雷雨大风黄色预警信号。1时40分,沈阳北部地区出现10级雷暴大风,预警信号发布平均提前26分钟,为提前防御争取了宝贵时间。


图片
中国气象局气象探测中心与河北省气象技术装备中心联合开展台风“格美”残涡协同观测 中国气象局雷达气象中心供图


2024年,雷达气象中心重点攻关雷达协同观测技术,形成“省市两级+应用需求”的多维度控制指令体系,同时构建以衰减订正为主的7大类数据质控方法,形成组网拼图,以及龙卷风、冰雹、雷暴大风和强降水等灾害性天气预警等多类型应用产品。目前,相关成果已集成于自主研发的“强对流协同观测与应用系统(SCCOA)”。基于大量观测试验的实践积累,《天气雷达协同观测技术规范》通过国家标准立项,统一了七项关键技术指标。


2025年,中国气象局气象探测中心、国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心)等单位聚焦星地协同观测关键技术,从协同观测策略优化、反射率因子融合等方面推进SCCOA系统升级,并在四川、湖南、贵州、海南、广西等地开展部署与应用。


卫星与雷达的相互配合、协同观测,可挖掘更精细的降水及大气运动信息,以更好地理解大气物理规律,同时提前研判即将到来的降水状况,综合预判洪涝等灾害的发生——


4月,在四川山地强对流协同观测中,星地融合技术成功填补地形遮挡导致的雷达观测盲区,为四川省气象台精准预报服务提供关键数据支撑。


图片
星地融合后雷达观测盲区有效补齐 中国气象局雷达气象中心供图


5月23日,针对华南、华中地区强降水过程,气象部门通过卫星监测降水系统结构与移动趋势,垂直监测降水系统的动力条件和热力条件,识别出强对流潜势区域,利用天气雷达对目标区域开展精细化监测,这一系列协同观测为气象预报提供了全面准确的数据支持。


8月14日下午,天津地区出现强对流回波,协同组网回波产品对强回波有完整呈现。通过对强回波附近的武清站点与宝坻站点进行高分辨率垂直扫描(RHI),RHI产品显示强回波伸展高度高、强质心低,属于高降水效率的雷达回波,对应实况小时雨强超过80毫米,为及早预警提供了技术支撑。


天气雷达还能“看见”候鸟的迁徙——因为鸟类富含水分的躯体,在雷达视角中如同一个个巨大的水滴。所以,当鸟类在空中成群结队飞行时,天气雷达屏幕上就会观察到一片看似降雨却实为生物群的奇特回波正快速移动。


通过算法识别出雷达数据中的鸟类后,可获取关于鸟类迁徙密度、飞行速度和方向等信息。借助“千里眼”的帮助,这些信息不仅能帮助观鸟者制定观鸟日程和计划,也有助于科研工作者更精准地追踪这些长途迁徙的鸟类,深入探究候鸟迁徙规律。


目前,雷达气象中心研发了基于人工智能的空中鸟类和昆虫监测识别算法,建设基于雷达观测数据的空中生态监测预警系统,开展天气雷达空中生态监测行业服务,已与天津、辽宁、江西、湖南、山东等5个省(直辖市)形成常态化服务机制,并联合中国科学院动物研究所、北京理工大学、全国农业技术推广服务中心开展多次技术交流,与农业农村部、国家林草局对接空中生态监测成果。未来,将增加单偏振雷达数据资料,进一步提升产品时间分辨率和时效性。


雷达气象中心不断拓展气象雷达行业服务:推进铁路、电力等行业部门强对流服务;完善输电通道报警算法,提升应急处置时间;全国雷达拼图产品已接入航空部门指挥系统,提供组合反射率等拼图产品……从民生守护到行业赋能,雷达“慧眼”正在防灾减灾、经济社会高质量发展中大显身手。


厚沃土 聚人才


功以才成,业由才广。


如何激发人才活力,激活雷达事业发展的“一池春水”?雷达气象中心持续强化雷达人才队伍支撑,开展雷达新技术及业务培训,全方位提升人才素质,汇聚智慧、释放效能,着力提升科研创新供给能力。


2023年5月26日,中国气象局第二批重点创新团队名单公布,雷达气象团队入选,开始研发自主信号处理器算法,集成4类33种算法,通过提升杂波抑制能力,雷达近场双偏振数据质量提升40%,设计圆柱状相控阵雷达天线,解决波束偏离法向导致数据质量下降并仿真验证,制定了3项平板相控阵天气雷达测试及标准,为相控阵雷达测试评估和功能规格需求书编写提供技术支撑,在年度考核中获评优秀。同年12月,中国气象局批复成立雷达标校青年团队,其研制的天气雷达地基有源目标模拟器精度优于0.5dB,充分展现科技人才的创新活力。


图片
中国气象局气象探测中心技术人员开展雷达巡检 中国气象局雷达气象中心供图


为了让雷达人才干事有舞台、发展有空间、事业能出彩,今年雷达气象中心还组建了气象激光雷达观测技术、雷达应用关键技术两支雷达重点团队,以及多波段雷达信号处理、强对流协同告警两支雷达青年团队。这些团队广泛联合高校、省级气象部门等,形成协同创新的强大合力。在此过程中,人才集聚效应逐步显现:5人入选中国气象局高层次人才,培养访问学者70余人。


构建系统培训体系是提升雷达人才业务能力的关键举措。面对全国庞大的雷达业务保障与应用需求,雷达气象中心探索搭建覆盖理论教学、案例实训、考核评估的雷达业务培训资源体系。聚焦理论教学资源建设,开发强对流教学个例和故障案例,建立数字化题库和实训环境,让学习有的放矢。在实践层面,搭建网络虚拟—硬件仿真—实际操作全流程实训环境,学员可在模拟环境中反复操练,再应用于真实设备,提升培训效能。


在中国气象局气象干部培训学院支持下,截至目前,已开展各类培训88期,累计培训7500余人次。培训对象精准覆盖,组织实施三轮省级预报员轮训的同时,针对地市、县级业务人员开展专项培训。特别是聚焦雷达稳定运行的机务保障开展39期培训,切实增强基层台站人员的雷达运维实操能力,为观测数据的连续、可靠提供了坚实保障。


为充分利用八小时以外的碎片化时间,雷达气象中心创造性利用工作之余,开设“边边课堂”。它如同开放灵活的知识“充电站”,广邀高校、科研院所等相关领域专家前来授课,不仅使雷达技术人员强化理论基础,紧密追踪世界雷达技术发展前沿,更洞悉了技术发展趋势。2023至2024年间,雷达气象中心共举办41期“边边课堂”,参与人数超1500人次,有效打破信息壁垒,实现“产学研用”的高效联动。


图片
《中国气象报》2025年11月17日第2版


作者:罗澜 于桐 刘倩

编辑:李悦 于桐 刘倩 刘钊 丁继武

发布:马超

审核段昊书