劉志剛 許淙 吳麗俠 張潔 逯昌貴 李松

（1河北省青龍縣氣象局，河北秦皇島066599；2國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京100081；3中國極地研究中心，上海200136；4中國氣象科學(xué)研究院，北京100081）

0 引言

南極是全球氣候變化的重要組成部分，現(xiàn)場觀測(cè)數(shù)據(jù)是科學(xué)研究的依據(jù)。1985年中國南極長城站開始現(xiàn)場觀測(cè)氣象數(shù)據(jù)，并成為世界氣象組織觀測(cè)網(wǎng)的主體臺(tái)站，至今已積累了近30年完整的地面氣象資料。由于南極長城站位于地球另一端，資料審核周期長，出現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)不準(zhǔn)確、格式不規(guī)范等現(xiàn)象，而且查詢統(tǒng)計(jì)極為不便，這些現(xiàn)狀嚴(yán)重影響了數(shù)據(jù)的真實(shí)性和使用價(jià)值。同時(shí)大部分南極氣象科考隊(duì)員都是一次性短期考察，無法積累預(yù)報(bào)南極天氣的經(jīng)驗(yàn)，長城站歷史氣象資料的統(tǒng)計(jì)結(jié)果在制作天氣預(yù)報(bào)中具有很大的參考價(jià)值。為了保證南極氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，方便應(yīng)用和共享，使寶貴的資料發(fā)揮更大作用，我們建立了這套南極氣象資料處理查詢與統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，并按照中國氣象局資料處理規(guī)范［1］對(duì)南極長城站的歷史資料進(jìn)行了審核糾錯(cuò)，從而建立了數(shù)據(jù)庫?，F(xiàn)南極長城站氣象數(shù)據(jù)全部通過審核，以統(tǒng)一格式存放于數(shù)據(jù)庫中，可進(jìn)行多種查詢及統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

1 南極氣象資料處理查詢與統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)

南極氣象資料處理查詢與統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)用Delphi7［2-3］編程軟件編寫，由審核糾錯(cuò)、數(shù)據(jù)導(dǎo)入和查詢統(tǒng)計(jì)輸出3個(gè)可獨(dú)立使用的子系統(tǒng)集合而成（圖1）。數(shù)據(jù)導(dǎo)入與站上使用的全國統(tǒng)一地面測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)軟件連接讀取相關(guān)數(shù)據(jù)文件；查詢統(tǒng)計(jì)一鍵輸出，方便快捷。系統(tǒng)備有遠(yuǎn)程通信功能，可將查詢結(jié)果輸出共享。

2 南極長城站氣象資料的審核糾錯(cuò)

2.1 南極長城站氣象觀測(cè)和數(shù)據(jù)現(xiàn)狀

南極長城站屬于國家基本氣象站，站號(hào)為“89058”［4］，每天4次定時(shí)觀測(cè)，使用全國統(tǒng)一的地面測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)軟件。南極長城站觀測(cè)項(xiàng)目：云、能見度、天氣現(xiàn)象、氣壓、空氣的溫度和濕度、風(fēng)向和風(fēng)速、降水、日照、地面溫度、淺層和深層地溫、輻射。其中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集的有氣壓、空氣的溫度和濕度、風(fēng)向和風(fēng)速、日照、輻射。

圖1 南極氣象資料處理查詢統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)功能流程圖Fig.1.Technological process of the meteorological data system of the GreatWall Station

站內(nèi)近30年的觀測(cè)數(shù)據(jù)以A文件月報(bào)和Y文件年報(bào)［5］格式形式存放。

2.2 審核及錯(cuò)誤更正

按照審核糾錯(cuò)子系統(tǒng)流程（圖2）對(duì)長城站建站以來的336個(gè)月的月報(bào)表和28份年報(bào)表進(jìn)行逐個(gè)審核和錯(cuò)誤更正，最終形成完整無錯(cuò)的報(bào)表數(shù)據(jù)。

圖2 審核糾錯(cuò)系統(tǒng)功能流程Fig.2.Technological process of the examining and verifying unit

審核系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行逐條審核，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤進(jìn)行提示并顯示錯(cuò)誤類別。如顯示系統(tǒng)性錯(cuò)誤（臺(tái)站參數(shù)設(shè)置錯(cuò)、反查計(jì)算錯(cuò)、降水量和降水現(xiàn)象配合錯(cuò)等），即可使用審核程序進(jìn)行更正，若顯示邏輯分析性錯(cuò)誤（天氣現(xiàn)象和其他要素搭配錯(cuò)誤、云量云狀搭配錯(cuò)誤、定時(shí)風(fēng)和大風(fēng)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等），則需要人工進(jìn)行判斷修改，最終形成完整無誤的觀測(cè)資料。

經(jīng)系統(tǒng)審核并與原始報(bào)表校對(duì)，長城站氣象資料存在的主要錯(cuò)誤有：（1）參數(shù)設(shè)置、封底封面、數(shù)據(jù)格式和指示碼等錯(cuò)誤；（2）天氣現(xiàn)象和其他要素搭配錯(cuò)誤，天氣現(xiàn)象記錄起止時(shí)間錯(cuò)誤；（3）降水現(xiàn)象與降水量配合錯(cuò)誤；（4）云狀、云量錯(cuò)誤，包括云狀順序排列，總低云量和云狀配合，云狀和天氣現(xiàn)象配合等錯(cuò)誤；（5）風(fēng)向超出360°及出現(xiàn) M、Z、Q等風(fēng)向，風(fēng)速錯(cuò)位，最大風(fēng)速與十分鐘風(fēng)速矛盾等；（6）氣象要素日極值與定時(shí)值矛盾，數(shù)據(jù)臨近時(shí)次變化異常；（7）計(jì)算和反查要素結(jié)果錯(cuò)誤（計(jì)算海平面氣壓、反查露點(diǎn)溫度和水汽壓）；（8）日照時(shí)間超出真太陽時(shí)［6］，時(shí)日照大于 1.0；（9）蒸發(fā)量反常。

3 數(shù)據(jù)導(dǎo)入處理

將完整無誤的月報(bào)表按年導(dǎo)入Access數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫命名原則“BIIiii.YYYY”，其中 IIiii是臺(tái)站號(hào)，YYYY是年份，該文件每站每年一個(gè)。將定時(shí)數(shù)據(jù)存入hourdata表，日數(shù)據(jù)存入daydata表，參數(shù)和其他數(shù)據(jù)存入系統(tǒng)文件“Set＿Serve＿System.ini”和“BYIIiii.INI”中，為查詢統(tǒng)計(jì)建立原始數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)（圖3）。

圖3 數(shù)據(jù)導(dǎo)入處理流程Fig.3.Technological process of the data input

hourdata表由59個(gè)字符型字段記錄每天24個(gè)正點(diǎn)數(shù)據(jù)，daydata表由65個(gè)字符型字段存儲(chǔ)日平均、日極值、日總量值和天氣現(xiàn)象等逐日數(shù)據(jù)，每個(gè)字段長度分配科學(xué)，數(shù)據(jù)均不帶小數(shù)點(diǎn)存入。

4 數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)按照《地面氣候資料30年整編常規(guī)項(xiàng)目及其統(tǒng)計(jì)方法（國標(biāo)）QX／T22—2004》標(biāo)準(zhǔn)和氣象行業(yè)規(guī)范［5-6］的要求，根據(jù)用戶需要，運(yùn)用SQL語句［7］和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)庫或遠(yuǎn)程自動(dòng)站數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢統(tǒng)計(jì)計(jì)算等操作（圖4），其結(jié)果可以通過“數(shù)據(jù)顯示”窗口顯示，也可以傳送到服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，或根據(jù)“系統(tǒng)輸出設(shè)置（圖5）”查詢統(tǒng)計(jì)氣象要素范圍，選擇輸出為TXT文本文件、Excel文件或BMP圖片文件。

圖4 數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)子系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)方案圖Fig.4.Technological design plans of the data query system

數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)的主要功能和技術(shù)要點(diǎn)：

（1）選擇日期和時(shí)次查詢。選擇日期和時(shí)次可查詢當(dāng)日的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、定時(shí)數(shù)據(jù)和該日統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等；也可利用通信功能直接讀取自動(dòng)站業(yè)務(wù)軟件的實(shí)時(shí)ZZ文件、大風(fēng)FJ文件、正點(diǎn)Z文件、日數(shù)據(jù)B文件和降水R文件［8］等。選擇此類查詢，系統(tǒng)按照本地?cái)?shù)據(jù)庫、本地自動(dòng)站文件和遠(yuǎn)程自動(dòng)站文件的先后順序進(jìn)行搜索訪問，并在查詢結(jié)果中注明數(shù)據(jù)來源；

（2）選擇不同氣象要素查詢?；赟QL語句查詢統(tǒng)計(jì)功能，輸入要素查詢的條件（如：最低氣溫＜－5.0℃ and極大風(fēng)速≥17.0 m·s－1or天氣現(xiàn)象＝雪暴……），界定時(shí)間區(qū)間（如：1991—2010年……），在本地?cái)?shù)據(jù)庫中檢索符合條件的所有數(shù)據(jù)；

（3）基本氣象要素統(tǒng)計(jì)。選擇相應(yīng)的氣象要素和日期時(shí)次，利用本地?cái)?shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)該要素的時(shí)、日、旬、月、年平均值、極值或合計(jì)值，也可顯示該要素在輸入時(shí)間范圍內(nèi)的變化曲線圖；歷史再現(xiàn)該日各氣象要素特征；逐年或多年統(tǒng)計(jì)各氣象要素的平均、合計(jì)和極值等；通過數(shù)據(jù)查詢導(dǎo)出到Excel，形成定時(shí)風(fēng)向頻率、平均風(fēng)速和最大風(fēng)速的統(tǒng)計(jì)表，并自動(dòng)繪制逐月、季度和全年的風(fēng)向風(fēng)速玫瑰圖；根據(jù)氣候?qū)W要求統(tǒng)計(jì)氣溫年較差［1］、標(biāo)準(zhǔn)差［9］和晝夜溫差等；

（4）現(xiàn)象日數(shù)統(tǒng)計(jì)。根據(jù)逐日天氣現(xiàn)象記錄，統(tǒng)計(jì)多年（或單年）逐年（或逐月）各種天氣現(xiàn)象日數(shù)（包括大風(fēng)、吹雪、大霧、降水等近40種單一或混合現(xiàn)象）；由日降水量統(tǒng)計(jì)不同降水量等級(jí)日數(shù)和連續(xù)有（無）降水日數(shù)；利用4次定時(shí)能見度和視程障礙天氣現(xiàn)象統(tǒng)計(jì)不同能見度等級(jí)日數(shù)；根據(jù)日極大風(fēng)速或日最大風(fēng)速統(tǒng)計(jì)不同大風(fēng)等級(jí)（5—11級(jí)）日數(shù)；利用總云量統(tǒng)計(jì)天氣狀況（陰天、多云或晴朗）日數(shù)；

圖5 系統(tǒng)輸出設(shè)置Fig.5.Output system

圖6 數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)主界面Fig.6.Themain interface of the data query system

（5）其他對(duì)比統(tǒng)計(jì)。選擇不同臺(tái)站之間時(shí)、日、旬、月相同氣象要素進(jìn)行對(duì)比統(tǒng)計(jì)；保存年報(bào)表數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)多年各時(shí)段最大降水量、最長連續(xù)降水日數(shù)、最長連續(xù)無降水日數(shù)和日照時(shí)數(shù)旬月年統(tǒng)計(jì)。

查詢統(tǒng)計(jì)結(jié)果分為文本和表格2種，根據(jù)所需可導(dǎo)出為TXT文本文件或Excel文件。圖6是數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)主界面。

5 結(jié)語

（1）氣象資料處理查詢與統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)利用全國統(tǒng)一使用的地面測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)軟件A或B文件形成數(shù)據(jù)庫，具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)來源，可對(duì)南極中山站、昆侖站的氣象資料進(jìn)行上述處理，也可在國內(nèi)任意臺(tái)站推廣使用。通過增加臺(tái)站信息參數(shù)，實(shí)現(xiàn)更多臺(tái)站數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)對(duì)比。

（2）本系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)審核糾錯(cuò)，數(shù)據(jù)庫存檔和查詢統(tǒng)計(jì)等多項(xiàng)功能，使用靈活，可視化界面操作簡便。數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出能與現(xiàn)用的氣象測(cè)報(bào)系統(tǒng)相接，輸出端形式多樣，實(shí)現(xiàn)了南極氣象資料的共享。

（3）利用該系統(tǒng)，對(duì)南極長城站近30年的現(xiàn)場觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理審核，并糾正錯(cuò)誤，存入數(shù)據(jù)庫。保證了南極氣象觀測(cè)資料具有代表性、準(zhǔn)確性、比較性［6］。通過對(duì)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的歸納分類，有助于今后觀測(cè)設(shè)備和觀測(cè)技術(shù)的改進(jìn)。

1 中國氣象局.地面氣候資料30年整編常規(guī)項(xiàng)目及其統(tǒng)計(jì)方法（國標(biāo)）QX／T 22-2004.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

2 曹蕾，李光明，傅蓉，等.Delphi7程序設(shè)計(jì)與上機(jī)指導(dǎo).北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

3 Cantu M.Mastering Delphi7.USA：John Wiley and Sons，2003.

4 陳善敏.中國南極長城站的氣象科學(xué)考察.北京：氣象出版社，1985.

5 中國氣象局.地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)文件和記錄簿表格式.北京：氣象出版社，2005.

6 中國氣象局.地面氣象觀測(cè)規(guī)范.北京：氣象出版社，2003.

7 Stephens R，Plew R，Jones A D，et al.SQL入門經(jīng)典（第5版）.北京：人民郵電出版社，2011.

8 中國氣象局監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)司.地面氣象測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)軟件操作手冊(cè).北京：氣象出版社，2005.

9 國家氣象局.陸地測(cè)站地面天氣報(bào)告電碼.北京：氣象出版社，1991.