陳姣榮，曹向林，劉思華

(1.湖南省岳陽(yáng)市氣象局，湖南 岳陽(yáng) 414000；2 河北省邯鄲市氣象局，河北 邯鄲 056000)

淺談氣象一體化數(shù)據(jù)信息分析與反饋

陳姣榮1，曹向林1，劉思華2

(1.湖南省岳陽(yáng)市氣象局，湖南 岳陽(yáng) 414000；2 河北省邯鄲市氣象局，河北 邯鄲 056000)

該文參照臺(tái)站在一體化工作中的流程和任務(wù)，對(duì)實(shí)時(shí)歷史氣象一體化資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)疑誤信息進(jìn)行了分析和總結(jié)，指出造成疑誤信息的主要因素大致可歸納為天氣原因、外圍環(huán)境改變、設(shè)備運(yùn)行故障、業(yè)務(wù)軟件存在缺陷等，對(duì)臺(tái)站級(jí)的反饋流程進(jìn)行了梳理和探討，建議反饋時(shí)注意綜合分析、規(guī)范操作。

臺(tái)站級(jí)；一體化；信息分析；反饋

1 引言

2011年1月，為解決氣象資料業(yè)務(wù)工作中存在的歷史與實(shí)時(shí)氣象資料業(yè)務(wù)脫節(jié)、數(shù)據(jù)不一致、數(shù)據(jù)質(zhì)量和應(yīng)用時(shí)效等問題，中國(guó)氣象局啟動(dòng)基礎(chǔ)氣象資料發(fā)展與改革專項(xiàng)工作，建立一體化氣象資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)(MDOS)。一體化氣象資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)在資料的質(zhì)量、可用性，資料獲取的便捷性、時(shí)效性等方面更能滿足現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)對(duì)氣象資料的要求。在一體化工作中臺(tái)站主要負(fù)責(zé)處理省級(jí)數(shù)據(jù)處理中心分發(fā)的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制疑誤信息(含國(guó)家站和區(qū)域站)，通過(guò)臺(tái)站處理與反饋(元數(shù)據(jù)上傳、短信互動(dòng))等步驟實(shí)現(xiàn)疑誤信息處理與反饋。如何正確處理并反饋省級(jí)提交給臺(tái)站的疑誤信息，本文參照臺(tái)站在一體化工作中的流程和任務(wù)，對(duì)實(shí)時(shí)歷史氣象一體化資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)疑誤進(jìn)行了分析和總結(jié)，并對(duì)臺(tái)站級(jí)的反饋流程進(jìn)行梳理和探討。

2 一體化氣象資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)及臺(tái)站數(shù)據(jù)處理任務(wù)

2.1 一體化氣象資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)

一體化氣象資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)是集質(zhì)量控制、加工處理、存儲(chǔ)分發(fā)和服務(wù)于一體的資料業(yè)務(wù)處理平臺(tái)，由國(guó)家級(jí)檢驗(yàn)評(píng)估、省級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)質(zhì)控、數(shù)據(jù)處理及疑誤查詢、臺(tái)站處理反饋實(shí)時(shí)資料疑誤等組成。

2.2 臺(tái)站級(jí)疑誤信息反饋任務(wù)

在一體化平臺(tái)中臺(tái)站數(shù)據(jù)處理任務(wù)主要有三個(gè)方面：一是疑誤信息反饋，二是疑誤查詢，三是元數(shù)據(jù)登記。本文僅介紹疑誤信息的反饋處理。

臺(tái)站收到平臺(tái)疑誤信息后，需要核對(duì)顯性錯(cuò)誤數(shù)據(jù)值，查明錯(cuò)誤原因，并及時(shí)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理和觀測(cè)儀器維護(hù)等工作。

3 一體化質(zhì)控信息的內(nèi)容

一體化氣象資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)質(zhì)控和處理的數(shù)據(jù)對(duì)象分為三類數(shù)據(jù)[2]：觀測(cè)數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)、附加信息數(shù)據(jù)。因元數(shù)據(jù)和附加信息數(shù)據(jù)主要是針對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量有影響的說(shuō)明信息，在此不作介紹。觀測(cè)數(shù)據(jù)包括分鐘數(shù)據(jù)、小時(shí)數(shù)據(jù)和日數(shù)據(jù)。分鐘數(shù)據(jù)主要包括地溫、草溫、降水以及壓、溫、濕、風(fēng)等；小時(shí)數(shù)據(jù)包括風(fēng)、降水、氣溫、濕度、氣壓、草溫、0 cm地溫、淺層低溫、深層低溫、能見度、日照、輻射等觀測(cè)要素和統(tǒng)計(jì)值；日數(shù)據(jù)包括降水量(人工觀測(cè))、蒸發(fā)、日照、天氣現(xiàn)象、雪深、雪壓、凍土、電線積冰等觀測(cè)要素[2]。

臺(tái)站一體化信息反饋工作，是對(duì)一體化系統(tǒng)提出的顯性錯(cuò)誤和疑誤信息，按照《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》和相關(guān)技術(shù)規(guī)定及天氣、氣候規(guī)律，進(jìn)行資料的對(duì)比分析及審查，判斷處理并確認(rèn)反饋。

4 一體化疑誤信息分析

從臺(tái)站工作實(shí)際來(lái)看，天氣原因、外圍環(huán)境改變、設(shè)備故障、業(yè)務(wù)軟件存在缺陷等[3、4]是造成氣象數(shù)據(jù)出現(xiàn)疑誤信息的主要因素。

4.1 天氣突變或異常

一般情況下，天氣突變或異常引起數(shù)據(jù)顯著變化而出現(xiàn)的“疑誤信息”(蒸發(fā)除外[5])如某記錄超臺(tái)站歷史極值，但并未超氣候極值，系統(tǒng)根據(jù)質(zhì)量控制技術(shù)規(guī)程進(jìn)行相關(guān)檢查會(huì)提出疑誤，此類記錄應(yīng)視作正常記錄。在實(shí)際工作中由天氣因素造成的數(shù)據(jù)異常主要有特殊天氣造成的要素異常、氣象要素長(zhǎng)時(shí)間保持不變或變化極小以及蒸發(fā)量異常等，了解各類特特殊天氣情況下要素的變化規(guī)律，便能有效的找出產(chǎn)生疑誤信息的原因，判斷數(shù)據(jù)的正確與否。

4.1.1 大幅度降溫 當(dāng)發(fā)生劇烈天氣事件如大幅降溫、短時(shí)暴雨時(shí)，將導(dǎo)致氣溫和地面溫度等要素值發(fā)生短時(shí)突變，無(wú)法通過(guò)時(shí)間一致性和空間一致性檢查，產(chǎn)生“異常數(shù)據(jù)”，應(yīng)視為正常數(shù)據(jù)。

4.1.2 積雪 在自動(dòng)站中，由于地面溫度傳感器固定不可移動(dòng)，當(dāng)有積雪時(shí)，地面溫度傳感器就被埋藏在雪中，就會(huì)使得地面溫度在很長(zhǎng)時(shí)間不變或變化極小，這樣當(dāng)進(jìn)行持續(xù)性檢查時(shí)，就會(huì)提出錯(cuò)誤或警告信息，根據(jù)《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》規(guī)定，數(shù)據(jù)按正常處理。

4.1.3 高溫 高溫天氣直接影響0厘米地溫?cái)?shù)據(jù)異常。由于受到太陽(yáng)直接輻射，0厘米地溫在短時(shí)內(nèi)變化顯著，無(wú)法通過(guò)系統(tǒng)質(zhì)控而提出“疑誤信息”，此類信息亦較易判斷。

4.1.4 高濕 當(dāng)有霧或有雨時(shí)且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，相對(duì)濕度將會(huì)在高濕狀態(tài)下不變或變化極小，這樣將會(huì)出現(xiàn)持續(xù)性檢查無(wú)法通過(guò)，可判斷數(shù)據(jù)正常。

4.1.5 等溫 當(dāng)大氣非常穩(wěn)定時(shí)，特別是溫度變化很小時(shí)，相對(duì)濕度不變或變化極小，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)性檢查時(shí)，也會(huì)提出錯(cuò)誤或警告信息，數(shù)據(jù)可用。

4.1.6 夏季雷雨 雷雨天氣出現(xiàn)時(shí)，氣壓、濕度、地溫等要素會(huì)發(fā)生明顯的波動(dòng)或異常，主要表現(xiàn)有：

①本站氣壓跳變。對(duì)應(yīng)時(shí)段內(nèi)有雷暴時(shí)比較容易判斷，風(fēng)向和風(fēng)速也會(huì)有相應(yīng)的變化，否則作不正常處理。

②地面溫度、草面溫度等要素突降。雷陣雨天氣影響地面溫度、草面溫度的變幅較大，可參照氣溫的變化趨勢(shì)來(lái)分析，若趨勢(shì)一致則視為正常。

③濕度增大。根據(jù)天氣實(shí)況檢查突增現(xiàn)象是否屬于降水造成空氣濕度增大而引起，同時(shí)參考相應(yīng)時(shí)段的氣溫、地溫變化趨勢(shì)來(lái)分析，能夠快速有效地做出判斷。

④深層地溫升溫。因新安裝地溫套管或地溫場(chǎng)維護(hù)等原因?qū)е律顚拥販鼐徛仙缶徛陆?，此類異常?shù)據(jù)可視為正常數(shù)據(jù)；若地溫套管漏水則應(yīng)視為異常數(shù)據(jù)并及時(shí)修復(fù)。

4.1.7 颮或鋒面過(guò)境 颮或鋒面過(guò)境往往會(huì)帶來(lái)風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、氣壓等氣象要素的突變，根據(jù)變化趨勢(shì)是否相關(guān)對(duì)疑誤信息的正確與否作出判斷。

4.1.8 蒸發(fā)量異常 因降水量大導(dǎo)致蒸發(fā)量異常且無(wú)使用價(jià)值時(shí)，按缺測(cè)處理。

4.2 外圍環(huán)境因素造成數(shù)據(jù)異常

①電壓不穩(wěn)或電磁干擾。市電電壓不穩(wěn)定或者電磁干擾[6]，會(huì)對(duì)需要供電的傳感器如氣壓、濕度、風(fēng)等產(chǎn)生的數(shù)據(jù)造成影響(跳變或缺測(cè))。當(dāng)采集值隨電壓變化短時(shí)跳變時(shí)，應(yīng)根據(jù)《地面觀測(cè)業(yè)務(wù)規(guī)范》中相關(guān)技術(shù)規(guī)定進(jìn)行分析判斷和處理，如果差異在可信范圍內(nèi)，可視為正常。

②下墊面或探測(cè)環(huán)境的改變。場(chǎng)地建設(shè)或下墊面改變、探測(cè)環(huán)境導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常，如果差異在可信范圍內(nèi)，仍可視為正常。

③其他原因。如蟲鳥、灰塵、樹葉等影響造成能見度儀產(chǎn)生跳變數(shù)據(jù)，應(yīng)根據(jù)跳變值判斷其是否有使用價(jià)值[7]。

4.3 設(shè)備故障造成數(shù)據(jù)異常

儀器故障造成的“異常數(shù)據(jù)”一般無(wú)法通過(guò)時(shí)間一致性、空間一致性和內(nèi)部一致性檢查，此類顯性錯(cuò)誤應(yīng)作為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)來(lái)處理，并按要求進(jìn)行反饋[8-10]。通常情況有以下幾種表現(xiàn)：

①數(shù)據(jù)超出氣候界限值。各氣象要素的界限值閾值范圍參考《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》中表3.1《我國(guó)自動(dòng)氣象站技術(shù)性能要求表》以及《QX/T 118-2010地面氣象觀測(cè)資料質(zhì)量控制》，當(dāng)某要素值不在其測(cè)量允許值范圍之內(nèi)時(shí)，便會(huì)以“異常數(shù)據(jù)”來(lái)提示，此時(shí)應(yīng)檢查判斷儀器是否出現(xiàn)故障。如氣壓小于500 hPa，應(yīng)為傳感器故障或接錯(cuò)采集通道，須按錯(cuò)誤數(shù)據(jù)處理并反饋。

②風(fēng)向缺失或風(fēng)速值為零。某一范圍的風(fēng)向以另外范圍的風(fēng)向被記錄，或是風(fēng)向保持某一個(gè)角度不變，或是實(shí)際有風(fēng)速測(cè)量值卻一直保持為零，應(yīng)考慮為傳感器或通道故障導(dǎo)致，均視為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。

③數(shù)據(jù)差異大。臺(tái)站兩臺(tái)自動(dòng)站數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)某一數(shù)據(jù)差值異常偏大，一般為其中某一自動(dòng)站儀器出現(xiàn)了故障[11,12]。

④傳感器漂移。傳感器漂移為傳感器失真狀態(tài)，其測(cè)量的氣象要素在實(shí)際真值附近，但超過(guò)了允許的測(cè)量精度范圍[13-14]。一般情況下，氣溫和氣壓等傳感器漂移較難判斷，但變幅小的深層地溫則較易判斷。可根據(jù)鄰近參考站(或參考要素)進(jìn)行分析，在漂移開始階段數(shù)據(jù)與正常值偏差小，可作正常數(shù)據(jù)，否則按錯(cuò)誤數(shù)據(jù)處理并反饋。

⑤蒸發(fā)異常。因蒸發(fā)傳感器連通管安裝不當(dāng)會(huì)造成蒸發(fā)數(shù)據(jù)異常，其表現(xiàn)為蒸發(fā)量長(zhǎng)時(shí)間小時(shí)量為0.0或負(fù)值，應(yīng)按缺測(cè)處理。

4.4 業(yè)務(wù)軟件形成的異常數(shù)據(jù)

現(xiàn)用的臺(tái)站地面綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)軟件(ISOS系統(tǒng))還不是特別完善[12]，軟件造成的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

①風(fēng)的最大值與正點(diǎn)值矛盾。如二者風(fēng)速一致，風(fēng)向矛盾，則最大值以正點(diǎn)的風(fēng)向風(fēng)速值為準(zhǔn)。

②風(fēng)速值矛盾。最大風(fēng)速與極大風(fēng)速在跨日界、時(shí)界時(shí)的矛盾應(yīng)為正常。

③能見度正點(diǎn)值與極值矛盾。能見度正點(diǎn)定時(shí)值小于最小值[13]，正點(diǎn)值按錯(cuò)誤數(shù)據(jù)處理。

5 疑誤信息反饋流程

圖1 臺(tái)站級(jí)信息處理與反饋流程示意圖

在一體化信息反饋流程中，根據(jù)省級(jí)提交給臺(tái)站的疑誤查詢信息，臺(tái)站“被動(dòng)”進(jìn)行反饋，其反饋信息的流程大致如下(圖1)：

①登錄一體化平臺(tái)。登陸一體化業(yè)務(wù)平臺(tái)，進(jìn)入國(guó)家站或區(qū)域站查看“數(shù)據(jù)質(zhì)控信息處理”菜單下，省級(jí)推送的相關(guān)臺(tái)站的疑誤信息。

②疑誤信息分析。根據(jù)天氣實(shí)況及儀器設(shè)備運(yùn)行情況，綜合利用業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，基于經(jīng)驗(yàn)和參考要素值判斷后，找出導(dǎo)致疑誤信息產(chǎn)生的原因。

③處理反饋。判斷數(shù)據(jù)為正確無(wú)誤時(shí)，勾選疑誤數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊質(zhì)量控制信息處理主控表上方的“數(shù)據(jù)無(wú)誤”按鈕進(jìn)行處理無(wú)誤的數(shù)據(jù)；如果確認(rèn)數(shù)據(jù)有誤時(shí)，選中質(zhì)量控制信息處理主控表中的相應(yīng)疑誤數(shù)據(jù)，在“修正值”和“備注信息框”中填入“修正理由”或“數(shù)據(jù)錯(cuò)誤原因”。

④處理登記，結(jié)束反饋流程。點(diǎn)擊“提交”按鈕，系統(tǒng)提示“數(shù)據(jù)已修改，提交給省級(jí)確認(rèn)”點(diǎn)擊“確定”后，此疑誤信息在“已處理”頁(yè)面中顯示，臺(tái)站反饋流程結(jié)束。

6 信息反饋?zhàn)⒁獾膯栴}

①疑誤信息分析的先后。一般按照天氣、外圍環(huán)境、設(shè)備、業(yè)務(wù)軟件等的先后對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)需注意對(duì)各要素及其參考要素在不同時(shí)間尺度觀測(cè)值和統(tǒng)計(jì)值的空間、時(shí)間分布狀況進(jìn)行分析。

②疑誤信息的綜合分析。進(jìn)行疑誤信息的綜合分析主要包括：一是分析疑誤信息中該要素隨時(shí)間變化趨勢(shì)及其變化規(guī)律；二是選擇臨近站點(diǎn)對(duì)比分析該要素隨時(shí)間變化的趨勢(shì)；三是分析本站該要素及其它有物理相關(guān)的要素隨時(shí)間變化的趨勢(shì)。

③反饋操作符合規(guī)范要求。在信息反饋時(shí)須注意嚴(yán)格按照規(guī)定的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行操作，并按要求將判斷分析的理由或情況描述填入備注框，確保省級(jí)部門準(zhǔn)確有效做出判定和處理。

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2015-05-28

陳姣榮(1976—)，女，高工，主要從事氣象業(yè)務(wù)管理工作。

1003-6598(2015)04-0055-03

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