王　丹，高紅燕，馬　磊，黃少妮

(1.陜西省氣象服務(wù)中心，西安　710014；2.陜西省氣象臺(tái)，西安　710014)

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西漢和機(jī)場高速公路氣象站資料質(zhì)量評估

王丹1，高紅燕1，馬磊1，黃少妮2

(1.陜西省氣象服務(wù)中心，西安710014；2.陜西省氣象臺(tái)，西安710014)

摘要：從缺測、錯(cuò)誤和可疑三個(gè)方面對2013年7月2日—2015年4月17日陜西省西漢和機(jī)場高速公路6個(gè)交通氣象站的風(fēng)向、風(fēng)速、降水、氣溫、地表溫度、相對濕度和能見度的逐小時(shí)資料進(jìn)行質(zhì)量評估。結(jié)果表明：該套資料的完整性較好，沒有超過1個(gè)月以上的重度連續(xù)型缺測，各氣象要素(不包括降水)資料的最高缺測率約為17%，最低缺測率約為2%；1 h降水量的缺測率約為0.2%，明顯低于其它氣象要素。該套資料的錯(cuò)誤和可疑數(shù)據(jù)少，具有一定的準(zhǔn)確性和可靠性，比較而言，相對濕度的錯(cuò)誤和可疑數(shù)據(jù)最多，地表溫度次之，風(fēng)向、風(fēng)速?zèng)]有錯(cuò)誤和可疑數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：高速公路；交通氣象站；逐小時(shí)資料；質(zhì)量評估；陜西

近年來，我國氣象部門通過與政府、交通部門合作，在高速公路沿線建立自動(dòng)氣象監(jiān)測站[1]，實(shí)時(shí)采集氣象資料，為開展公路氣象災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)報(bào)方法研究奠定了基礎(chǔ)。為了使氣象站資料得到廣泛、深入的應(yīng)用，必須對數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行評估[2-6]。2013年7月，陜西省氣象局在西漢和機(jī)場高速公路各建成3個(gè)交通氣象站，可以對氣溫、降水、風(fēng)向、風(fēng)速、相對濕度、能見度、地面溫度等氣象要素進(jìn)行逐小時(shí)觀測，填補(bǔ)了陜西省高速公路專業(yè)交通氣象監(jiān)測空白。目前，關(guān)于西漢和機(jī)場高速公路6個(gè)交通氣象監(jiān)測站數(shù)據(jù)的質(zhì)量分析還未見報(bào)道，因此對2013年7月2日—2015年4月17日6個(gè)交通氣象站的監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行評估，以便為交通氣象服務(wù)和科研工作者合理使用該套資料提供參考。

1資料與方法

1.1資料

所用資料有兩類，一類為2013年7月2日19時(shí)—2015年4月17日18時(shí)機(jī)場和西漢高速公路6個(gè)交通氣象站的風(fēng)向、風(fēng)速、降水、氣溫、地表溫度、相對濕度和能見度的逐小時(shí)資料(即本次質(zhì)量分析的研究對象)，共15 695組數(shù)據(jù)，6個(gè)交通氣象站的名稱、位置和海拔高度信息見表1。另一類為6個(gè)交通氣象站50 km范圍內(nèi)區(qū)(縣)級氣象站1976年1月1日—2006年12月30日日最高(低)氣溫、日最高(低)地表溫度、日最大風(fēng)速的逐日資料和2010年1月1日—2014年12月31日氣溫、地表溫度、相對濕度、降水量的逐小時(shí)資料。

1.2方法

參考文獻(xiàn)[2-3]的質(zhì)量評估方法，從缺測、錯(cuò)誤和可疑三個(gè)方面對西漢和機(jī)場高速公路6個(gè)交通氣象站監(jiān)測資料的完整性、準(zhǔn)確性和可靠性進(jìn)行評估。缺測數(shù)據(jù)的檢查，根據(jù)連續(xù)缺測值的數(shù)量(C)，將缺測數(shù)據(jù)類型分為離散型(C<2)、輕度離散型(2≤C≤24)、中度離散型(24720)4類。錯(cuò)誤和可疑數(shù)據(jù)的檢查包括氣候極值檢查、時(shí)間一致性檢查、空間一致性檢查[7]和內(nèi)部一致性檢查。

表1　機(jī)場和西漢高速公路6個(gè)交通氣象站信息

氣候極值檢查是基于氣候極端事件發(fā)生的可能性，將超過閾值的監(jiān)測數(shù)據(jù)定義為可疑數(shù)據(jù)。氣溫、地表溫度、風(fēng)速和1 h降水量的閾值通過對6個(gè)交通氣象站50 km范圍內(nèi)區(qū)(縣)級氣象站歷史資料的氣候極值統(tǒng)計(jì)確定，相對濕度、風(fēng)向、能見度的閾值參考資料處理的普適標(biāo)準(zhǔn)和高速公路交通氣象站測量范圍標(biāo)準(zhǔn)確定(表2)。

表2　各氣象要素逐季氣候閾值統(tǒng)計(jì)表

時(shí)間一致性檢查只對氣溫、地表溫度、相對濕度和能見度做分析。氣溫和地表溫度在連續(xù)6~11個(gè)(12個(gè)以上)非缺測數(shù)據(jù)保持定值或者在相鄰兩小時(shí)變化大于8 ℃(變化大于8 ℃且反位相變化)時(shí)定義為可疑(錯(cuò)誤)數(shù)據(jù)。相對濕度在連續(xù)24~47個(gè)(48個(gè)以上)非缺測數(shù)據(jù)保持定值或者在相鄰兩小時(shí)變化大于50%(大于50%且反位相變化)時(shí)定義為可疑(錯(cuò)誤)數(shù)據(jù)。能見度在連續(xù)6個(gè)以上非缺測數(shù)據(jù)保持低值(能見度小于1 km)狀態(tài)時(shí)定義為可疑數(shù)據(jù)。

為了進(jìn)一步判斷可疑數(shù)據(jù)的正確與否，對可疑數(shù)據(jù)進(jìn)行空間和內(nèi)部一致性檢查。空間一致性檢查針對氣溫、地表溫度和相對濕度，利用交通氣象站50 km范圍內(nèi)區(qū)(縣)級氣象站的監(jiān)測資料，通過距離平方反比空間插值方法，計(jì)算被檢測數(shù)據(jù)的估計(jì)值，比較被檢測數(shù)據(jù)與估計(jì)值的差值，氣溫和地表溫度的閾值為3 ℃[2]，相對濕度的閾值為20 %[3]，差值的絕對值大于閾值則判定為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，否則為正確數(shù)據(jù)。內(nèi)部一致性檢查是檢查能見度與相對濕度、風(fēng)速、降水等氣象要素的一致性[8]。對于能見度的可疑數(shù)據(jù)，參考文獻(xiàn)[9-11]能見度與相對濕度、風(fēng)速和降雨強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，定義當(dāng)相對濕度在80%以上、最大風(fēng)速小于4.8 m/s，或者1 h降水量在5 mm以上時(shí)，判定為正確數(shù)據(jù)，否則為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。

2結(jié)果分析

2.1缺測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)

從缺測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表3)來看，機(jī)場和西漢高速公路6個(gè)交通氣象站的風(fēng)向、風(fēng)速、降水、氣溫、地表溫度、相對濕度和能見度逐小時(shí)資料的完整性較好，各交通氣象站缺測數(shù)據(jù)的離散型缺測均小于30次，較其它缺測類型略偏多，輕度和中度連續(xù)型缺測較少，沒有重度連續(xù)型缺測。與其它氣象要素相比，1 h降水量的資料完整性最好，缺測數(shù)據(jù)只有離散型和輕度連續(xù)型兩類，數(shù)據(jù)缺測率約為0.2%。比較而言，戶縣安檢站的數(shù)據(jù)完整性較差，各氣象要素(不包括降水)的中度連續(xù)型缺測為21次，數(shù)據(jù)缺測率約為17%，其次為寧陜站，各氣象要素(不包括降水)的輕度和中度連續(xù)型缺測分別為17次和14次，缺測率約為10%。秦嶺隧道站的數(shù)據(jù)完整性較好，各氣象要素(不包括降水)的中度連續(xù)型缺測僅1次，數(shù)據(jù)缺測率約為2%。

表3　機(jī)場和西漢高速公路各站缺測類型統(tǒng)計(jì)　次

2.2可疑數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)

從可疑數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表4)來看，相對濕度的可疑數(shù)據(jù)多于其它氣象要素，并且，機(jī)場收費(fèi)站的相對濕度可疑數(shù)據(jù)最多，有423個(gè)，約占有效監(jiān)測數(shù)據(jù)的3%。氣溫、能見度和1 h降水量的可疑數(shù)據(jù)較少，其中，1 h降水量的可疑數(shù)據(jù)僅1個(gè)，風(fēng)速、風(fēng)向無可疑數(shù)據(jù)。整體上講，6個(gè)交通氣象站監(jiān)測資料的可疑數(shù)據(jù)比例小，數(shù)據(jù)可靠性好。通過空間和內(nèi)部一致性檢查對可疑數(shù)據(jù)做進(jìn)一步判斷，相對濕度、地表溫度、氣溫、能見度和1 h降水量的可疑數(shù)據(jù)判斷為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的比例分別為68%、50%、59%、41%和100%。

表4　機(jī)場和西漢高速公路各站可疑數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)　個(gè)

注： “—”表示無可疑數(shù)據(jù)；風(fēng)向、風(fēng)速均無可疑數(shù)據(jù)。

2.3錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)

從錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表5)來看，相對濕度的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)最多，其次是地表溫度，氣溫、能見度和降水的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)較少，風(fēng)向、風(fēng)速無錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。機(jī)場高速公路3個(gè)交通氣象站的相對濕度錯(cuò)誤數(shù)據(jù)多于西漢高速公路3個(gè)交通氣象站，其中，機(jī)場收費(fèi)站的相對濕度錯(cuò)誤數(shù)據(jù)最多，有316個(gè)，錯(cuò)誤率約為2%。漢城收費(fèi)站和秦嶺隧道站地表溫度的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)較多，分別為54和66個(gè)，錯(cuò)誤率分別約為0.3%和0.4%。整體上講，6個(gè)交通氣象站監(jiān)測數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤率小，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較好。

表5　機(jī)場和西漢高速公路各站錯(cuò)誤數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)　個(gè)

注： “—”表示無錯(cuò)誤數(shù)據(jù)；風(fēng)向/風(fēng)速均無錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。

3結(jié)論

(1)6個(gè)交通氣象站監(jiān)測資料沒有超過1個(gè)月以上的重度連續(xù)型缺測，1 h降水量的數(shù)據(jù)缺測率明顯小于與其它氣象要素，約為0.2%。比較而言，戶縣安檢站的數(shù)據(jù)缺測率較高，約為17%；秦嶺隧道站的數(shù)據(jù)缺測率較低，約為2%。

(2)6個(gè)交通氣象站監(jiān)測資料的可疑數(shù)據(jù)較少，其中，機(jī)場收費(fèi)站的相對濕度可疑數(shù)據(jù)最多，約占有效監(jiān)測數(shù)據(jù)的3%。另外，相對濕度、地表溫度、氣溫、能見度和1 h降水量的可疑數(shù)據(jù)判斷為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的比例分別為68%、50%、59%、41%和100%。

(3)6個(gè)交通氣象站監(jiān)測資料的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)較少，比較而言，相對濕度的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)最多，地表溫度次之，風(fēng)向、風(fēng)速?zèng)]有錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。

(4)整體上講，該套資料的完整性較好，具有一定的準(zhǔn)確性和可靠性，可以用于交通氣象服務(wù)和科研工作。為了提高該套資料的數(shù)據(jù)質(zhì)量，建議用戶使用前對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行訂正，例如，將跳躍型的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)替換為該數(shù)據(jù)前后相鄰時(shí)刻觀測值的平均值，通過距離平方反比空間插值方法將相鄰區(qū)(縣)氣象站資料插值到缺測交通氣象站上等。

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基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41075025)，江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(PAPD)

作者簡介：包佳渺(1986—)，男，漢族，江蘇無錫人，在讀碩士研究生，工程師，從事雷電過電壓防護(hù)技術(shù)與氣象預(yù)報(bào)研究。

收稿日期：2015-06-17

文章編號(hào)：1006-4354(2015)06-0022-04

中圖分類號(hào)：P416

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A