賈晨剛，李亞麗

(陜西省氣象信息中心，西安　710014)

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基于海拔高度的質(zhì)控方法本地化策略

賈晨剛，李亞麗

(陜西省氣象信息中心，西安710014)

摘要：中國(guó)氣象局研制的三級(jí)質(zhì)量控制業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，質(zhì)控方法本地化策略是按照陜北、關(guān)中、陜南的行政區(qū)域制定的，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)陜西省境內(nèi)國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站臺(tái)站海拔高度的不同，修正其質(zhì)量控制方法，對(duì)氣象觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)增加了省級(jí)質(zhì)量控制標(biāo)識(shí)，形成了基于海拔高度的自動(dòng)氣象站觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制策略和流程。以臨渭站和華山站(分別代表平原站和高山站)為例，針對(duì)2013年汛期中連續(xù)三個(gè)月(6—8月)的氣溫、氣壓、相對(duì)濕度、風(fēng)速四種氣象要素進(jìn)行質(zhì)量控制。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)質(zhì)量控制后的氣象觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)更加能夠反映出每個(gè)臺(tái)站真實(shí)的氣象要素變化情況。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量控制海拔高度本地化策略陜西

2010年和2011年，中國(guó)氣象局在各省分別建設(shè)“省級(jí)自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制系統(tǒng)”(以下簡(jiǎn)稱(chēng)：省級(jí)質(zhì)控系統(tǒng))和國(guó)家級(jí)“地面實(shí)時(shí)和歷史資料一體化數(shù)據(jù)質(zhì)量控制系統(tǒng)”(以下簡(jiǎn)稱(chēng)：MDOS系統(tǒng))，要求各省根據(jù)本省的氣象資料整編數(shù)據(jù)集制定本省的質(zhì)控系統(tǒng)本地化策略。而這兩套系統(tǒng)中對(duì)陜西省國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)控方法，均采用中國(guó)氣象局在2004開(kāi)始研制的由臺(tái)站到省級(jí)、國(guó)家級(jí)三級(jí)質(zhì)量控制業(yè)務(wù)系統(tǒng)的質(zhì)控本地化策略，即基于陜北、關(guān)中、陜南的行政區(qū)域制定，該質(zhì)控本地化策略在宏觀(guān)層面上對(duì)陜西省所轄的自動(dòng)站進(jìn)行了劃分，需要考慮轄區(qū)范圍內(nèi)所有站點(diǎn)，選取的閾值范圍較為寬泛。因此，有必要結(jié)合陜西省特有的地形和各臺(tái)站氣象觀(guān)測(cè)要素的極值資料，研究一套基于海拔高度為質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)控方法本地化策略，以滿(mǎn)足氣象業(yè)務(wù)和科研工作對(duì)觀(guān)測(cè)資料的質(zhì)量要求。

1抽樣站點(diǎn)

因海拔高度為選站標(biāo)準(zhǔn)，故選取陜西省境內(nèi)兩個(gè)在海拔高度上有地域特點(diǎn)的觀(guān)測(cè)臺(tái)站，臨渭站(站號(hào)57045)代表平原站，華山站(站號(hào)57046)代表高山站。對(duì)兩站在2013年汛期中連續(xù)3個(gè)月(6—8月)的觀(guān)測(cè)資料中常用的氣溫、氣壓、相對(duì)濕度、風(fēng)速等四種基本要素進(jìn)行質(zhì)控。

2質(zhì)量控制標(biāo)識(shí)

質(zhì)量控制標(biāo)識(shí)(Quality Control，以下簡(jiǎn)稱(chēng)QC)是對(duì)某類(lèi)數(shù)據(jù)中某一要素真實(shí)可靠性的描述，通過(guò)QC能夠判斷數(shù)據(jù)是正確、可疑還是錯(cuò)誤，使用戶(hù)在使用數(shù)據(jù)時(shí)能夠迅速剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，對(duì)可疑數(shù)據(jù)進(jìn)行甄別。對(duì)氣象觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)施質(zhì)量控制后，為數(shù)據(jù)增加QC，是被廣泛采用的方法。作為省級(jí)氣象部門(mén)，氣象觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的用戶(hù)主要是氣象科研人員和氣象資料服務(wù)人員，因此也采用加QC碼的方法，即利用4個(gè)數(shù)字代碼(表1)表示每個(gè)時(shí)次每個(gè)觀(guān)測(cè)臺(tái)站不同氣象要素的質(zhì)量。

如果某一氣象要素?cái)?shù)據(jù)的QC碼置2或8，視該數(shù)據(jù)為錯(cuò)誤或者缺測(cè)數(shù)據(jù)，將不參與后續(xù)的質(zhì)量控制過(guò)程；如果QC碼置0或1，那么視該數(shù)據(jù)為正確或可疑數(shù)據(jù)，仍參與后續(xù)質(zhì)控流程。

表1　質(zhì)量控制標(biāo)識(shí)的含義

3質(zhì)量控制方法

傳統(tǒng)的氣象資料QC方法是依據(jù)天氣學(xué)、氣象學(xué)、氣候?qū)W原理，以氣象要素的時(shí)間和空間變化規(guī)律和各要素之間相互聯(lián)系的規(guī)律為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)不同的氣象要素采用不同的QC方法，需要根據(jù)具體的要素分別對(duì)待。在本次研究中，針對(duì)日常業(yè)務(wù)中使用的氣溫、氣壓、相對(duì)濕度和風(fēng)速4類(lèi)要素進(jìn)行QC，質(zhì)量控制所檢查的項(xiàng)目見(jiàn)表2。

表2　氣象要素質(zhì)量控制檢查項(xiàng)目

4本地化策略

結(jié)合抽樣臺(tái)站特點(diǎn)，并在相應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)，制定出適合于陜西平原站和高山站質(zhì)控方法的本地化策略。這種以海拔高度為質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)的策略，能夠反映陜西特有的地形特點(diǎn)。陜西省境內(nèi)的氣象觀(guān)測(cè)臺(tái)站，即使同一行政區(qū)域的兩個(gè)臺(tái)站，由于海拔高度的不同，各自的氣溫、氣壓、相對(duì)濕度和風(fēng)速4類(lèi)要素的氣候界限值、區(qū)域極值、臺(tái)站極值以及內(nèi)部一致性等也會(huì)不同，經(jīng)過(guò)質(zhì)量控制后的氣象數(shù)據(jù)更能反映出每個(gè)臺(tái)站真實(shí)的氣象變化情況。

4.1要素缺測(cè)檢查

質(zhì)量控制時(shí)，首先對(duì)所有要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行缺測(cè)檢查，并初始化質(zhì)量控制碼(簡(jiǎn)稱(chēng)QC碼)。缺測(cè)檢查采用三種方式：①凡是文件格式不符合中國(guó)氣象局地面氣象觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)文件格式的，一律認(rèn)為該站該時(shí)次所有要素均缺測(cè)；②參考該站該時(shí)次上傳的自動(dòng)站狀態(tài)文件，如果狀態(tài)文件中某要素的傳感器狀態(tài)錯(cuò)誤，則認(rèn)為該要素缺測(cè)；③直接檢查數(shù)據(jù)文件的要素內(nèi)容，如果要素內(nèi)容為“/////”等缺測(cè)標(biāo)志時(shí)，則認(rèn)定其缺測(cè)。如果數(shù)據(jù)為缺測(cè)，QC碼設(shè)置為‘8’(缺測(cè))，非缺測(cè)數(shù)據(jù)其QC碼暫時(shí)設(shè)為‘N’(未作質(zhì)量控制)。只有QC碼為‘N’的數(shù)據(jù)才分別進(jìn)行氣候界限值、區(qū)域極值、臺(tái)站極值以及內(nèi)部一致性等檢查。

4.2氣溫檢查

氣溫要素包括正點(diǎn)氣溫、小時(shí)最低氣溫和小時(shí)最高氣溫3個(gè)要素。

(1)氣候?qū)W界限值檢查

6—8月氣溫要素的氣候界限值范圍為-25～50 ℃，超過(guò)氣候界限值范圍的數(shù)據(jù)QC碼置2。

(2)區(qū)域界限值檢查

陜西省位于全國(guó)分區(qū)的3區(qū)和5區(qū)，根據(jù)抽樣臺(tái)站資料總結(jié)出6—8月的氣溫區(qū)域界限值見(jiàn)表3。

表3　抽樣臺(tái)站氣溫區(qū)域界限值的范圍　℃

超出該界限值的數(shù)據(jù)QC碼置1。

(3)臺(tái)站極值檢查

對(duì)于通過(guò)臺(tái)站極值(表4)檢查的數(shù)據(jù)，QC碼置0；未通過(guò)的數(shù)據(jù)，QC碼置1。

表4　抽樣臺(tái)站氣溫極值　℃

(4)要素內(nèi)部一致性檢查

檢查規(guī)則為小時(shí)最高氣溫≥正點(diǎn)氣溫≥小時(shí)最低氣溫，符合條件的數(shù)據(jù)，QC碼置0；否則，相比較的數(shù)據(jù)，QC碼均置1。

4.3氣壓檢查

檢查對(duì)象包括小時(shí)正點(diǎn)氣壓、小時(shí)最高氣壓和小時(shí)最低氣壓等3個(gè)要素。

(1)氣候?qū)W界限值檢查

氣壓氣候界限值范圍為520～1 080 hPa，超過(guò)氣候界限值范圍的數(shù)據(jù)，QC碼置2。

選取的抽樣臺(tái)站，臨渭站觀(guān)測(cè)場(chǎng)的海拔為349.8 m，華山站觀(guān)測(cè)場(chǎng)的海拔高度為2 046.9 m，因此臨渭站的臺(tái)站氣壓界限值范圍為850～1 010 hPa，華山站的臺(tái)站氣壓界限值范圍為680～860 hPa。超出相應(yīng)氣壓界限值范圍的數(shù)據(jù)，QC 碼置2。

(2)內(nèi)部一致性檢查

檢查規(guī)則為小時(shí)最高氣壓≥正點(diǎn)氣壓≥小時(shí)最低氣壓，符合條件的數(shù)據(jù)，QC碼置0；否則,相比較的數(shù)據(jù)，QC碼均置1。

(3)臺(tái)站極值檢查

對(duì)于通過(guò)臺(tái)站極值(表5)檢查的數(shù)據(jù)，QC碼置0；未通過(guò)的數(shù)據(jù)，QC碼置1。

表5　抽樣臺(tái)站氣壓極值　hPa

4.4相對(duì)濕度

相對(duì)濕度要素檢查對(duì)象有：正點(diǎn)相對(duì)濕度、小時(shí)最小相對(duì)濕度2個(gè)要素。

(1)氣候?qū)W界限值檢查

氣候界限值范圍為0<相對(duì)濕度≤100%。超過(guò)氣候界限值范圍的數(shù)據(jù)，QC碼置2。

(2)內(nèi)部一致性檢查

檢查規(guī)則為正點(diǎn)相對(duì)濕度>小時(shí)最小相對(duì)濕度。若違反規(guī)則，則相比較的數(shù)據(jù)，QC碼均置1。

(3)臺(tái)站極值檢查

對(duì)于通過(guò)臺(tái)站極值(表6)檢查的數(shù)據(jù)，QC碼置0；未通過(guò)的數(shù)據(jù)，QC碼置1。

表6　抽樣臺(tái)站相對(duì)濕度極值　%

4.5風(fēng)速檢查

檢查對(duì)象包括正點(diǎn)2分鐘風(fēng)速、正點(diǎn)10分鐘風(fēng)速、小時(shí)最大風(fēng)速、小時(shí)極大風(fēng)速、極值及其出現(xiàn)時(shí)間等5個(gè)要素。

(1)氣候?qū)W界限值檢查

風(fēng)速氣候?qū)W界限值范圍[0～65 m/s]，且極值出現(xiàn)時(shí)間應(yīng)在對(duì)應(yīng)時(shí)次時(shí)間范圍內(nèi)。超過(guò)氣候?qū)W界限值范圍的數(shù)據(jù)，QC碼置2。

(2)風(fēng)速區(qū)域界限值檢查

6—9月風(fēng)速變化范圍[0～48] m/s。未通過(guò)的數(shù)據(jù)，QC碼置1。

(3)內(nèi)部一致性檢查

對(duì)于同一時(shí)次，要素之間的規(guī)則為：小時(shí)最大風(fēng)速-正點(diǎn)10分鐘風(fēng)速≥0 m/s；當(dāng)小時(shí)最大風(fēng)速出現(xiàn)時(shí)間不在該小時(shí)開(kāi)始9分鐘時(shí)，小時(shí)極大風(fēng)速-小時(shí)最大風(fēng)速≥0 m/s；當(dāng)小時(shí)最大風(fēng)速出現(xiàn)時(shí)間在該時(shí)次開(kāi)始9分鐘時(shí)，小時(shí)極大風(fēng)速-小時(shí)最大風(fēng)速≥—0.3 m/s。各項(xiàng)風(fēng)要素?cái)?shù)據(jù)之間若違反以上規(guī)則時(shí)，相比較的數(shù)據(jù)，QC碼均置1。

(4)臺(tái)站極值檢查

對(duì)于通過(guò)臺(tái)站極值(表7)檢查的數(shù)據(jù)，QC碼置0；未通過(guò)的數(shù)據(jù)，QC碼置1。

石璞欣.氣象資料及產(chǎn)品綜合服務(wù)平臺(tái)用戶(hù)界面設(shè)計(jì)[J].陜西氣象，2015(6)：29-31.

表7　抽樣臺(tái)站風(fēng)速極值　m/s

5質(zhì)量控制結(jié)果分析

對(duì)2013年6—8月抽樣臺(tái)站觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的抽樣要素按照上述方法進(jìn)行質(zhì)控，各要素檢測(cè)出的可疑和錯(cuò)誤數(shù)據(jù)為：氣溫55個(gè)，氣壓146個(gè)，相對(duì)濕度32個(gè)，風(fēng)速41個(gè)。將結(jié)果與“省級(jí)質(zhì)控系統(tǒng)”和“MDOS系統(tǒng)”質(zhì)控結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，正確率均為100%。

由于“省級(jí)質(zhì)控系統(tǒng)”在2013年底停止運(yùn)行，故與中國(guó)氣象局的兩套質(zhì)控系統(tǒng)的對(duì)比數(shù)據(jù)只選取2013年的數(shù)據(jù)，對(duì)比結(jié)果有一定局限性。隨著觀(guān)測(cè)資料的積累，臺(tái)站的地域特點(diǎn)

會(huì)在今后的對(duì)比分析中展現(xiàn)出來(lái)，但基于海拔高度的本地化質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)只能與MDOS系統(tǒng)的質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)對(duì)比。

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作者簡(jiǎn)介：石璞欣(1988—)，男，陜西西安人，學(xué)士，助工，從事氣象數(shù)據(jù)資源開(kāi)發(fā)與數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)。

收稿日期：2015-07-08

文章編號(hào)：1006-4354(2015)06-0029-03

中圖分類(lèi)號(hào)：P416.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B