范邵華 余予 鞠曉慧 任芝花

（國家氣象信息中心，北京 100081）

0　引言

氣象資料就是使用各種觀、探測手段獲取的關(guān)于大氣狀態(tài)、天氣氣候現(xiàn)象及其變化過程的記錄以及各類衍生記錄[1]。這些長期積累的氣象觀測資料是進行現(xiàn)代化氣象業(yè)務(wù)建設(shè)和深入開展氣候科學(xué)研究的基礎(chǔ)性關(guān)鍵資源，也為其他行業(yè)發(fā)展提供了重要的科學(xué)支撐。我國歷史氣象觀測資料數(shù)量龐大、種類繁多、格式多樣、記錄方式不統(tǒng)一，在2000年左右自動站建立以前，氣象資料多以紙質(zhì)記錄為主，有以文字、數(shù)字、符號為主的觀測簿表、記錄報表，也有以曲線形式圖形記錄某段時間內(nèi)氣象要素信息的自記紙類資料。在長期保管過程中，中國氣象局及各省市氣象檔案館保存的部分紙質(zhì)氣象檔案已經(jīng)出現(xiàn)紙張老化、變脆、破損、字跡模糊退化情況，因此亟需實現(xiàn)數(shù)字化。

所謂歷史氣象資料拯救和數(shù)字化就是使用多種技術(shù)修復(fù)資料載體，保留其信息記錄，以維護資料原貌[1]，同時使用手工錄入或計算機軟、硬件技術(shù)將資料載體上的信息提取出來轉(zhuǎn)換為可編輯、可處理、符合一定格式和質(zhì)量要求的數(shù)據(jù)文件并存儲在電子介質(zhì)上，以便進行信息檢索利用、加工制作成數(shù)據(jù)產(chǎn)品提供數(shù)據(jù)服務(wù)[2]。這樣既可以保護資料原件，維持其歷史憑證價值，又能突破基于原有載體服務(wù)的局限性，極大提高了歷史氣象資料的應(yīng)用效率。

在歷史氣象資料拯救與數(shù)字化實施過程中，為保證資料安全及數(shù)字化質(zhì)量、節(jié)約成本，需遵循安全性、真實性、內(nèi)容選擇、全程規(guī)范化管理等原則[3]。其中內(nèi)容選擇原則即是因大批量資料載體數(shù)字化成本高昂，需根據(jù)保存狀況和資料利用需求，來確定數(shù)字化資料范圍和優(yōu)先級，優(yōu)先拯救破損嚴重、價值重大、用戶需求相對較多的歷史氣象資料，避免重復(fù)建設(shè)；而全程規(guī)范化管理是指由于歷史氣象資料具有種類繁多、數(shù)量巨大、格式繁雜等特點，工作流程復(fù)雜、產(chǎn)品質(zhì)量控制困難，需制定詳盡的工作流程、技術(shù)標準規(guī)范來對數(shù)字化過程中的每個工作環(huán)節(jié)進行把控監(jiān)管來保證各環(huán)節(jié)的質(zhì)量、進度及與下一環(huán)節(jié)的順利銜接。

為貫徹上述基礎(chǔ)原則，多年來氣象資料數(shù)字化工作一般在中國氣象局預(yù)測減災(zāi)司的統(tǒng)一規(guī)劃和組織領(lǐng)導(dǎo)下開展[2]，由中國氣象局氣象檔案館作為牽頭單位聯(lián)合各?。▍^(qū)、市）氣象局資料業(yè)務(wù)部門共同建設(shè)，按照“統(tǒng)籌規(guī)劃、分工建設(shè)、統(tǒng)一標準、有效集成”的原則具體實施。作為數(shù)字化實施主體的中國氣象局檔案館、各?。▍^(qū)、市）氣象局需根據(jù)統(tǒng)一規(guī)劃確認數(shù)字化建設(shè)內(nèi)容、制定具體實施方案；中國氣象局氣象檔案館除完成自身館藏的數(shù)字化任務(wù)外，還需要對各省定期匯交的氣象觀測記錄數(shù)字化成果進行收集、整理、集成建設(shè)和質(zhì)量檢查、質(zhì)量評估并統(tǒng)一歸檔管理，以確保數(shù)字化成果的完整性、準確性和可靠性并積極推動數(shù)字化成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用，為各業(yè)務(wù)科研單位及決策部門提供服務(wù)。

另由于我國省際間的數(shù)字化技術(shù)儲備差別較大，不太均衡，為加強監(jiān)督管理保證數(shù)字化質(zhì)量，近年來一般由國家級氣象資料技術(shù)人員聯(lián)合部分省級優(yōu)秀資料專家共同組成全國歷史氣象資料數(shù)字化工作組或技術(shù)組，負責(zé)分區(qū)（如華北、西南等片區(qū)）進行數(shù)字化情況摸底預(yù)研，明確數(shù)字化任務(wù)的人、財、物需求，制定各類工作流程、技術(shù)規(guī)范，指導(dǎo)推動各?。▍^(qū)、市）氣象局標準、規(guī)范化地有序開展數(shù)字化工作。

1　氣象資料數(shù)字化發(fā)展進程

20世紀70年代末以來，為滿足氣象資料處理電子化需求，我國開始初步投入人力、物力和財力探索進行氣象資料數(shù)字化工作[2]，幾代氣象資料工作者的持續(xù)努力為我國氣象資料數(shù)字化工作打下了良好的基礎(chǔ)?；仡櫸覈臍庀筚Y料數(shù)字化發(fā)展進程，依據(jù)不同時期數(shù)字化技術(shù)發(fā)展水平、業(yè)務(wù)組織管理方式和數(shù)字化成果的數(shù)據(jù)量增速來綜合考量，氣象資料數(shù)字化建設(shè)大致可分為奠基、穩(wěn)步推進和快速發(fā)展這三個階段。

1.1　數(shù)字化奠基階段

1949年以后，我國開始建立統(tǒng)一的氣候資料報送制度，各省編制好各類氣象記錄報表定期報送到中央氣象局氣候資料室[2]，但由于技術(shù)發(fā)展水平限制，直至20世紀70年代末我國才開啟氣象資料數(shù)字化進程。

1978年12月，中央氣象局業(yè)務(wù)處下發(fā)《全國基本站地面氣象資料信息化基本模式暫行規(guī)定》（中氣函[1978]第212號文，后編號為A0模式[4]），按此要求各省氣候資料室開始使用紙帶穿孔方法對1979年前紙質(zhì)氣象記錄報表進行信息化，至1990年各省基本、基準站及一般站地面觀測月報表數(shù)字化全部完成。后續(xù)對這部分記載地面氣象觀測信息的紙帶資料又進行了重新整理和錄入，轉(zhuǎn)換成了A0文件歸檔保存和服務(wù)[2]。1978年—20世紀90年代中期成為歷史資料數(shù)字化的奠基階段

在此期間，數(shù)字化工作主要由中央氣象資料管理部門推動，以各省氣候資料室為執(zhí)行主體，取得了一定成果。中國氣象局先后制定和頒發(fā)了國家基本站、一般站地面氣象記錄報表（A0文件）、國家基準站地面氣象記錄報表信息化格式（A1文件），為后續(xù)的氣象資料數(shù)字化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

1.2　穩(wěn)步推進階段

20世紀90年代中期至2008年期間，各省定期報送到中國氣象局氣象檔案館的主要紙質(zhì)氣象報表見表1，氣溫、濕度、降水、風(fēng)向風(fēng)速等自記紙類氣象記錄只在省級氣象檔案館存檔，不進行匯交上報。

為有效實施數(shù)字化拯救與利用，中國氣象局氣象檔案館聯(lián)合部分省級氣候中心積極制定多種數(shù)字化格式[2,4]（表1），這些格式涵蓋了常見的地面、高空、輻射、農(nóng)業(yè)等氣象觀測記錄報表，保障了數(shù)字化工作的規(guī)范性實施，推動數(shù)字化標準建設(shè)進程。

另外，基本基準站降水自記紙的彩色圖形數(shù)字化處理也是本階段數(shù)字化工作的突出成果：2001年5月中國氣象局投入專項經(jīng)費用于開展基本基準站降水自記紙數(shù)字化處理[2]，中國氣象局氣象檔案館和廣東省氣候中心共同研究開發(fā)了一套自主產(chǎn)權(quán)的降水自記紙彩色圖形數(shù)字化處理系統(tǒng)[5]，截至到2008年全國各省使用該軟件成功地完成了我國680個基本基準站1961—2000年降水自記圖形曲線跟蹤和坐標提取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，相關(guān)成果已匯交到中國氣象局氣象檔案館歸檔服務(wù)。

表1　主要數(shù)字化格式制定與修訂Table 1 Digitizing formats and revisions of the main historical meteorological data

這一時期中國氣象局氣象檔案館還進行了部分館藏解放前氣象記錄月報表、海關(guān)月總簿、國外珍貴檔案的數(shù)字化拯救修復(fù)，并完成了1951—1990年高空風(fēng)記錄月報表（高表-1）和高空壓溫濕記錄月報表（高表-2）的圖像掃描和數(shù)據(jù)錄入，氣候資料數(shù)字化數(shù)據(jù)量穩(wěn)步上升。

1.3　快速發(fā)展階段

2009年以來，隨著氣象業(yè)務(wù)和社會發(fā)展水平不斷提高，信息技術(shù)日新月異，現(xiàn)代化設(shè)備不斷更新?lián)Q代為大批量紙質(zhì)氣象資料檔案的數(shù)字化提供了可行的物質(zhì)基礎(chǔ)；各界對時間序列長、空間和時間分辨率更高的氣象資料需求越來越迫切，氣象資料數(shù)字化工作得到了管理部門的持續(xù)關(guān)注和更多經(jīng)費支持，采購專業(yè)數(shù)字化公司服務(wù)成為工作常態(tài)，緩解了資料技術(shù)人員短缺的壓力，采購服務(wù)后只需要少量技術(shù)人員監(jiān)管其按照相關(guān)標準和規(guī)定要求在指定的場地和工期內(nèi)完成數(shù)字化工作，并對數(shù)字化成果進行質(zhì)量審核和整理集成，氣象資料數(shù)字化進入了高速發(fā)展的快車道。

目前我國歷史氣象資料拯救與數(shù)字化工作完成和計劃開展情況見表2，這些成果已在或?qū)⒃跉庀髽I(yè)務(wù)、科研和其他社會部門中廣泛應(yīng)用，發(fā)揮重要的數(shù)據(jù)支撐作用。

2　氣象資料數(shù)字化技術(shù)簡介

歷史氣象觀測資料具有種類多、數(shù)據(jù)格式差異大、不同時期資料質(zhì)量不均衡的特點，大部分采用人工謄錄方式記錄數(shù)據(jù)，其中早期解放前資料種類繁多、質(zhì)量相對較差，而自記紙類圖形記錄較難整理提取。針對這些資料特點，采用單一的技術(shù)手段實現(xiàn)全部歷史氣象觀測資料的數(shù)字化十分困難，也不切合實際[6]。

目前氣象資料數(shù)字化工作中采用的主要技術(shù)包括：圖像掃描技術(shù)、數(shù)據(jù)錄入技術(shù)、圖形提取技術(shù)、數(shù)據(jù)集成和質(zhì)檢技術(shù)。可根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平和資料特點，按照業(yè)務(wù)需要的迫切性，以先易后難的順序綜合確定不同類型氣象資料的數(shù)字化技術(shù)路線。如手工抄寫謄錄的地面、高空、輻射和農(nóng)氣常規(guī)報表，記錄內(nèi)容延續(xù)性好，可人工錄入后采取強制人機校對方式，能保證識別數(shù)據(jù)的準確率[6]；而自記紙類彩色圖形記錄目前只開展了降水自記紙的圖形提取，其過程主要為利用跡線色彩和深度差別及曲線變化特點將降水曲線從彩色背景圖像分辨凸顯出來[1]，人機結(jié)合地進行曲線跟蹤，得到跡線特征點的坐標數(shù)據(jù)，完成降水曲線圖像到小時、分鐘級標準數(shù)據(jù)文件的轉(zhuǎn)換[7]。

2.1　圖像掃描技術(shù)

圖像掃描技術(shù)是實現(xiàn)檔案原文存儲和檔案數(shù)字化轉(zhuǎn)換的途徑和手段之一。它的原理是利用掃描儀將檔案原件以圖像方式存儲在計算機內(nèi)或其他存儲介質(zhì)上。紙質(zhì)氣象檔案的圖像掃描步驟和流程[1]主要有：

1）預(yù)處理。按照紙質(zhì)氣象報表的卷冊詳細登記報表種類、站名、區(qū)站號、年、月、版面規(guī)格和數(shù)量，對破損或脆化厲害的應(yīng)進行備注。裝訂成冊的自記紙需要拆分為單頁；解放前紙質(zhì)檔案一般不拆分，破損檔案一般先修復(fù)再行掃描。報表或自記紙背面如有相關(guān)備注記錄要一起掃描，自記紙更應(yīng)在掃描前進行換紙時間、訂正情況的預(yù)處理。

2）掃描設(shè)備的選擇。掃描設(shè)備的選擇取決于資料幅面和紙張狀況。紙質(zhì)氣象檔案涉及的幅面大小一般為A3和A4，掃描設(shè)備可選用A3幅面平板掃描儀、非接觸式書刊掃描儀、滾筒式掃描儀等。

表2　氣象資料數(shù)字化目錄Table 2 Catalog of digitized meteorological data

3）掃描參數(shù)的設(shè)定。掃描參數(shù)根據(jù)紙質(zhì)氣象檔案原件的質(zhì)量狀況和應(yīng)用需求來確定，主要包括掃描分辨率、色彩模式和存儲格式等。一般掃描分辨率設(shè)為150-300dpi，存儲為JPG格式。

4）掃描圖像后期處理。避免重張、傾斜、模糊等圖像質(zhì)量問題，盡量去除掃描過程中造成的圖像雜點和臟點；進行圖像糾偏處理，以達到視覺上基本不感覺偏斜為準；按照技術(shù)標準規(guī)定對圖像進行正確命名等。

2.2　錄入技術(shù)

檔案數(shù)字化的主要技術(shù)途徑有兩種， 一是通過電腦鍵盤手工輸入， 二是基于電子圖形文件，利用光學(xué)字符識別技術(shù)（optical character recognition，OCR）進行數(shù)據(jù)提取[6]。目前，氣象檔案的數(shù)字化錄入主要使用的是手工鍵入形式。數(shù)據(jù)錄入的步驟和流程主要有：

1）制定數(shù)據(jù)錄入格式。為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，方便數(shù)據(jù)錄入，針對各要素報表特點，統(tǒng)一制定數(shù)字化錄入格式。

2）數(shù)據(jù)錄入。嚴格按照錄入格式進行錄入處理，一般采取“兩遍錄入”的方式，以確保錄入數(shù)據(jù)和原始氣象檔案的一致性。

3）錄入數(shù)據(jù)文件校對。對數(shù)字化數(shù)據(jù)錄入文件應(yīng)進行嚴格的校對檢查，包括程序檢查和人工審查兩部分，要求至少兩人各自獨立開展校對，稱為“兩?！?。

2.3　圖形提取技術(shù)

圖形提取技術(shù)是從圖像中分離記錄著氣象數(shù)據(jù)的曲線信息的數(shù)字化技術(shù)，主要針對自記紙類氣象檔案。目前中國氣象局降水自記紙圖形數(shù)字化工作依托“降水自記紙數(shù)字化處理系統(tǒng)”進行。“降水自記紙數(shù)字化處理系統(tǒng)” 由王伯民等[5]開發(fā)，其文中給出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1，數(shù)據(jù)流如圖2。

如圖1和圖2所示，降水自記紙圖形數(shù)字化的步驟和流程主要有：

1）自記紙預(yù)處理

包括降水自記紙完整性檢查、無降水或缺測自記紙的處理、命名正確性檢查等。

2）跡線數(shù)據(jù)提取

使用降水自記紙數(shù)字化處理系統(tǒng)提取降水自記紙數(shù)據(jù)，生成降水曲線數(shù)據(jù)文件。

3）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

使用降水自記紙數(shù)字化處理系統(tǒng)將降水曲線數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為降水標準數(shù)據(jù)文件、分鐘降水文件和小時降水文件。

圖1　降水自記紙數(shù)字化處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[5]Fig. 1 The structure of processing system for precipitation record paper

圖2　降水自記紙數(shù)字化處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)產(chǎn)品[5]Fig. 2 Digital flow and products of processing system for precipitation record paper

4）跡線跟蹤效果的檢驗

使用降水自記紙數(shù)字化處理系統(tǒng)的效果回放模塊和降水自記紙數(shù)字化成果質(zhì)量檢查評估軟件對跡線跟蹤效果和形成的各類數(shù)據(jù)文件進行質(zhì)量檢查。

5）降水?dāng)?shù)據(jù)產(chǎn)品制作

進行降水自記紙圖像文件數(shù)據(jù)集、降水曲線數(shù)據(jù)集、降水強度數(shù)據(jù)集（分鐘降水和小時降水?dāng)?shù)據(jù)）的制作。

該項技術(shù)也為風(fēng)、溫等其他類型自記紙的數(shù)字化處理提供了開發(fā)思路，奠定了良好基礎(chǔ)。

2.4　數(shù)據(jù)集成及質(zhì)檢技術(shù)

即基于掃描圖像及錄入、圖形提取數(shù)據(jù)文件，按照《氣象資料分類與編碼》[8]及相應(yīng)的數(shù)據(jù)集制作技術(shù)規(guī)范的要求進行數(shù)據(jù)集制作，編寫數(shù)據(jù)集說明文檔及元數(shù)據(jù)等。數(shù)字化成果按上述標準集成后要進行人機結(jié)合的質(zhì)量檢查以進一步保障數(shù)據(jù)質(zhì)量，具體如下：

1）完整性、規(guī)范性檢查

依據(jù)相關(guān)標準規(guī)定及數(shù)據(jù)清單對數(shù)據(jù)集產(chǎn)品進行完整性檢查，還要檢查文件是否規(guī)范存儲和文件命名是否正確；

2）質(zhì)量檢查

掃描圖像的質(zhì)量直接影響到資料數(shù)字化錄入或圖形提取的效果，因此必須對圖像文件進行嚴格的質(zhì)量把關(guān)，保證數(shù)字化掃描圖像的清晰、完整、有序，圖片不能歪斜、顛倒、扭曲變形，黑邊與污點有條件盡量處理；

對于錄入數(shù)據(jù)也要開發(fā)軟件進行格式和質(zhì)量檢查，不合格的及時返工；

自記紙圖形識別產(chǎn)品目前使用專用軟件進行曲線貼合度和數(shù)據(jù)處理質(zhì)檢。

3）質(zhì)量復(fù)查

通過隨機采樣或條件篩查的方式，按一定比例對結(jié)果進行復(fù)查，確保質(zhì)量檢查效果。

4）編寫數(shù)據(jù)集評估報告，根據(jù)歸檔要求編寫數(shù)據(jù)集相關(guān)文檔。

3　氣象資料數(shù)字化成果應(yīng)用

3.1　基礎(chǔ)數(shù)據(jù)產(chǎn)品支撐

20世紀70年代末以來，全國陸續(xù)完成地面氣象記錄月報表、高空風(fēng)記錄月報表和高空壓溫濕記錄月報表的數(shù)字化，建立了中國第一批數(shù)字化基礎(chǔ)氣象資料集。又通過資料整編工作，形成了1951—1980年的氣候標準值產(chǎn)品，提供氣象業(yè)務(wù)科研應(yīng)用。此后氣象輻射記錄月報表中輻射日值、小時值觀測記錄的錄入工作也相繼完成，形成輻射基礎(chǔ)資料集。上述3類基礎(chǔ)資料集在氣象事業(yè)發(fā)展過程中長期發(fā)揮著重要的支撐作用。

2011—2013年，國家氣象信息中心牽頭31省開展的“基礎(chǔ)資料專項工作”，對地面、高空、輻射基礎(chǔ)資料集中存在的數(shù)字化數(shù)據(jù)質(zhì)量問題進行了系統(tǒng)檢測，使其完整性、可靠性和準確性進一步提升。在此基礎(chǔ)上，國家氣象信息中心已陸續(xù)研制完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)產(chǎn)品、氣候整編產(chǎn)品、均一化產(chǎn)品、網(wǎng)格化產(chǎn)品等4類22個氣象數(shù)據(jù)集（表3），滿足了用戶對不同時空分辨率數(shù)據(jù)的需求，也為預(yù)報預(yù)測、極端氣候監(jiān)測、氣候變化檢測與評估、決策氣象服務(wù)及科學(xué)研究提供了重要的數(shù)據(jù)保障，促進氣象業(yè)務(wù)發(fā)展、獲得社會效益效果顯著。

3.2　氣候變化研究應(yīng)用

由于在政治、環(huán)境、經(jīng)濟上的特殊意義及其在科學(xué)上的不確定性，氣候變化一直是學(xué)術(shù)界的研究熱點之一。已有研究指出，過去100年特別是過去50年全球陸地表面氣溫比海洋表層水溫明顯升高，包括我國東北、華北、西北和青藏高原在內(nèi)的亞洲中高緯地帶是氣候變暖最顯著的區(qū)域[9]。因此，對中國區(qū)域表面氣溫的長期變化趨勢進行監(jiān)測和檢測，成為氣候變化領(lǐng)域的一項重要基礎(chǔ)性工作，這不僅可為我國氣候變化監(jiān)測業(yè)務(wù)提供理論和方法支持，也為國家制定應(yīng)對氣候變化策略和行動方案提供決策依據(jù)。

長年代的氣候序列是研究和深入認識氣候變化趨勢和規(guī)律的基礎(chǔ)。為進一步推動珍貴歷史氣象觀測資料的應(yīng)用，挖掘早期器測資料的科學(xué)價值，國家氣象信息中心在全國范圍內(nèi)選取有代表性的60個城市，對1949年以前及20世紀50年代初期觀測記錄檔案中降水和氣溫數(shù)據(jù)進行了手工錄入，初步形成60個主要城市降水氣溫數(shù)字化資料。圖3為1840—2010年北京1月、7月月平均氣溫逐年變化，其中1950年之前數(shù)據(jù)均為解放前和解放初期氣象觀測資料數(shù)字化成果。盡管1950年前序列出現(xiàn)了數(shù)次中斷，但這些寶貴的觀測資料仍是氣候變化研究不可或缺的重要組成部分。

表3　基于地面、高空、輻射基礎(chǔ)資料數(shù)字化成果研制的數(shù)據(jù)產(chǎn)品Table 3 Table 3 The datasets based on historical meteorological data digitizing

圖3　北京1月、7月月平均氣溫逐年變化（1840—2010年）Fig. 3 Annual variation of monthly mean temperature in Beijing for 1840-2010: (a) January; (b) July

基于上述數(shù)字化成果，曹麗娟等[10]利用數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、序列插補以及均一化等技術(shù)，完成了我國中東部地區(qū)18個城市的地面月平均氣溫均一化序列的構(gòu)建，并為國際同行所公認。研究表明，1909—2010年我國中東部地區(qū)增溫趨勢為1.52 ℃/100a。

3.3　建立更高時間分辨率要素序列

長期以來地面臺站人工定時觀測降水量（20—08時、08—20時）是氣象業(yè)務(wù)科研中使用最廣泛、最準確的降水資料。但隨著極端降水事件、暴雨洪澇災(zāi)害研究、海綿城市建設(shè)等的深入研究，對更高時間分辨率降水資料的需求越來越突出。通過整合氣象觀測報表錄入數(shù)據(jù)、降水自記跡線提取數(shù)據(jù)等數(shù)字化成果，形成了一套虹吸式和自記式翻斗雨量計小時資料集。將上述自記儀器觀測資料與自動氣象站觀測資料銜接，國家氣象信息中心完成了“中國國家級地面氣象站逐小時降水?dāng)?shù)據(jù)集”的研制[11]，并在國家氣候中心東亞季風(fēng)監(jiān)測、全國氣候影響評價和《重要氣候信息》編制等業(yè)務(wù)工作中發(fā)揮了重要作用，氣候中心還基于此數(shù)據(jù)集編制出版了《中國極端降水氣候圖集》。

風(fēng)對于地球上的熱量和水汽的水平輸送起著很重要的作用，它既是氣候模式的重要輸入?yún)?shù)，也是大氣污染物擴散模型中的必要參量，同時風(fēng)能也是一種資源。此外，在橋梁、高層建筑等設(shè)計中，需要考慮當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)場和風(fēng)頻次分布等，作為設(shè)計依據(jù)以保證建筑安全。因此，長序列逐小時風(fēng)向風(fēng)速觀測資料不僅是氣候分析和大氣環(huán)境研究中不可缺少的要素，也為其他行業(yè)如風(fēng)電、光電和建筑設(shè)計等提供了重要的科學(xué)支撐。2016年國家氣象信息中心基于報表數(shù)字化錄入的2400余個國家站建站至自動站正式運行前一年的地面風(fēng)自記觀測數(shù)據(jù)，與2001年以來自動站小時風(fēng)數(shù)據(jù)進行拼接整合，完成包括日界、方式位、風(fēng)向表示法等方面的格式統(tǒng)一，并對數(shù)據(jù)進行多項格式檢查。在借鑒以往質(zhì)量控制技術(shù)基礎(chǔ)上，針對小時風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)制定了質(zhì)量控制方案，包括氣候界限值檢查、時間一致性檢查、內(nèi)部一致性檢查等，完成“中國逐小時風(fēng)數(shù)據(jù)集”研制，并通過中國氣象局業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)向全國氣象部門和大院業(yè)務(wù)科研單位正式發(fā)布。趙煜飛等[12]基于該數(shù)據(jù)集，對青藏高原地區(qū)各季節(jié)風(fēng)速日變化進行了分析，結(jié)果表明春季風(fēng)速最大。青藏高原東部、西部地區(qū)分別在16、14時風(fēng)速最大，且東部地區(qū)16時風(fēng)速明顯大于西部地區(qū)14時風(fēng)速。

4　展望

30多年來，隨著現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)快速發(fā)展，氣象資料數(shù)字化也經(jīng)歷了從無到有，并不斷發(fā)展創(chuàng)新的歷程，取得了較豐富的數(shù)字化成果并得到廣泛應(yīng)用。目前正在開展的一般站降水自記紙圖形數(shù)字化工作采用了創(chuàng)新性的業(yè)務(wù)流程，將過去每年定期匯交、依靠人力手工審核的傳統(tǒng)流程轉(zhuǎn)變?yōu)榘丛录皶r匯交和人機結(jié)合的近實時審核，提前數(shù)月更早地介入數(shù)字化現(xiàn)場有效地實施全程監(jiān)管，提升數(shù)字化成果質(zhì)量和服務(wù)時效。同時國家氣象信息中心正探索提升歷史氣象資料數(shù)字化產(chǎn)品在線管理和服務(wù)能力，選取全國1951年以來地面、高空、輻射、農(nóng)氣等4大類19小類常用歷史氣候資料報表（約2700萬頁，數(shù)據(jù)量超過10 TB），試建了基于國家氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)（http://idata.cma/）的氣候資料數(shù)字化圖像在線查詢、檢索服務(wù)專欄。

但由于歷史氣象資料載體和記錄狀況的繁雜性、技術(shù)發(fā)展成熟度制約、數(shù)字化人才缺乏等種種因素，數(shù)字化工作與其他氣象業(yè)務(wù)相比在現(xiàn)代化水平方面還存在著較大差距?！笆濉睔庀笮畔⑾到y(tǒng)發(fā)展規(guī)劃現(xiàn)代化目標明確提出，要提高數(shù)字化氣象資料在線管理服務(wù)率，更便捷、高效、全面地提供長年代氣候背景數(shù)據(jù)產(chǎn)品。信息中心計劃依托現(xiàn)代信息技術(shù)，安全、科學(xué)、高質(zhì)量地進行氣象資料數(shù)字化拯救和產(chǎn)品研發(fā)，在已推出的國家級氣象觀測站降水、風(fēng)要素長序列逐小時數(shù)據(jù)產(chǎn)品外，進一步加強氣溫、氣壓、相對濕度等常規(guī)要素的長年代歷史觀測數(shù)字化成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)品研制；同時推動數(shù)字化業(yè)務(wù)收集、質(zhì)量檢查、整合集成、歸檔存儲、安全備份、在線管理服務(wù)一系列全流程標準化規(guī)范化建設(shè)，保障數(shù)字化質(zhì)量，積極響應(yīng)用戶需求不斷豐富數(shù)字化成果服務(wù)內(nèi)容、改進服務(wù)方式，持續(xù)提升用戶體驗以滿足氣象預(yù)報預(yù)測研究、應(yīng)對氣候變化能力建設(shè)、決策服務(wù)分析、預(yù)防災(zāi)害風(fēng)險及其他業(yè)務(wù)科研領(lǐng)域方方面面的需求。

[1]臧海佳, 吳顯中, 李星玉, 等. 氣象資料拯救指南. 推薦性行標. QX/T 201-2013.

[2]吳忠義. 中國氣候資料工作概況. 北京: 氣象出版社, 2005.

[3]臧海佳, 吳顯中. 氣象記錄檔案數(shù)字化工作實踐與分析. 中國檔案，2008(5): 34-36.

[4]中國氣象局預(yù)測減災(zāi)司. 常規(guī)氣象資料信息化模式文本匯編. 北京: 氣象出版社, 2001.

[5]王伯民, 呂勇平, 張強. 降水自記紙彩色掃描數(shù)字化處理系統(tǒng). 應(yīng)用氣象學(xué)報, 2004, 15(16): 737-744.

[6]蘭平, 臧海佳. 歷史紙質(zhì)氣象檔案數(shù)字化技術(shù)策略初步分析. 應(yīng)用氣象學(xué)報, 2006, 17(4): 478-482.

[7]王伯民. 彩色掃描圖形數(shù)字化處理技術(shù)的研究─氣象歷史檔案拯救技術(shù)探索之一. 應(yīng)用氣象學(xué)報, 2003, 14(6): 763-768.

[8]熊安元, 王伯民, 王穎, 等. 氣象資料分類與編碼. 推薦性行標. QX/T 102-2009.

[9]任國玉, 任玉玉, 李慶祥, 等. 全球陸地表面氣溫變化研究現(xiàn)狀、問題和展望. 地球科學(xué)進展, 2014, 29(8): 934-946.

[10]Cao L, Zhao P, Yan Z, et al. Instrumental temperature series in eastern and central China back to the nineteenth century. J Geophys Res, 2013, 118: 8197–8207.

[11]張強, 趙煜飛, 范邵華. 中國國家級氣象臺站小時降水?dāng)?shù)據(jù)集研制. 暴雨災(zāi)害, 2016, 35(2): 182-186.

[12]趙煜飛, 張強, 余予, 等. 中國小時風(fēng)速數(shù)據(jù)集研制及在青藏高原地區(qū)的應(yīng)用. 高原氣象, 2017, 36(4): 930-938.