李建明

（內(nèi)蒙古二連浩特市氣象局,內(nèi)蒙古 二連浩特 012600）

1 自動(dòng)氣象站的功能

自動(dòng)氣象站的功能包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。數(shù)據(jù)采集功能是指通過采集器采集需要觀測的氣象要素值。數(shù)據(jù)處理功能是將采集的氣象要素運(yùn)算處理后再轉(zhuǎn)換成氣象要素值。而接有計(jì)算機(jī)終端的自動(dòng)站會(huì)將觀測數(shù)據(jù)進(jìn)一步傳輸給計(jì)算機(jī)終端，觀測數(shù)據(jù)會(huì)被計(jì)算機(jī)終端的地面測報(bào)業(yè)務(wù)軟件作進(jìn)一步的分析和處理。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能就是將經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后獲得的各種氣象要素的采樣值及氣象要素的觀測值按規(guī)定的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式在存儲(chǔ)器內(nèi)進(jìn)行存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)傳輸功能是將各種氣象要素觀測數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一規(guī)定的格式生成各種報(bào)文、各種數(shù)據(jù)文件后，通過采集器的通信接口直接將觀測數(shù)據(jù)傳輸給與之相連接的終端設(shè)備。數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的功能是為了保證所獲取的觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，在數(shù)據(jù)采集器中需對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)檢測及標(biāo)示工作。

2 自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)資料質(zhì)量控制方法

自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)資料質(zhì)量控制主要是對自動(dòng)氣象站的采樣值和測量值進(jìn)行實(shí)時(shí)質(zhì)量控制，從而確保原始資料的正確。觀測資料質(zhì)量控制要求就是要確定正確的數(shù)據(jù)，找出缺測數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤數(shù)據(jù)、可疑數(shù)據(jù)，同時(shí)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識或者用盡可能準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來代替，消除異常數(shù)據(jù)。

2.1 采樣值的質(zhì)量控制

檢查每一個(gè)樣本值是否在其傳感器的測量范圍內(nèi)，若樣本值超出其測量范圍，則該樣本應(yīng)被舍去，并且該樣本不再參與后面的相關(guān)參量的計(jì)算。

采樣值的時(shí)間一致性檢查主要是針對要素值具有連續(xù)性變化的氣象要素。用于檢查要素采樣值之間的不真實(shí)跳躍，檢查當(dāng)前樣本與前一個(gè)樣本的差值是否大于相應(yīng)的閾值，前后兩者差值大于閾值，則將當(dāng)前樣本值視作可疑值，而且不能參加平均值的計(jì)算。

2.2 瞬時(shí)值的質(zhì)量控制

瞬時(shí)值是指1min的平均值或總量值，對于風(fēng)指的1min、2min或10min的平均值。瞬時(shí)數(shù)據(jù)主要包括氣溫、相對濕度、本站氣壓、地面溫度、淺層地溫、深層地溫，風(fēng)向、風(fēng)速、降水量、日照、輻照度等。

合理性檢查主要是檢查各氣象要素的瞬時(shí)值是否在其合理界限范圍之內(nèi)，其合理界限值參考范圍如表1所示。

如果氣象要素的瞬時(shí)值超出以上允許的界限范圍，則該值標(biāo)記為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。

2.3 瞬時(shí)值時(shí)間一致性檢查

時(shí)間一致性檢查主要是檢查氣象要素的當(dāng)前瞬時(shí)值與上一次瞬時(shí)值的差值是否超過給定的界限范圍，即是檢查要素瞬時(shí)值的變化率，檢測其不真實(shí)的尖峰或跳變值，或因傳感器故障引起的異常值。

若當(dāng)前的瞬時(shí)值與上一次瞬時(shí)值的差異大于錯(cuò)誤界限值范圍，則該瞬時(shí)值應(yīng)作為錯(cuò)誤記錄處理。若當(dāng)前的瞬時(shí)值與上一次瞬時(shí)值的差異大于可疑界限值范圍，則該瞬時(shí)值應(yīng)作為疑誤記錄處理。

3 自動(dòng)氣象站非實(shí)時(shí)資料質(zhì)量控制方法

表1 自動(dòng)氣象站瞬時(shí)值的合理界限值參考范圍

由于自動(dòng)氣象站質(zhì)量控制包括實(shí)時(shí)質(zhì)量控制和非實(shí)時(shí)質(zhì)量控制，因此在對自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)質(zhì)量控制后還得對其進(jìn)行非實(shí)時(shí)質(zhì)量控制。自動(dòng)氣象站的非實(shí)時(shí)資料的質(zhì)量控制是指對自動(dòng)氣象觀測記錄以及其統(tǒng)計(jì)值的質(zhì)量控制，進(jìn)一步確保自動(dòng)站資料質(zhì)量。非實(shí)時(shí)資料質(zhì)量控制包括氣候?qū)W合理界限值檢查、邏輯檢查、氣候歷史極值檢查、內(nèi)部一致性的檢查、時(shí)間一致性的檢查及綜合判別檢查等。

3.1 氣候?qū)W界限值檢查

每個(gè)氣象要素從氣候?qū)W的角度上講，都有其臨界值。氣候?qū)W檢查主要是檢查氣象要素值是否超出其臨界值范圍。超出其臨界值范圍的氣象要素值則視為錯(cuò)誤的記錄，應(yīng)予以剔除。各氣象要素氣候?qū)W合理界限值如表2所示。

表2 各氣象要素氣候?qū)W合理界限值表

3.2 邏輯檢查

各氣象要素的觀測記錄均有一定的邏輯規(guī)律，邏輯檢查主要是檢查各氣象要素值是否符合一定的邏輯規(guī)律，若違背其邏輯規(guī)律的氣象記錄則視為錯(cuò)誤記錄。各氣象要素觀測記錄的邏輯規(guī)律如下：

(1)各記錄及極值出現(xiàn)時(shí)間的小時(shí)及分鐘范圍：時(shí)間為 0≤h≤23，0≤min≤59；(2)相對濕度≤100%；(3)總云量、低云量≤10成；(4)凍土深度層除上限、下限值均為0cm外，其余的凍土深度層上限＜下限；(5)電線積冰的厚度≤直徑。

3.3 氣候極值檢查。

氣候極值是指在固定的氣象臺站歷史上曾出現(xiàn)過的氣象要素的最大值或最小值，或者是在一定時(shí)間范圍內(nèi)出現(xiàn)的概率很小的氣象記錄。在進(jìn)行氣候極值檢查時(shí)，首先要計(jì)算出被檢查臺站不同月份的歷史氣候極值，再對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查是否超出歷史氣候極值。隨著極端天氣氣候事件的頻繁出現(xiàn)及氣候的變化，一些氣候歷史極值可能會(huì)被突破，這就需要進(jìn)行進(jìn)一步檢查判斷其正確與否。

3.4 內(nèi)部一致性檢查

由于同一時(shí)間的氣象要素之間的關(guān)系具有一定的物理聯(lián)系，所以，根據(jù)此特性，內(nèi)部一致性檢查主要是針對同一測站同一時(shí)間的同類氣象要素或不同氣象素觀測值之間的物理關(guān)系進(jìn)行檢查，從而判斷數(shù)據(jù)是否異常。

同一時(shí)間觀測的氣象要素記錄之間的關(guān)系應(yīng)符合一定物理聯(lián)系的檢查。各要素氣象觀測數(shù)據(jù)應(yīng)符合下列關(guān)系，不符合下列關(guān)系的數(shù)據(jù)中至少有一個(gè)視為錯(cuò)誤記錄。

(1）各要素的正點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)應(yīng)小于或等于小時(shí)最大值，同時(shí)大于或等于小時(shí)最小值。

(2）極大風(fēng)速≥最大風(fēng)速，極大風(fēng)速≥瞬時(shí)風(fēng)速，極大風(fēng)風(fēng)速應(yīng)≥平均風(fēng)速，否則，極大風(fēng)風(fēng)速或平均風(fēng)速兩者或之一有疑誤。

3.5 時(shí)間一致性檢查

氣象要素變化的最大變率是指在一定的時(shí)間間隔，同一要素的前后波動(dòng)應(yīng)在一定的范圍之內(nèi)，時(shí)間一致性最大變率檢查是檢查各氣象記錄是否超出一定時(shí)間內(nèi)的最大波動(dòng)值范圍，若超出的記錄則標(biāo)記為錯(cuò)誤的記錄。該檢查主要是針對在時(shí)間上的相關(guān)性較高的氣象要素進(jìn)行檢查。

4 小結(jié)

4.1 自動(dòng)站實(shí)時(shí)資料的合理性檢查、時(shí)間一致性檢查、內(nèi)部一致性檢查等質(zhì)量控制方法，通過對自動(dòng)傳感器探測的原始數(shù)據(jù)（即瞬時(shí)值）進(jìn)行質(zhì)量控制，有助于臺站值班人員在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題，防止錯(cuò)誤數(shù)據(jù)上傳。

4.2 自動(dòng)站小時(shí)數(shù)據(jù)的氣候?qū)W界限值檢查、邏輯檢查、氣候極值檢查、內(nèi)部一致性檢查、時(shí)間一致性檢查等質(zhì)量控制方法。同時(shí)通過地面氣象測報(bào)業(yè)務(wù)軟件對其進(jìn)行機(jī)審，再進(jìn)行人工審核。確保自動(dòng)氣象站非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。