陳姣榮，曹向林，劉思華

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

該文參照臺站在一體化工作中的流程和任務(wù)，對實時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)備運行故障、業(yè)務(wù)軟件存在缺陷等，對臺站級的反饋流程進行了梳理和探討，建議反饋時注意綜合分析、規(guī)范操作。

臺站級；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時氣象資料業(yè)務(wù)脫節(jié)、數(shù)據(jù)不一致、數(shù)據(jù)質(zhì)量和應(yīng)用時效等問題，中國氣象局啟動基礎(chǔ)氣象資料發(fā)展與改革專項工作，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、時效性等方面更能滿足現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)對氣象資料的要求。在一體化工作中臺站主要負責處理省級數(shù)據(jù)處理中心分發(fā)的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制疑誤信息(含國家站和區(qū)域站)，通過臺站處理與反饋(元數(shù)據(jù)上傳、短信互動)等步驟實現(xiàn)疑誤信息處理與反饋。如何正確處理并反饋省級提交給臺站的疑誤信息，本文參照臺站在一體化工作中的流程和任務(wù)，對實時歷史氣象一體化資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)疑誤進行了分析和總結(jié)，并對臺站級的反饋流程進行梳理和探討。

2 一體化氣象資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)及臺站數(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、存儲分發(fā)和服務(wù)于一體的資料業(yè)務(wù)處理平臺，由國家級檢驗評估、省級實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)質(zhì)控、數(shù)據(jù)處理及疑誤查詢、臺站處理反饋實時資料疑誤等組成。

2.2 臺站級疑誤信息反饋任務(wù)

在一體化平臺中臺站數(shù)據(jù)處理任務(wù)主要有三個方面：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。

臺站收到平臺疑誤信息后，需要核對顯性錯誤數(shù)據(jù)值，查明錯誤原因，并及時進行相關(guān)數(shù)據(jù)處理和觀測儀器維護等工作。

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)對象分為三類數(shù)據(jù)[2]：觀測數(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)主要是針對觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量有影響的說明信息，在此不作介紹。觀測數(shù)據(jù)包括分鐘數(shù)據(jù)、小時數(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、風等；小時數(shù)據(jù)包括風、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、輻射等觀測要素和統(tǒng)計值；日數(shù)據(jù)包括降水量(人工觀測)、蒸發(fā)、日照、天氣現(xiàn)象、雪深、雪壓、凍土、電線積冰等觀測要素[2]。

臺站一體化信息反饋工作，是對一體化系統(tǒng)提出的顯性錯誤和疑誤信息，按照《地面氣象觀測規(guī)范》和相關(guān)技術(shù)規(guī)定及天氣、氣候規(guī)律，進行資料的對比分析及審查，判斷處理并確認反饋。

4 一體化疑誤信息分析

從臺站工作實際來看，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)程進行相關(guān)檢查會提出疑誤，此類記錄應(yīng)視作正常記錄。在實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、氣象要素長時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 當發(fā)生劇烈天氣事件如大幅降溫、短時暴雨時，將導(dǎo)致氣溫和地面溫度等要素值發(fā)生短時突變，無法通過時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 在自動站中，由于地面溫度傳感器固定不可移動，當有積雪時，地面溫度傳感器就被埋藏在雪中，就會使得地面溫度在很長時間不變或變化極小，這樣當進行持續(xù)性檢查時，就會提出錯誤或警告信息，根據(jù)《地面氣象觀測規(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厘米地溫數(shù)據(jù)異常。由于受到太陽直接輻射，0厘米地溫在短時內(nèi)變化顯著，無法通過系統(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 當有霧或有雨時且持續(xù)時間較長時，相對濕度將會在高濕狀態(tài)下不變或變化極小，這樣將會出現(xiàn)持續(xù)性檢查無法通過，可判斷數(shù)據(jù)正常。

4.1.5 等溫 當大氣非常穩(wěn)定時，特別是溫度變化很小時，相對濕度不變或變化極小，當系統(tǒng)進行持續(xù)性檢查時，也會提出錯誤或警告信息，數(shù)據(jù)可用。

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

①本站氣壓跳變。對應(yīng)時段內(nèi)有雷暴時比較容易判斷，風向和風速也會有相應(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來分析，若趨勢一致則視為正常。

③濕度增大。根據(jù)天氣實況檢查突增現(xiàn)象是否屬于降水造成空氣濕度增大而引起，同時參考相應(yīng)時段的氣溫、地溫變化趨勢來分析，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維護等原因?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)并及時修復(fù)。

4.1.7 颮或鋒面過境 颮或鋒面過境往往會帶來風向、風速、氣溫、氣壓等氣象要素的突變，根據(jù)變化趨勢是否相關(guān)對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)量異常且無使用價值時，按缺測處理。

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]，會對需要供電的傳感器如氣壓、濕度、風等產(chǎn)生的數(shù)據(jù)造成影響(跳變或缺測)。當采集值隨電壓變化短時跳變時，應(yīng)根據(jù)《地面觀測業(yè)務(wù)規(guī)范》中相關(guān)技術(shù)規(guī)定進行分析判斷和處理，如果差異在可信范圍內(nèi)，可視為正常。

②下墊面或探測環(huán)境的改變。場地建設(shè)或下墊面改變、探測環(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)”一般無法通過時間一致性、空間一致性和內(nèi)部一致性檢查，此類顯性錯誤應(yīng)作為錯誤數(shù)據(jù)來處理，并按要求進行反饋[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《地面氣象觀測規(guī)范》中表3.1《我國自動氣象站技術(shù)性能要求表》以及《QX/T 118-2010地面氣象觀測資料質(zhì)量控制》，當某要素值不在其測量允許值范圍之內(nèi)時，便會以“異常數(shù)據(jù)”來提示，此時應(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采集通道，須按錯誤數(shù)據(jù)處理并反饋。

②風向缺失或風速值為零。某一范圍的風向以另外范圍的風向被記錄，或是風向保持某一個角度不變，或是實際有風速測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，均視為錯誤數(shù)據(jù)。

③數(shù)據(jù)差異大。臺站兩臺自動站數(shù)據(jù)對比，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)，其測量的氣象要素在實際真值附近，但超過了允許的測量精度范圍[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?？筛鶕?jù)鄰近參考站(或參考要素)進行分析，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會造成蒸發(fā)數(shù)據(jù)異常，其表現(xiàn)為蒸發(fā)量長時間小時量為0.0或負值，應(yīng)按缺測處理。

4.4 業(yè)務(wù)軟件形成的異常數(shù)據(jù)

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

①風的最大值與正點值矛盾。如二者風速一致，風向矛盾，則最大值以正點的風向風速值為準。

②風速值矛盾。最大風速與極大風速在跨日界、時界時的矛盾應(yīng)為正常。

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

5 疑誤信息反饋流程

圖1 臺站級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)省級提交給臺站的疑誤查詢信息，臺站“被動”進行反饋，其反饋信息的流程大致如下(圖1)：

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

②疑誤信息分析。根據(jù)天氣實況及儀器設(shè)備運行情況，綜合利用業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，基于經(jīng)驗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)為正確無誤時，勾選疑誤數(shù)據(jù)，點擊質(zhì)量控制信息處理主控表上方的“數(shù)據(jù)無誤”按鈕進行處理無誤的數(shù)據(jù)；如果確認數(shù)據(jù)有誤時，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)錯誤原因”。

④處理登記，結(jié)束反饋流程。點擊“提交”按鈕，系統(tǒng)提示“數(shù)據(jù)已修改，提交給省級確認”點擊“確定”后，此疑誤信息在“已處理”頁面中顯示，臺站反饋流程結(jié)束。

6 信息反饋注意的問題

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)軟件等的先后對異常數(shù)據(jù)進行分析，同時需注意對各要素及其參考要素在不同時間尺度觀測值和統(tǒng)計值的空間、時間分布狀況進行分析。

②疑誤信息的綜合分析。進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間變化趨勢及其變化規(guī)律；二是選擇臨近站點對比分析該要素隨時間變化的趨勢；三是分析本站該要素及其它有物理相關(guān)的要素隨時間變化的趨勢。

③反饋操作符合規(guī)范要求。在信息反饋時須注意嚴格按照規(guī)定的數(shù)據(jù)格式進行操作，并按要求將判斷分析的理由或情況描述填入備注框，確保省級部門準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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