自動氣象站Z文件的異常處理及臺站級質量控制

陳 明，樊新宇，蓋小波，李 強

(1.遼寧省錦州市氣象局，遼寧 錦州 121001;2.遼寧省大連市氣象局，遼寧 大連 116001;3.遼寧省新民市氣象局，遼寧 新民 110001)

自動氣象站Z文件的異常處理及臺站級質量控制

陳 明1，樊新宇1，蓋小波2，李 強3

(1.遼寧省錦州市氣象局，遼寧 錦州 121001;2.遼寧省大連市氣象局，遼寧 大連 116001;3.遼寧省新民市氣象局，遼寧 新民 110001)

正點地面氣象要素數據文件即ZIIiiiMM.YYY文件(簡稱Z文件)，是自動氣象站采集數據文件的重要部分，在日常地面氣象測報業務工作中，常常出現因設備軟硬件故障或誤操作等原因，造成數據資料的全部或部分丟失或出現數據異常等情況，給原始氣象資料的積累造成難以挽回的損失。該文分析了z文件出現異常的原因和處理方法，并對臺站級質量控制進行了探討，以確保原始數據資料的完整和準確，滿足現代氣象業務需求。

自動氣象站;Z文件;異常處理;臺站級;質量控制

1 引言

正點地面氣象要素數據文件即ZIIiiiMM.YYY文件(簡稱Z文件)，是自動氣象站采集數據文件的重要部分，也是自動氣象站每月上報審核部門的3個重要的數據文件之一。Z文件出現數據丟失和異常，給原始氣象資料的積累造成難以挽回的損失。自動氣象站數據卸載到計算機內并及時的處理、顯示、存貯是地面大氣探測業務的基本要求。在日常地面氣象測報業務工作中，難免因設備軟硬件故障或誤操作，造成數據全部或部分丟失或出現異常等情況。一般可分為兩種情況，一種是永久性丟失，即自動站的儀器設備出現故障，如采集器、傳感器及通訊設備等出現故障造成實時資料完全丟失，無法通過其它方法進行數據恢復;另一種是可恢復性的丟失，即采集器和傳感器工作正常，而由于通訊線路故障、文件讀寫錯誤、共享沖突、軟件升級等原因造成的實時資料丟失或異常，可通過相關的處理進行恢復。現代氣象業務的發展對氣象資料完整性、時效性和質量提出了十分迫切的需求。這就需要臺站建立集數據監控、數據質量控制、數據存儲和共享于一體的現代資料處理業務，為觀測系統穩定運行提供基礎保障。

2 正點地面氣象要素文件異常原因及恢復處理

2.1 ZIIiiiMM.YYY文件數據異常原因分析

根據地面自動站工作原理分析，影響 ZIIiiiMM.YYY文件數據正常卸載有以下原因：OSSMO 2004測報軟件內的系統參數不正確、采集通訊軟件端口或波特率不正確、計算機系統受到病毒的攻擊、計算機與采集器時間不一致、通訊接口接觸不好、通訊線纜破損、自動站周圍有電磁場和脈沖信號的干擾(如高頻線纜等)、UPS電源和采集器后備電源工作不正常、外轉接盒工作不正常、采集器CPU單片系統紊亂等。

以上原因出現時往往造成采集器中數據沒能寫入計算機，Z文件中無數據或者數據錯誤而沒有卸載成功，采集器中的數據沒有被清除;或者是采集器卸載數據成功，在將數據寫入Z文件時出現錯誤，造成Z文件中無數據，但在ZZ.txt、AWS_IIiii_YYYYMMDD.RTD文件中有數據。

2.2 ZIIiiiMM.YYY文件數據資料的恢復處理

2.2.1 采集器中數據沒能寫入計算機，Z文件中無數據時的恢復處理 可以通過“常規數據卸載”功能，恢復和補救Z文件中的數據。這里需要注意的是：因采集器存儲容量有限，目前大多數采集器只能保存約15d的定時數據或7d的定時數據和3d的分鐘數據，因此，能夠從采集器中恢復補救的數據是有限的;在進行“常規數據卸載”的過程中，由于數據卸載占用了采集器的通訊接口，系統軟件會屏蔽實時分鐘和正點數據的自動卸載功能，當前時刻的實時分鐘和正點數據均不能正常采集，因而，在進行數據卸載時，選取的時次少些，減少對正點數據正常采集的影響。

2.2.2 利用“質量控制軟件”將“AWS_IIiiiyyyymmdd.RTD”文件中的數據導入Z文件 導入過程是：先讀取RTD文件中相應時次00分的數據，若該分鐘全部數據缺測(“-”)或為初始化值(“-”)，則再讀取前1時次51～59分最接近正點分鐘的不全為缺測或初始化值的數據，若正點前10min的數據均為缺測或初始化值時，則再從正點后10min最接近正點分鐘的不全為缺測或初始化值的數據。用正點00分或前1時次51～59分數據導入時，數據直接填入數據區的單元格，若用正點后10min的數據導入時，極值項及出現時間一律按缺測處理。小時雨量從RTD中各分鐘雨量統計得到。

2.2.3 通訊故障時的資料恢復方法 自動站數據采集軟件在卸載數據時，在卸載窗口提示通訊故障后，可先通過采集器終端進行檢查，在確認線路故障時，應立即排除，在確認通訊恢復正常時，選擇人工資料卸載，但不要選擇將資料清除選項，按確定即可卸載。

2.2.4 由于軟件升級造成1月內存在2個Z文件分鐘數據文件或者由于重新創建路徑造成AWSsource文件在不同的路徑下。這種情況只需用文本編輯軟件打開2個Z文件，將任一個Z文件的正常數據拷貝到另一個Z文件的缺少資料就可以了。

2.2.5 資料卸載正常，Z文件中無資料的恢復處理出現這種情況，應在正點后1分10秒內調閱每分鐘資料，將AwsSource目錄下的ZZ.TXT拷貝到其他目錄中，再用文本編輯軟件將ZZ.TXT文件內的數據拷貝到Z文件內的相應時次。如超過這個時間，則應讀取自動站數據備份路徑下的AWS_IIiii_YYYYMMDD.RTD，將對應的數據錄入Z文件。

3 正點地面氣象要素文件的臺站級質量控制

對正點地面氣象要素文件ZIIiiiMM.YYY的臺站級質量控制，主要包括：界限值檢查、氣候極值、內部一致性檢查、時變檢查、持續性檢查、風向缺失檢查、特殊天氣事件檢測等。

3.1 界限值檢查

界限值檢查方法是檢查要素值是否在其測量允許值范圍之內。如圖1利用OSSMO2004版業務軟件中“質量控制軟件”完成各要素相關界限值的檢查，注意設置的范圍是檢查的關鍵，范圍太大達不到檢驗的目的。

圖1 溫度界限值檢查

3.2 氣候極值檢查方法

氣候極值檢查是檢查各要素值是否超過歷史上出現過的最大值和最小值(圖2)。

圖2 溫度氣候極值檢查

3.3 內部一致性檢查，判斷降水數據的異常

內部一致性檢查是指有些氣象觀測要素相互之間關系密切，其變化規律具有一致性。根據該特性，就可對相關數據是否保持這種內部關系來檢查其是否發生異常，以確定數據質量，即為內部一致性檢查。通過內部一致性檢查，重點解決降水量與相關要素相互之間一致性的檢查方法，判斷降水量數據的可疑值。

在降雨時，計算機出現重啟、死機、關機等現象，造成重新卸載資料的。在降雨時，自動站采集數據的同時，計算機正處在另外一種工作狀態中，如在下載軟件或運行其他程序。這兩種情況都會造成分鐘降水資料部分記錄沒有存入OSSMO 2004AwsSource目錄下的R文件的分鐘資料內，導致相對應的正點降水資料未包含計算機處于異常狀態下的分鐘降水資料，從而出現正點降水資料偏小現象。

判斷降水量是否偏小，可以在自動站正點數據下載后，點擊進入“逐日地面數據維護”，查看是否會出現B、Z文件不一致的數據列表對話框，如出現B文件與Z(R)文件各有一個降水量值，那么說明該正點降水資料偏小。

3.4 時變檢查

時變檢查是指大氣中的有些觀測數據與時間顯著相關，具有良好的時間一致性，將此類數據與其時間上前、后的測值相比較，來判斷其數據是否發生異常。圖3中通過分析可以看出，由于軟件寫入錯誤造成5 cm地溫錯誤，10～160 cm地溫數據讀取錯位。處理方法是用質量控制軟件的導入功能將數據恢復原位，320 cm相應數據按缺測處理。

圖3 地溫數據時變檢查

3.5 持續性檢查

持續性檢查是指在一段時間內(如一天)，許多氣象要素值會隨著時間、地域的變化出現波動。如果某要素值沒有發生變化有可能觀測儀器或傳輸設備出現故障。圖4中通過連續性分析可以看出，風向變化始終在“0”和“1”之間，通過連續性分析可以判斷風向儀器出現故障或被凍結。

圖4 風向連續性檢查

3.6 風向缺失檢查

在一個較長的時間內(如一個月)，根據風向方位的變化量，可以知道某一地區一個月內出現了哪些風向，哪些風向沒有出現。如果一個月內沒有出現某些方位的風向，說明某個范圍風向方位的部件可能出現故障，在冬季也可能風向標被凍結。圖5中是將該月的z文件轉化為報表文件，通過風的統計顯示出來，7月沒有SE風向出現，經分析本站的情況，夏季無SE風向是不正常現象，由于風向塊連接問題引起。

圖5 風向缺失檢查

3.7 特殊天氣事件檢測

特殊天氣事件檢測是指當發生有些天氣事件，將導致相關要素發生“異常”，從而導致質量控制方法發生誤檢。如大幅度降溫事件、積雪事件、高濕事件、低濕事件、高溫事件等特殊事件，通過“特殊天氣事件檢測”可以消除或降低這些事件對數據質量的影響。如草面溫度容易受到溫度和風的影響，有積雪時，草面溫度和雪面溫度的轉換容易導致質量控制方法發生誤檢，通過判斷確對數據無影響時，可維持原數據。

4 采取的主要措施

①加強對自動站儀器設備的日常維護。在自動站出現數據丟失時，應立即檢查故障原因，排除硬件故障。

②強化數據監視處理與備份。每個正點對自動站記錄進行監控，及時發現野值和異常記錄，做到及時發現、分析原因，及時處理。每天20時后對當天的記錄進行備份，以免造成丟失數據。在資料恢復后，應先做好各文件的備份，防止因誤操作而破壞文件結構，造成不應有的損失。同時應避免其它的軟件對實時數據文件操作。

③每天注意正確的對時。每天19時將自動站采集器時間與廣播進行對時，校準時鐘，使其誤差在30s內，同時保持計算機和采集器時間的同步。

5 結語

為適應現代氣象業務，從2011年起基層臺站的任務由單純的觀測和編發氣象報告轉變為數據監視處理和數據質量控制，處理與反饋疑誤數據信息等業務，對于錯誤數據做出準確判斷和正確處理都需要各臺站有豐富經驗的資料處理人員，通過大量原始數據綜合決策才能完成。因此作為觀測員要及時調整業務理念，熟悉掌握各個文件的生成原理和文件存儲的路徑及內容，這樣才能及時發現問題，并能粗略判斷問題的原因所在，從而能在最短時間內進行補救處理，確保原始數據資料的完整和準確，確保數據質量滿足現代氣象業務工作需求。

［1］ 中國氣象局.地面氣象觀測規范［M］.北京：氣象出版社，2003.

［2］ 李黃.自動氣象站實用手冊［M］.北京：氣象出版社，2007.

［3］ 中國氣象局監測網絡司.地面氣象測報業務系統軟件操作手冊［M］.北京：氣象出版社，2005.

［4］ 中國氣象局.地面氣象觀測數據文件和記錄簿表格式.

［5］ 國家氣象信息中心資料室，湖北省氣象局.氣象站數據質量控制軟件(AWSDataQC)操作手冊.

P468

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1003-6598(2011)03-0058-04

2011-04-01

陳明(1972-)，女，工程師，主要從事大氣探測、資料審核和服務工作。