淺談氣象一體化數據信息分析與反饋

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)

淺談氣象一體化數據信息分析與反饋

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，對實時歷史氣象一體化資料業務系統中的數據疑誤信息進行了分析和總結，指出造成疑誤信息的主要因素大致可歸納為天氣原因、外圍環境改變、設備運行故障、業務軟件存在缺陷等，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，為解決氣象資料業務工作中存在的歷史與實時氣象資料業務脫節、數據不一致、數據質量和應用時效等問題，中國氣象局啟動基礎氣象資料發展與改革專項工作，建立一體化氣象資料業務系統(MDOS)。一體化氣象資料業務系統在資料的質量、可用性，資料獲取的便捷性、時效性等方面更能滿足現代氣象業務對氣象資料的要求。在一體化工作中臺站主要負責處理省級數據處理中心分發的數據質量控制疑誤信息(含國家站和區域站)，通過臺站處理與反饋(元數據上傳、短信互動)等步驟實現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，對實時歷史氣象一體化資料業務系統中的數據疑誤進行了分析和總結，并對臺站級的反饋流程進行梳理和探討。

2 一體化氣象資料業務系統及臺站數據處理任務

2.1 一體化氣象資料業務系統

一體化氣象資料業務系統是集質量控制、加工處理、存儲分發和服務于一體的資料業務處理平臺，由國家級檢驗評估、省級實時監控、數據質控、數據處理及疑誤查詢、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

在一體化平臺中臺站數據處理任務主要有三個方面：一是疑誤信息反饋，二是疑誤查詢，三是元數據登記。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據值，查明錯誤原因，并及時進行相關數據處理和觀測儀器維護等工作。

3 一體化質控信息的內容

一體化氣象資料業務系統質控和處理的數據對象分為三類數據[2]：觀測數據、元數據、附加信息數據。因元數據和附加信息數據主要是針對觀測數據質量有影響的說明信息，在此不作介紹。觀測數據包括分鐘數據、小時數據和日數據。分鐘數據主要包括地溫、草溫、降水以及壓、溫、濕、風等；小時數據包括風、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計值；日數據包括降水量(人工觀測)、蒸發、日照、天氣現象、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，是對一體化系統提出的顯性錯誤和疑誤信息，按照《地面氣象觀測規范》和相關技術規定及天氣、氣候規律，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、外圍環境改變、設備故障、業務軟件存在缺陷等[3、4]是造成氣象數據出現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據顯著變化而出現的“疑誤信息”(蒸發除外[5])如某記錄超臺站歷史極值，但并未超氣候極值，系統根據質量控制技術規程進行相關檢查會提出疑誤，此類記錄應視作正常記錄。在實際工作中由天氣因素造成的數據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量異常等，了解各類特特殊天氣情況下要素的變化規律，便能有效的找出產生疑誤信息的原因，判斷數據的正確與否。

4.1.1 大幅度降溫 當發生劇烈天氣事件如大幅降溫、短時暴雨時，將導致氣溫和地面溫度等要素值發生短時突變，無法通過時間一致性和空間一致性檢查，產生“異常數據”，應視為正常數據。

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，這樣當進行持續性檢查時，就會提出錯誤或警告信息，根據《地面氣象觀測規范》規定，數據按正常處理。

4.1.3 高溫 高溫天氣直接影響0厘米地溫數據異常。由于受到太陽直接輻射，0厘米地溫在短時內變化顯著，無法通過系統質控而提出“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時間較長時，相對濕度將會在高濕狀態下不變或變化極小，這樣將會出現持續性檢查無法通過，可判斷數據正常。

4.1.5 等溫 當大氣非常穩定時，特別是溫度變化很小時，相對濕度不變或變化極小，當系統進行持續性檢查時，也會提出錯誤或警告信息，數據可用。

4.1.6 夏季雷雨 雷雨天氣出現時，氣壓、濕度、地溫等要素會發生明顯的波動或異常，主要表現有：

①本站氣壓跳變。對應時段內有雷暴時比較容易判斷，風向和風速也會有相應的變化，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。根據天氣實況檢查突增現象是否屬于降水造成空氣濕度增大而引起，同時參考相應時段的氣溫、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導致深層地溫緩慢上升之后緩慢下降，此類異常數據可視為正常數據；若地溫套管漏水則應視為異常數據并及時修復。

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，根據變化趨勢是否相關對疑誤信息的正確與否作出判斷。

4.1.8 蒸發量異常 因降水量大導致蒸發量異常且無使用價值時，按缺測處理。

4.2 外圍環境因素造成數據異常

①電壓不穩或電磁干擾。市電電壓不穩定或者電磁干擾[6]，會對需要供電的傳感器如氣壓、濕度、風等產生的數據造成影響(跳變或缺測)。當采集值隨電壓變化短時跳變時，應根據《地面觀測業務規范》中相關技術規定進行分析判斷和處理，如果差異在可信范圍內，可視為正常。

②下墊面或探測環境的改變。場地建設或下墊面改變、探測環境導致數據異常，如果差異在可信范圍內，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生跳變數據，應根據跳變值判斷其是否有使用價值[7]。

4.3 設備故障造成數據異常

儀器故障造成的“異常數據”一般無法通過時間一致性、空間一致性和內部一致性檢查，此類顯性錯誤應作為錯誤數據來處理，并按要求進行反饋[8-10]。通常情況有以下幾種表現：

①數據超出氣候界限值。各氣象要素的界限值閾值范圍參考《地面氣象觀測規范》中表3.1《我國自動氣象站技術性能要求表》以及《QX/T 118-2010地面氣象觀測資料質量控制》，當某要素值不在其測量允許值范圍之內時，便會以“異常數據”來提示，此時應檢查判斷儀器是否出現故障。如氣壓小于500 hPa，應為傳感器故障或接錯采集通道，須按錯誤數據處理并反饋。

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，應考慮為傳感器或通道故障導致，均視為錯誤數據。

③數據差異大。臺站兩臺自動站數據對比，發現某一數據差值異常偏大，一般為其中某一自動站儀器出現了故障[11,12]。

④傳感器漂移。傳感器漂移為傳感器失真狀態，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。可根據鄰近參考站(或參考要素)進行分析，在漂移開始階段數據與正常值偏差小，可作正常數據，否則按錯誤數據處理并反饋。

⑤蒸發異常。因蒸發傳感器連通管安裝不當會造成蒸發數據異常，其表現為蒸發量長時間小時量為0.0或負值，應按缺測處理。

4.4 業務軟件形成的異常數據

現用的臺站地面綜合觀測業務軟件(ISOS系統)還不是特別完善[12]，軟件造成的錯誤數據主要體現在以下幾點：

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]，正點值按錯誤數據處理。

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。登陸一體化業務平臺，進入國家站或區域站查看“數據質控信息處理”菜單下，省級推送的相關臺站的疑誤信息。

②疑誤信息分析。根據天氣實況及儀器設備運行情況，綜合利用業務系統的數據，基于經驗和參考要素值判斷后，找出導致疑誤信息產生的原因。

③處理反饋。判斷數據為正確無誤時，勾選疑誤數據，點擊質量控制信息處理主控表上方的“數據無誤”按鈕進行處理無誤的數據；如果確認數據有誤時，選中質量控制信息處理主控表中的相應疑誤數據，在“修正值”和“備注信息框”中填入“修正理由”或“數據錯誤原因”。

④處理登記，結束反饋流程。點擊“提交”按鈕，系統提示“數據已修改，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、外圍環境、設備、業務軟件等的先后對異常數據進行分析，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的要素隨時間變化的趨勢。

③反饋操作符合規范要求。在信息反饋時須注意嚴格按照規定的數據格式進行操作，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，主要從事氣象業務管理工作。

1003-6598(2015)04-0055-03

P468

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