寧夏高空規定等壓面風數據質檢分析及評估

張　智，林　莉

(寧夏氣象防災減災重點實驗室，銀川　750002)

寧夏高空規定等壓面風數據質檢分析及評估

張智，林莉

(寧夏氣象防災減災重點實驗室，銀川750002)

摘要：為解決高空資料完整性，進一步提高高空規定等壓面測風資料質量，利用寧夏銀川探空站1981—2010年高空規定等壓面風數據錄入文件(簡稱GAAF文件)質量檢查信息，分析了GAAF文件的數據質量。結果表明：B01對比檢查疑誤信息占到疑誤信息總數的93.5%，是重點核查、修改、標注的內容；B01文件對比檢查、相鄰層一致性檢查的疑誤信息在年際變化上呈波動減少的趨勢，2000年以后疑誤信息明顯減少；逐月變化、各層變化不明顯；B01錯主要原因是1981—1999年高空探測業務人工參與過程較多，操作過程中常出現數據讀取錯誤和數據錄入錯誤；公司錄入錯主要原因是PC-1500計算機打印紙紙張變質、字跡淡化，造成數據誤讀、誤錄。通過質量檢查，97.3%的疑誤信息經核查人工錄入正確，疑誤信息均能進行合理標注，人工錄入數據的錯誤率僅為0.8‰，GAAF文件質量可靠，可為氣象業務科研提供高質量的數據服務。

關鍵詞：高空資料；風數據；質量檢查；評估；寧夏

氣象觀測資料的質量直接關系到氣象預測預報業務的準確性。近年來，我國氣象工作者開始重視氣象觀測資料的質量問題，但多偏重于地面氣象資料質量問題的研究[1-6]。目前我國高空氣象觀測資料大部分是收集于實時高空觀測業務的探空報和測風報，由于歷史上報文處理時限緊、環節多等因素影響，高空氣象資料的精度、完整性和質量狀況均受到一定程度的影響，翟盤茂等[7]、周尚河[8]、張素琴等[9]、劉芳霞等[10]雖然對我國部分高空氣象觀測資料質量進行了研究，但我國高空氣象觀測資料的質量問題還未解決。

2012年中國氣象局下達“歷史高空氣象觀測記錄表數字化處理”建設任務，明確要求各省(市、區)氣象局開展高表-13規定等壓面測風數據的錄入工作，以補充、完善我國高空歷史氣象觀測資料，解決高空歷史氣象資料的完整性問題。本文通過對寧夏銀川探空站規定等壓面測風數據錄入文件質量檢查結果的分析，對錄入文件的完整性和準確性給出綜合評價，為氣象業務、氣象科研、應對氣候變化工作提供準確的基礎數據支持。

1資料與方法

利用寧夏銀川探空站1981—2010年高空規定等壓面風數據錄入文件(簡稱GAAF文件)，使用中國氣象局預報與網絡司下發的“高空風數據錄入文件質量檢查軟件”對GAAF文件進行格式檢查、界限值檢查、內部一致性檢查、規定層時序檢查、相關數據源一致性檢查，經質量控制綜合判別后輸出8項質量檢查疑誤信息，采用數理統計方法對8項質量檢查疑誤信息進行分析評估。其中相關數據源一致性檢查主要是利用歷史上實時探空報、測風報生成的高空氣象資料格式數據(簡稱B01)進行對比檢查，該數據是質量檢查中主要參考數據源。

2質檢疑誤信息分布

從寧夏GAAF文件質量檢查項目表(表1)中可以看到，在8項質量檢查疑誤信息中，B01對比檢查疑誤信息最多，達14 220條，平均每年474.0條，占疑誤信息總數的93.5%；相鄰層一致性檢查疑誤信息次多，為980條，平均每年有32.7條，占疑誤信息總數的6.5%。因此，這兩項檢查的疑誤信息是寧夏GAAF文件重點核查、修改、標注的內容。

表1　寧夏GAAF文件質量檢查項目表

2.1相鄰層一致性檢查

相鄰層一致性檢查是對相鄰規定層之間風向、風速的切變計算檢查，疑誤信息分為可疑、錯誤兩類。寧夏GAAF文件相鄰層一致性檢查疑誤信息為980條，其中風切變檢查錯誤有814條、錄入數據為非規定層數據錯有166條。因GAAF文件不需要非規定層風數據，予以刪除后風切變檢查的可疑信息為809條，占全部疑誤信息的99.4%，平均每年有27.0條；錯誤信息為5條，占全部疑誤信息的0.6%，平均每年只有0.2條。

寧夏GAAF文件相鄰層一致性檢查1981—2010年可疑信息呈波動減少的趨勢(圖1)，1984年最多為55條，1997年最少為8條；1981—1990、1991—2000、2001—2010年平均每年可疑信息分別為30.5條、28.1條、22.3條，2001—2010年比1981—1990年年平均可疑信息減少了8.2條，說明隨著高空氣象探測技術的發展，能夠明顯減少數據錯誤。而錯誤信息除2002年出現4條、2005年出現1條以外，其他年份均未出現。

圖1　1981—2010年寧夏GAAF文件相鄰層一致性檢查疑誤信息變化圖

2.2B01對比檢查

B01對比檢查是GAAF文件與B01中對應的規定等壓面、位勢高度、風向、風速的一致性檢查。寧夏GAAF文件B01對比檢查疑誤信息為14 220條，其中從數據種類看，風向疑誤信息為13 883條，占疑誤信息總數的97.6%；風速疑誤信息為337條，占疑誤信息總數的2.4%。從疑誤信息種類看，B01錯誤為13 980條，占疑誤信息總數的98.3%，平均每年有466.0條；公司錄入錯誤為240條，占疑誤信息總數的1.7%，平均每年有8.0條。

2.2.1年際分布從疑誤信息逐年變化圖(圖2)中可以看到，風向與風速(圖2a)、B01錯誤與錄入錯誤(圖2b)的變化趨勢相近，除1994—1996年均異常偏多外，風向與風速、B01錯誤與錄入錯誤均呈波動減少的趨勢，且2000年以后均未再出現錯誤。

圖2　1981—2010年寧夏GAAF文件B01對比檢查疑誤信息逐年變化圖

造成這種年際分布的原因是1981年1月至1987年3月采用手工操作，需人工讀取仰角、方位角、斜距，計算得到各規定等壓面的風向、風速數據；1987年4月至1999年12月使用PC-1500計算機，將人工讀取的仰角、方位角、斜距輸入PC-1500計算機后計算得到各規定等壓面的風向、風速數據，其中1995年5月至1996年12月因雷達標定錯而造成上萬條錯誤；2000—2002年使用“高空氣象探測59-701微機數據處理系統”、2003—2010年使用“L波段(1型)高空氣象探測系統”后探空和測風業務實現自動化，自動計算得到各規定等壓面的風向、風速數據。即1981—1999年高空探測業務由于人工參與過程較多、報文時效性強，人工操作過程中常常出現數據讀取錯誤和數據錄入錯誤，B01錯誤較多；2000—2010年以后高空探測業務實現自動化，B01錯誤減少為0。

2.2.2月際分布從疑誤信息逐月變化圖(圖3)中看到，B01錯誤月際變化比較明顯，5—12月平均錯誤明顯多于1—4月，8月最多為50.4條，7月次多為48.8條；2月最少為22.7條，1月次少為23.2條。公司錄入錯誤月際變化不明顯，1月、2月、7月平均錯誤最多為0.9個，3月最少為0.3個。

圖3　1981—2010年寧夏GAAF文件B01對比檢查疑誤信息逐月變化圖

通過核查原始高空氣象觀測記錄表，B01錯誤的原因是1995年5月至1996年12月因雷達標定錯而造成13 356條錯誤，占B01錯誤總數的95.5%，平均每月667.8條。通過將測風記錄方位角增加9.6°標定偏差，并根據規定等壓面時間重新計算測風記錄后，B01錯誤減少了13 174條，僅有182條錯誤，占B01錯誤總數的1.3%；雷達訂正后B01錯誤6月、8月最多為2.3條，11月最少為0.8條(圖3)；公司錄入錯誤的主要原因是1987年4月至1999年12月PC-1500計算機打印的測風記錄因存放時間長，紙張已出現不同程度的變質、字跡淡化，造成數據識別困難而誤讀、誤錄[11]。

2.2.3各層分布從疑誤信息各層變化圖(圖4)上看，B01錯誤最多出現在30 hPa為70條，700、300、70、50 hPa均在60條以上；B01錯誤最少出現在10 hPa僅為1條，次少出現在地面為3條。錄入錯誤最多出現在850 hPa為26條，400、200、70 hPa均出現20條以上；最少出現在地面和10 hPa均為2條。

圖4　1981—2010年寧夏GAAF文件B01對比檢查疑誤信息各層變化圖

3質量評估

通過質量檢查，寧夏GAAF文件8種疑誤信息(表2)中，雷達標定錯最多達13 356條，占總數的87.8%；風切變檢查錯次多為814條，占總數的5.4%。文件缺失錯最少僅為1條；報文解碼錯次少僅25條，占總數的0.2%。從核查結果可以看到，風切變檢查錯、雷達標定錯、實時報文錯、原始報文錯、報文解碼錯合計為14 794條(占總數的97.3%)，但經核查，GAAF文件中錄入的對應風數據均正確，可合理標注；公司錄入錯為240條，僅占總數1.6%，修改后均正確；非規定層數據錯為166條，刪除GAAF文件中對應數據后均正確。

經統計，質量檢查前寧夏GAAF文件有風數據304 998條，檢查出疑誤信息15 201條，疑誤率為5.0%，公司錄入錯有240條，錄入錯誤率僅為0.8‰；質量檢查后有風數據305 542條，補充錄入了710條，比質量檢查前增多了0.2%。說明通過質量檢查，不僅寧夏GAAF文件中風數據增多，而且各規定等壓面風數據的錄入錯誤率很低，GAAF文件的質量可靠。

表2　1981—2010年寧夏GAAF文件質量檢查疑誤信息統計表

4結論與討論

(1)寧夏GAAF文件8項質量檢查疑誤信息中，B01對比檢查疑誤信息最多達14 220條，占總數的93.5%；相鄰層一致性檢查疑誤信息次多為980條，占總數的6.5%。這兩項檢查的疑誤信息是重點核查、修改、標注的內容。

(2)相鄰層一致性檢查疑誤信息的年際變化呈波動減少的趨勢，2001—2010年比1981—1990年年平均減少了8.2條。說明隨著高空氣象探測技術的提高、高空氣象探測業務的自動化，高空氣象探測數據的質量明顯提高，錯誤數據明顯減少。

(3)B01對比檢查疑誤信息中B01錯誤占總數的98.3%，公司錄入錯誤占總數的1.7%；年際變化上B01錯誤與錄入錯誤變化趨勢相近，均呈波動減少的趨勢；月際變化和各層次變化均不明顯。B01錯誤主要原因是1981—1999年高空探測業務人工參與過程較多、操作過程中常常出現數據讀取錯誤和數據錄入錯誤；公司錄入錯誤主要原因是1987年4月至1999年12月使用PC-1500計算機，因打印紙存放時間長出現紙張變質、字跡淡化，造成數據識別困難而誤讀、誤錄。

(4)通過質量檢查，寧夏GAAF文件8種疑誤信息中風切變檢查錯、雷達標定錯、實時報文錯、原始報文錯、報文解碼錯占總數的97.3%，經核查錄入的風數據均正確，均能合理標注；公司錄入錯誤率僅為0.8‰，GAAF文件的質量可靠。

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文章編號：1006-4354(2015)01-0026-04

收稿日期：2014-08-05

作者簡介：張智(1967—)，男，漢族，山東泰安人，學士，高級工程師，主要從事氣候研究。

基金項目：中國氣象局“氣候變化應對決策支撐系統工程—歷史高空氣象觀測記錄表數字化處理”

中圖分類號：P416.3

文獻標識碼：A