基于海拔高度的質控方法本地化策略

賈晨剛，李亞麗

(陜西省氣象信息中心，西安　710014)

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基于海拔高度的質控方法本地化策略

賈晨剛，李亞麗

(陜西省氣象信息中心，西安710014)

摘要：中國氣象局研制的三級質量控制業務系統中，質控方法本地化策略是按照陜北、關中、陜南的行政區域制定的，在此基礎上，根據陜西省境內國家級自動氣象站臺站海拔高度的不同，修正其質量控制方法，對氣象觀測數據增加了省級質量控制標識，形成了基于海拔高度的自動氣象站觀測數據質量控制策略和流程。以臨渭站和華山站(分別代表平原站和高山站)為例，針對2013年汛期中連續三個月(6—8月)的氣溫、氣壓、相對濕度、風速四種氣象要素進行質量控制。結果表明，經過質量控制后的氣象觀測數據更加能夠反映出每個臺站真實的氣象要素變化情況。

關鍵詞：質量控制海拔高度本地化策略陜西

2010年和2011年，中國氣象局在各省分別建設“省級自動氣象站實時數據質量控制系統”(以下簡稱：省級質控系統)和國家級“地面實時和歷史資料一體化數據質量控制系統”(以下簡稱：MDOS系統)，要求各省根據本省的氣象資料整編數據集制定本省的質控系統本地化策略。而這兩套系統中對陜西省國家級自動氣象站實時觀測數據的質控方法，均采用中國氣象局在2004開始研制的由臺站到省級、國家級三級質量控制業務系統的質控本地化策略，即基于陜北、關中、陜南的行政區域制定，該質控本地化策略在宏觀層面上對陜西省所轄的自動站進行了劃分，需要考慮轄區范圍內所有站點，選取的閾值范圍較為寬泛。因此，有必要結合陜西省特有的地形和各臺站氣象觀測要素的極值資料，研究一套基于海拔高度為質控標準的質控方法本地化策略，以滿足氣象業務和科研工作對觀測資料的質量要求。

1抽樣站點

因海拔高度為選站標準，故選取陜西省境內兩個在海拔高度上有地域特點的觀測臺站，臨渭站(站號57045)代表平原站，華山站(站號57046)代表高山站。對兩站在2013年汛期中連續3個月(6—8月)的觀測資料中常用的氣溫、氣壓、相對濕度、風速等四種基本要素進行質控。

2質量控制標識

質量控制標識(Quality Control，以下簡稱QC)是對某類數據中某一要素真實可靠性的描述，通過QC能夠判斷數據是正確、可疑還是錯誤，使用戶在使用數據時能夠迅速剔除錯誤數據，對可疑數據進行甄別。對氣象觀測數據實施質量控制后，為數據增加QC，是被廣泛采用的方法。作為省級氣象部門，氣象觀測數據的用戶主要是氣象科研人員和氣象資料服務人員，因此也采用加QC碼的方法，即利用4個數字代碼(表1)表示每個時次每個觀測臺站不同氣象要素的質量。

如果某一氣象要素數據的QC碼置2或8，視該數據為錯誤或者缺測數據，將不參與后續的質量控制過程；如果QC碼置0或1，那么視該數據為正確或可疑數據，仍參與后續質控流程。

表1　質量控制標識的含義

3質量控制方法

傳統的氣象資料QC方法是依據天氣學、氣象學、氣候學原理，以氣象要素的時間和空間變化規律和各要素之間相互聯系的規律為出發點，對不同的氣象要素采用不同的QC方法，需要根據具體的要素分別對待。在本次研究中，針對日常業務中使用的氣溫、氣壓、相對濕度和風速4類要素進行QC，質量控制所檢查的項目見表2。

表2　氣象要素質量控制檢查項目

4本地化策略

結合抽樣臺站特點，并在相應的時間段內，制定出適合于陜西平原站和高山站質控方法的本地化策略。這種以海拔高度為質控標準的策略，能夠反映陜西特有的地形特點。陜西省境內的氣象觀測臺站，即使同一行政區域的兩個臺站，由于海拔高度的不同，各自的氣溫、氣壓、相對濕度和風速4類要素的氣候界限值、區域極值、臺站極值以及內部一致性等也會不同，經過質量控制后的氣象數據更能反映出每個臺站真實的氣象變化情況。

4.1要素缺測檢查

質量控制時，首先對所有要素數據進行缺測檢查，并初始化質量控制碼(簡稱QC碼)。缺測檢查采用三種方式：①凡是文件格式不符合中國氣象局地面氣象觀測數據文件格式的，一律認為該站該時次所有要素均缺測；②參考該站該時次上傳的自動站狀態文件，如果狀態文件中某要素的傳感器狀態錯誤，則認為該要素缺測；③直接檢查數據文件的要素內容，如果要素內容為“/////”等缺測標志時，則認定其缺測。如果數據為缺測，QC碼設置為‘8’(缺測)，非缺測數據其QC碼暫時設為‘N’(未作質量控制)。只有QC碼為‘N’的數據才分別進行氣候界限值、區域極值、臺站極值以及內部一致性等檢查。

4.2氣溫檢查

氣溫要素包括正點氣溫、小時最低氣溫和小時最高氣溫3個要素。

(1)氣候學界限值檢查

6—8月氣溫要素的氣候界限值范圍為-25～50 ℃，超過氣候界限值范圍的數據QC碼置2。

(2)區域界限值檢查

陜西省位于全國分區的3區和5區，根據抽樣臺站資料總結出6—8月的氣溫區域界限值見表3。

表3　抽樣臺站氣溫區域界限值的范圍　℃

超出該界限值的數據QC碼置1。

(3)臺站極值檢查

對于通過臺站極值(表4)檢查的數據，QC碼置0；未通過的數據，QC碼置1。

表4　抽樣臺站氣溫極值　℃

(4)要素內部一致性檢查

檢查規則為小時最高氣溫≥正點氣溫≥小時最低氣溫，符合條件的數據，QC碼置0；否則，相比較的數據，QC碼均置1。

4.3氣壓檢查

檢查對象包括小時正點氣壓、小時最高氣壓和小時最低氣壓等3個要素。

(1)氣候學界限值檢查

氣壓氣候界限值范圍為520～1 080 hPa，超過氣候界限值范圍的數據，QC碼置2。

選取的抽樣臺站，臨渭站觀測場的海拔為349.8 m，華山站觀測場的海拔高度為2 046.9 m，因此臨渭站的臺站氣壓界限值范圍為850～1 010 hPa，華山站的臺站氣壓界限值范圍為680～860 hPa。超出相應氣壓界限值范圍的數據，QC 碼置2。

(2)內部一致性檢查

檢查規則為小時最高氣壓≥正點氣壓≥小時最低氣壓，符合條件的數據，QC碼置0；否則,相比較的數據，QC碼均置1。

(3)臺站極值檢查

對于通過臺站極值(表5)檢查的數據，QC碼置0；未通過的數據，QC碼置1。

表5　抽樣臺站氣壓極值　hPa

4.4相對濕度

相對濕度要素檢查對象有：正點相對濕度、小時最小相對濕度2個要素。

(1)氣候學界限值檢查

氣候界限值范圍為0<相對濕度≤100%。超過氣候界限值范圍的數據，QC碼置2。

(2)內部一致性檢查

檢查規則為正點相對濕度>小時最小相對濕度。若違反規則，則相比較的數據，QC碼均置1。

(3)臺站極值檢查

對于通過臺站極值(表6)檢查的數據，QC碼置0；未通過的數據，QC碼置1。

表6　抽樣臺站相對濕度極值　%

4.5風速檢查

檢查對象包括正點2分鐘風速、正點10分鐘風速、小時最大風速、小時極大風速、極值及其出現時間等5個要素。

(1)氣候學界限值檢查

風速氣候學界限值范圍[0～65 m/s]，且極值出現時間應在對應時次時間范圍內。超過氣候學界限值范圍的數據，QC碼置2。

(2)風速區域界限值檢查

6—9月風速變化范圍[0～48] m/s。未通過的數據，QC碼置1。

(3)內部一致性檢查

對于同一時次，要素之間的規則為：小時最大風速-正點10分鐘風速≥0 m/s；當小時最大風速出現時間不在該小時開始9分鐘時，小時極大風速-小時最大風速≥0 m/s；當小時最大風速出現時間在該時次開始9分鐘時，小時極大風速-小時最大風速≥—0.3 m/s。各項風要素數據之間若違反以上規則時，相比較的數據，QC碼均置1。

(4)臺站極值檢查

對于通過臺站極值(表7)檢查的數據，QC碼置0；未通過的數據，QC碼置1。

石璞欣.氣象資料及產品綜合服務平臺用戶界面設計[J].陜西氣象，2015(6)：29-31.

表7　抽樣臺站風速極值　m/s

5質量控制結果分析

對2013年6—8月抽樣臺站觀測數據的抽樣要素按照上述方法進行質控，各要素檢測出的可疑和錯誤數據為：氣溫55個，氣壓146個，相對濕度32個，風速41個。將結果與“省級質控系統”和“MDOS系統”質控結果進行對比，正確率均為100%。

由于“省級質控系統”在2013年底停止運行，故與中國氣象局的兩套質控系統的對比數據只選取2013年的數據，對比結果有一定局限性。隨著觀測資料的積累，臺站的地域特點

會在今后的對比分析中展現出來，但基于海拔高度的本地化質控數據只能與MDOS系統的質控數據對比。

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作者簡介：石璞欣(1988—)，男，陜西西安人，學士，助工，從事氣象數據資源開發與數據庫維護。

收稿日期：2015-07-08

文章編號：1006-4354(2015)06-0029-03

中圖分類號：P416.2

文獻標識碼：B