ISOS軟件正點觀測異常數(shù)據(jù)的處理方法

葛慶云+夏志芬+袁學(xué)所+王剛+王楠楠+郭陽+周禮清

摘 要：該文歸納整理了新型自動站（DZZ3型）使用以來ISOS軟件“正點觀測編報”業(yè)務(wù)模塊中常見異常數(shù)據(jù)的處理方法，結(jié)合最新地面觀測業(yè)務(wù)技術(shù)規(guī)定，通過實例分析，對溫濕度、氣壓、降水、風(fēng)向風(fēng)速、地溫、能見度等氣象要素異常數(shù)據(jù)的處理過程進行了詳細闡述，為氣象觀測員在正點觀測時次快速處理各類異常數(shù)據(jù)提供參考。

關(guān)鍵詞：正點觀測；異常數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理；ISOS軟件

中圖分類號 P413 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）08-0160-03

1 引言

隨著氣象現(xiàn)代化工作的穩(wěn)步開展，地面觀測業(yè)務(wù)自動化程度不斷提升。2016年1月1日起，安徽第二批31個國家級氣象觀測站啟用新型自動站（DZZ3型）開展測報業(yè)務(wù)，ISOS軟件正式業(yè)務(wù)運行。

高質(zhì)量的氣象觀測數(shù)據(jù)是其他氣象業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)。對于氣象觀測員來講，啟用新型站、使用ISOS測報軟件后，完成“正點觀測編報”、提供準確的正點小時數(shù)據(jù)（長Z文件）仍然是工作重點，也是提升觀測數(shù)據(jù)可用性的關(guān)鍵所在。實際業(yè)務(wù)中，新型站ISOS軟件中的小時長Z文件在正點后1min30s自動上傳至省級服務(wù)器，觀測員需在1min30s內(nèi)完成數(shù)據(jù)檢查與質(zhì)控。在設(shè)備故障、數(shù)據(jù)采集異常、天氣現(xiàn)象復(fù)雜等情況下，快速完成異常數(shù)據(jù)處理與長Z文件質(zhì)控難度較大。加之近年地面觀測業(yè)務(wù)多次調(diào)整，某些異常數(shù)據(jù)的處理較為復(fù)雜，“正點觀測異常數(shù)據(jù)處理”成為觀測業(yè)務(wù)的難點。技術(shù)人員針對此類問題進行分析探討，例如，邢芝芳整理了新型站常見異常數(shù)據(jù)的處理方法[1]；文強等對地面觀測業(yè)務(wù)中的典型異常數(shù)據(jù)處理進行了分析總結(jié)[2]；王淑等通過分析ISOS軟件運行時出現(xiàn)的各類問題，提煉了部分異常數(shù)據(jù)的處理步驟[3]。本文通過實例分析，歸納整理了新型站使用以來ISOS軟件“正點觀測編報”業(yè)務(wù)模塊中常見異常數(shù)據(jù)的處理方法，為觀測員在短時間內(nèi)快速處理各類異常數(shù)據(jù)提供參考。

2 數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)定

按照最新觀測業(yè)務(wù)技術(shù)規(guī)定，自動觀測數(shù)據(jù)異常時，正點時次的記錄按照正點前10min內(nèi)（51—00分）接近正點的正常記錄、正點后10min內(nèi)（01—10分）接近正點的正常記錄、備份自動站記錄、內(nèi)插記錄的順序進行代替。其中，風(fēng)向、風(fēng)速異常時，均不能內(nèi)插，瞬時風(fēng)向、瞬時風(fēng)速異常時按缺測處理。內(nèi)插可以跨日界。當(dāng)連續(xù)兩個或以上正點數(shù)據(jù)缺測時，不能作內(nèi)插處理[4]。

現(xiàn)階段，安徽省內(nèi)國家級氣象觀測站均實現(xiàn)業(yè)務(wù)站與備份站雙站運行，大部分人工觀測儀器已按規(guī)定撤除，正點異常數(shù)據(jù)大多可通過記錄替代或數(shù)據(jù)內(nèi)插進行處理。無記錄可代替時，降水、能見度、2min風(fēng)向風(fēng)速等要素仍需在定時觀測時次進行人工補測；氣溫、氣壓、相對濕度、風(fēng)向風(fēng)速（2min風(fēng)向風(fēng)速除外）、地溫（含草溫）不再人工補測，按缺測處理[5]。

3 常見氣象要素異常數(shù)據(jù)處理方法

3.1 溫濕度異常數(shù)據(jù)處理 實際業(yè)務(wù)中，常因溫濕分采故障、傳感器故障、接線松動等問題造成溫濕度數(shù)據(jù)缺測、跳變或出現(xiàn)異常值等情形。在進行“正點觀測編報”時，可通過“代缺”功能調(diào)出正點前、后10min的分鐘數(shù)據(jù)并按規(guī)定進行合理替代，無替代值時需用備份站正點數(shù)據(jù)值代替。若備份站正點數(shù)據(jù)也異常，應(yīng)快速處理業(yè)務(wù)站故障，在故障恢復(fù)后的下個正點，用內(nèi)插方法處理異常值。需注意的是，當(dāng)氣溫或相對濕度為替代值時，水汽壓和露點溫度均需反查求得。圖1是相對濕度進行替代后的反查數(shù)據(jù)處理。某站某日07時相對濕度、水汽壓、露點溫度全部缺測。通過“正點觀測編報”對濕度數(shù)據(jù)進行處理，用“代缺”查詢前后10min相對濕度均為錯誤數(shù)據(jù)，07：00正點相對濕度用備份站數(shù)據(jù)92代替。水汽壓和露點溫度的反查計算，使用MOI軟件“工具”菜單下的“要素計算”功能。在左側(cè)空格中填入干球溫度、前12h氣溫、歷年平均氣溫、歷年平均氣壓等數(shù)值，濕球溫度欄中輸入“相對濕度替代值”（后加英文字母U），氣壓輸入“正點本站氣壓值”（后加英文字母P），附溫缺測，點擊計算即可得出水汽壓和露點溫度。

3.2 氣壓異常數(shù)據(jù)處理 氣壓傳感器運行相對穩(wěn)定，出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)較少，偶有數(shù)據(jù)跳變或數(shù)據(jù)缺測。正點時次本站氣壓數(shù)據(jù)修改后，如果當(dāng)前時次和前12h氣溫數(shù)據(jù)正常，ISOS軟件會自動重新計算海平面氣壓。本站氣壓數(shù)據(jù)缺測，用備份自動站記錄代替時，部分臺站存在感應(yīng)部分高度不一致情況，需注意高度差訂正，將代替的本站氣壓訂正到現(xiàn)用自動站氣壓傳感器高度上。

圖2是某站氣壓異常數(shù)據(jù)處理實例。2014年7月5日，MDOS平臺提示某站08：00氣壓數(shù)據(jù)異常。使用“正點觀測編報”的“代缺”功能查詢08：00前、后10min數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)07：51本站氣壓值為992.9hPa，07：52跳變?yōu)?98.0hPa，07：52至08：02時段內(nèi)本站氣壓值均≥998.0hPa，08：03恢復(fù)為993.3hPa，此后數(shù)據(jù)在993.1hPa上下浮動。07：52的跳變值，超過了氣象行業(yè)標準規(guī)定的氣壓1min內(nèi)允許變化最大值1.0hPa[6]，故將07：52—08：02時段內(nèi)本站氣壓值判定為錯誤，分鐘數(shù)據(jù)按缺測處理。08：00正點本站氣壓值以07：51數(shù)據(jù)代替；最高氣壓及出現(xiàn)時間從51分之前挑取，修改為993.0hPa和0737；最低氣壓及出現(xiàn)時間不受影響，數(shù)據(jù)可用。本站氣壓數(shù)據(jù)修改后，軟件會自動重新計算08：00海平面氣壓。因故障持續(xù)至08：02，09：00正點的最高氣壓及出現(xiàn)時間也應(yīng)作質(zhì)控修改。

3.3 降水異常數(shù)據(jù)處理 降水異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)最多。筆者所在觀測站暫未安裝稱重式雨量傳感器，此處所述的降水異常記錄主要是針對翻斗式雨量傳感器，例如大風(fēng)、大霧、較重的露霜、人工維護儀器以及滯后降水等原因造成的雨量數(shù)據(jù)異常。無降水現(xiàn)象，因其他原因或自動站故障造成的多余記錄，應(yīng)刪除該時段內(nèi)的全部分鐘和小時降水量。降水停止后，仍有降水量，若能判斷為滯后量（一般為0.1、0.2、0.3mm且滯后時間不超過2h），可將該量累加到降水停止的那分鐘和小時時段內(nèi)，否則將該量刪除。夜間能夠判斷為滯后降水的，按前述處理；無法判斷的，按正常處理。非結(jié)冰期，降水量以現(xiàn)用自動站翻斗雨量傳感器記錄為準。降水?dāng)?shù)據(jù)異常時，以備份站翻斗雨量傳感器數(shù)據(jù)代替。兩套儀器均出現(xiàn)故障時應(yīng)及時啟用人工補測。結(jié)冰期，以安徽省現(xiàn)行業(yè)務(wù)規(guī)定，無稱重式雨量傳感器的臺站，定時降水量數(shù)據(jù)以人工觀測記錄為準，記入臺站A文件。同時，不停用翻斗式雨量傳感器，雨量數(shù)據(jù)通過長Z文件上傳至省信息中心滿足氣象服務(wù)之用，整個結(jié)冰期的自動雨量數(shù)據(jù)不記入臺站A文件。

3.4 風(fēng)向風(fēng)速異常數(shù)據(jù)處理 風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)常因傳感器故障、接地線斷路、風(fēng)杯凍結(jié)等問題出現(xiàn)異常。處理風(fēng)向風(fēng)速異常數(shù)據(jù)時，不能使用內(nèi)插方法；2min與10min平均風(fēng)有缺測時，不能相互代替；瞬時風(fēng)向、瞬時風(fēng)速異常時需按缺測處理。

正點風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)全部異常不可用時，具備補測條件的臺站應(yīng)在定時觀測時次進行人工補測，人工觀測儀器已撤除的臺站需目測2min風(fēng)向風(fēng)速，其他風(fēng)數(shù)據(jù)按缺測處理。目測風(fēng)速按風(fēng)力等級表所示的各類現(xiàn)象估計風(fēng)力（0～12級），以相應(yīng)風(fēng)速的中數(shù)值作為正式記錄；目測風(fēng)向按八方位記錄。

某站冬季某日19：57—20：08風(fēng)速為0m/s，風(fēng)向變化不大。據(jù)天氣條件判斷數(shù)據(jù)異常原因為風(fēng)杯凍結(jié)。如圖3所示，20：00正點觀測編報時，2min、10min風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)用19：56數(shù)據(jù)代替，調(diào)出“代缺”數(shù)據(jù)表后，鼠標雙擊數(shù)據(jù)格即可選中相應(yīng)代替值，被選中的數(shù)值顯示在“代缺”表格底部的“選中”一行內(nèi)。需特別注意的是，用正點前、后10min數(shù)據(jù)代替時，用以代替正點2min（10min）平均風(fēng)的分鐘數(shù)據(jù)必須為有效數(shù)據(jù)，即從擬代分鐘數(shù)據(jù)開始，之前2min（10min）內(nèi)的數(shù)據(jù)均正常可用。最大、極大風(fēng)向風(fēng)速及出現(xiàn)時間挑取正常，數(shù)據(jù)可用不作處理。正點瞬時風(fēng)向、瞬時風(fēng)速不用19：56數(shù)據(jù)代替，按缺測處理。后期進行J文件維護時，將風(fēng)杯凍結(jié)時段內(nèi)所有風(fēng)向風(fēng)速分鐘數(shù)據(jù)按缺測處理。

3.5 地溫異常數(shù)據(jù)處理 地溫數(shù)據(jù)異常在觀測業(yè)務(wù)中也較為常見，多為傳感器接線松動、接地不良、地溫場維護不當(dāng)?shù)仍蛟斐伞＠纾耗痴?015年1月27日12：56—14：21 320cm地溫數(shù)據(jù)錯誤，且無備份站數(shù)據(jù)。15：00正點后，需對13：00、14：00 320cm正點數(shù)據(jù)進行重新質(zhì)控。因連續(xù)缺測兩個時次（圖4），且14：00無前后10min數(shù)據(jù)與備份站數(shù)據(jù)代替，需先處理13：00正點數(shù)據(jù)。在“正點觀測編報”中選定13：00，使用“代缺”功能將13：00正點數(shù)據(jù)用12：55數(shù)據(jù)“155”代替并保存；再選定14：00“正點觀測編報”，使用13：00、15：00 320cm地溫值內(nèi)插計算得出14：00正點數(shù)據(jù)。

3.6 能見度異常數(shù)據(jù)處理 鳳陽站現(xiàn)有能見度自動觀測只有DZZ3新型站內(nèi)掛接的一套儀器（安徽藍盾的DNQ2型前向散射能見度儀），無自動觀測備份設(shè)備。當(dāng)能見度設(shè)備故障或數(shù)據(jù)異常時，非定時觀測時次的正點數(shù)據(jù)中所有能見度數(shù)據(jù)均按缺測處理；定時觀測時次需進行人工補測，但是人工觀測值僅存入長Z文件CW段能見度和VV段10min平均能見度，其他VV段自動能見度數(shù)據(jù)按缺測處理。如圖5所示，14：00正點觀測時能見度數(shù)據(jù)錯誤，人工補測能見度3.6km，在“正點觀測編報”頁面需將CW段定時能見度和VV段10min平均能見度分別改為36和3 600，VV段1min能見度和最小能見度及出現(xiàn)時間按缺測處理。需注意，能見度自動記錄缺測時不做內(nèi)插處理，不用正點前后10min記錄代替。當(dāng)遇強降水、局部濃煙等現(xiàn)象時，視程障礙自動判識會出現(xiàn)錯誤。此時，需對定時觀測時次天氣現(xiàn)象記錄進行人工訂正，例如需刪除強降水期間誤記的大霧天氣現(xiàn)象。能見度記錄仍以自動觀測為準，允許自動能見度記錄與天氣現(xiàn)象不匹配。

4 結(jié)語

新時期，地面觀測業(yè)務(wù)的主要任務(wù)已經(jīng)改變。人工觀測、整理自記記錄等傳統(tǒng)工作逐漸取消，而觀測數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、觀測設(shè)備維護等工作已經(jīng)成為觀測員的主要任務(wù)。ISOS軟件“正點觀測編報”是地面觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的第一關(guān)，同時也是處理地面觀測異常數(shù)據(jù)的有力工具，在地面觀測業(yè)務(wù)中發(fā)揮著重要作用。隨著地面觀測業(yè)務(wù)改革的逐步完成及各類新觀測設(shè)備的逐步啟用，觀測員需熟練掌握ISOS軟件各類功能，同時加強觀測業(yè)務(wù)技術(shù)規(guī)定與數(shù)據(jù)質(zhì)量控制技術(shù)的學(xué)習(xí)和演練，不斷熟悉和總結(jié)各類異常數(shù)據(jù)處理方法，進而不斷提升觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量與觀測業(yè)務(wù)水平。

參考文獻

[1]邢芝芳.淺析新型自動站異常數(shù)據(jù)記錄處理方法[A]//第33屆中國氣象學(xué)會年會S20氣象信息化——業(yè)務(wù)實踐與技術(shù)應(yīng)用[C].2016.

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[3]王淑，王行松，張振順.ISOS軟件使用中常見問題與處理方法[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2016（6）：73-74.

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