廣西地面氣象觀測站無人值守業務改革成效分析

謝非 華琦孜 梁洪嶂 陳欣

摘 要 廣西91個國家級地面氣象觀測站均已建有雙套自動站，采用自動化新技術從根本上提高了大氣探測現代化水平，提高了地面觀測資料的可靠性，為天氣預報、氣象信息、氣候分析、科學研究和氣象服務提供了重要的數據資料。基于此，簡要介紹了廣西地面氣象觀測站無人值守業務改革的部分流程、配套的軟硬件設施及獲得的成效，并以百色探測站的溫度要素為例進行分析，得出相關結論進而說明其成效。

關鍵詞 地面氣象觀測站;無人值守;業務改革;廣西

中圖分類號：P412.1 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.33.085

地面氣象觀測資料必須具有代表性、準確性、比較性，但是在實際業務工作中發現，由于觀測儀器型號不同導致準確度和分辨力不同，即便儀器設備在相同的運行環境下，主與備之間的記錄存在一定的差異，有必要對其差異進行系統性的檢測和分析;在設備運行環境異常，或是儀器因為日常維護不到位，其差異表現得更加明顯;甚至使用雙DZZ5作為一主一備的新建氣象站，在使用同型號的儀器設備情況下，其狀態和性能也會有所差別。根據桂氣測函〔2017〕52號文，應《廣西地面氣象觀測業務無人值守改革工作方案》要求，廣西自治區氣象技術裝備中心完成了《廣西臺站級觀測設備監控系統》研發，使得廣西在全國率先開展地面觀測無人值守改革。該系統對觀測設備運行、觀測數據傳輸和供電系統的監控時限達到“分鐘級”，現已對全區所有的國家級地面氣象觀測站進行相關布設。無人值守運行模式與縣級綜合業務改革相輔相成，在一定程度上解決了基層臺站人少事多的局面，解放了勞動力，使身兼數職的基層臺站的人員能騰出更多的精力從事氣象事業的其他工作[1-2]。

1 地面氣象觀測站一體化及無人值守運行模式數據處理流程

地面氣象資料一體化業務于2015年7月10日正式運行，并建立了氣象資料業務系統（MDOS），實現了觀測數據實時滾動質量控制、疑誤數據快速處理、臺站元數據管理、產品實時滾動生成等功能;于2016年11月1日實現了與CIMISS數據庫的無縫集成，使得“臺站-省-國家”的數據同步、實時滾動更新。

廣西91個國家級地面氣象觀測站均已建有雙套自動站并雙機同時運行，依靠“廣西臺站級觀測設備監控系統”“地面氣象觀測無人值守監控告警平臺”以及較為完善的實景監控系統，對設備的運行狀態、觀測數據的傳輸狀態以及設備供電系統進行分鐘級監控。

2 地面觀測數據對比

2.1 現用站與備份站的設備情況

2014年1月1日，廣西百色國家基本氣象站正式啟用了DZZ5新型自動站，自動氣象站的儀器得以更新，并把CAWS600型自動站作為備份站使用，實現了“一主一備”的運行模式[3-4]。

2.2 分析資料

分析的時間段自2014年1月1日至2017年12月31日，資料的分辨率為逐分鐘（異常值經人工篩選剔除）。基于此，僅選取溫度要素為例子進行分析。

2.3 分析方法

2.3.1 缺測率

缺測率反映了資料的完整性，從側面反映了儀器的穩定性和臺站的維護能力。

（1）

2.3.2 對比差值與對比差值的平均值

某氣象要素第i分鐘觀測得到的值，新型站該要素的時間序列為Ai，備份站為Bi，則該氣象要素的第i分鐘的主、備站之間的對比差值為xi，即xi=Bi-Ai，而對比差值的平均值如下。

（2）

2.3.3 標準差值

標準差值σ反映了現用站觀測要素值與備份站觀測要素值之間偏差的離散程度。

（3）

2.3.4 粗差率

粗差率反映了數據異常值出現的多少，可以很好地反映主用站和備用站觀測數據異常的多寡程度，應小于2%。粗差是指主用站與備用站的對比差值與對比差值的平均值之差的絕對值大于3倍標準差值的數據。

計算粗差次數的方法：首先根據全部數據計算標準差值σ，逐個檢查對比差值，若有|xi-x|>3σ時，剔除其中一個最大的粗差，重新計算新的標準差，若還有差值|xi-x|>3σ，再剔除其中的一個最大者，重復上述過程，一直到沒有數據需要剔除為止。被剔除的個數，即為粗差次數。

（4）

2.4 氣溫數據對比

取氣溫數據進行分析，統計了缺測率、對比差值、標準差和粗差率，希望能從多個角度、多個技術指標對新型站和備份站的數據進行對比和分析。通過對氣溫數據的計算分析，得出表1、表2的結果。

從缺測率來看，按照篩選原則，2014年有效樣本數為520 436個（缺測率為0.98%），2015年有效樣本數為519 432個（缺測率為1.17%），2016年有效樣本數為523 619個（缺測率為0.65%），2017年有效樣本數為523 586個（缺測率為0.38%）。缺測率均小于參考值2%，說明臺站的資料還是比較完整的，且缺測率基本呈逐年遞減狀態，2017年的缺測率更是達到了最低，為0.38%，這與設備的性能、臺站及時維護的能力密不可分。

從對比差值來看，新型站與備份站在氣溫這一要素上確實存在一定的差異，2014-2016年對比差值均大于0.2 ℃，超過了參考值（±0.2 ℃）允許范圍，差值為正偏差，說明備份站溫度高于新型站溫度，2017年對比差值最小，為-0.02 ℃，在參考值允許范圍內，新型站與備份站氣溫差值基本持平。由于新型站與備份站儀器型號不同，新型站型號HYA-T，備份站型號HMP45D，設備在性能、測量精度存在較大的差異，導致對比差值大于參考值允許范圍的情況較多。

標準差反映了新型站和備份站數據的離散情況。從結果來看，2015年標準差最大（0.30），2017年最小（0.07），除2015年的標準差超過了誤差允許范圍外，其余3年的均在參考值允許范圍內，標準差越小，表明數據更穩定。

粗差率反映了異常值出現的程度。從結果來看，2014年和2016年的粗差率超過了2%，2015年和2017年在參考值允許范圍內。這能與本站儀器兩年一大檢大修很好地對應上，也體現了儀器兩年一大檢大修的必要性和重要性，能更好地保證氣象資料的“三性”。

從總體來分析，無論是缺測率、對比差值、標準差還是粗差率，2017年的氣溫質量評估都是最好的。這與2017年7月1日廣西在全國率先開展地面觀測無人值守改革有著密不可分的關系，無人值守改革在觀測設備運行狀態、觀測數據傳輸狀態和供電系統運行狀態做到了分鐘級的監控，將設備故障、未到報信息和供電狀態及時通過短信或電話的形式發送到臺站值班員手機上，確保臺站值班員能在第一時間處理故障，為氣象資料的完整性和準確性提供了強大的技術支撐。

3 結語

通過數據分析結果顯示，無人值守業務改革的實施具有一定的成效，在減少業務工作量、解放勞動力的同時，還保證了觀測數據的“三性”及質量。在保證觀測業務質量的前提下，推進了觀測自動化，以增強基層的綜合業務能力、提高業務運行保障能力、提升觀測數據質量為目標，使地面觀測業務發生了質的飛躍，在加快氣象現代化建設過程中具有重要的意義。

參考文獻：

[1] 覃愛金，陳韋菊，胡祖權.廣西地面氣象觀測站無人值守運行模式探討[J].氣象研究與應用，2017（4）：58-61.

[2] 郭艷梅.三次厄爾尼諾年1—5月份氣象要素對比分析[J].農技服務，2017，34（14）：72.

[3] 孟憲群.文安縣氣象局新站與舊站氣象資料對比分析[J].現代農業科技，2017（5）：174-175.

[4] 吳玉川，胡德鳳.都江堰氣象站CAWS 600S與DZZ5自動氣象儀器及其觀測數據對比分析[J].安徽農業科學，2016，44（32）：177-178.