廣西地面氣象觀測站無人值守業(yè)務(wù)改革成效分析

謝非 華琦孜 梁洪嶂 陳欣

摘 要 廣西91個(gè)國家級(jí)地面氣象觀測站均已建有雙套自動(dòng)站，采用自動(dòng)化新技術(shù)從根本上提高了大氣探測現(xiàn)代化水平，提高了地面觀測資料的可靠性，為天氣預(yù)報(bào)、氣象信息、氣候分析、科學(xué)研究和氣象服務(wù)提供了重要的數(shù)據(jù)資料。基于此，簡要介紹了廣西地面氣象觀測站無人值守業(yè)務(wù)改革的部分流程、配套的軟硬件設(shè)施及獲得的成效，并以百色探測站的溫度要素為例進(jìn)行分析，得出相關(guān)結(jié)論進(jìn)而說明其成效。

關(guān)鍵詞 地面氣象觀測站;無人值守;業(yè)務(wù)改革;廣西

中圖分類號(hào)：P412.1 文獻(xiàn)標(biāo)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(zhǔn)確性、比較性，但是在實(shí)際業(yè)務(wù)工作中發(fā)現(xiàn)，由于觀測儀器型號(hào)不同導(dǎo)致準(zhǔn)確度和分辨力不同，即便儀器設(shè)備在相同的運(yùn)行環(huán)境下，主與備之間的記錄存在一定的差異，有必要對(duì)其差異進(jìn)行系統(tǒng)性的檢測和分析;在設(shè)備運(yùn)行環(huán)境異常，或是儀器因?yàn)槿粘＞S護(hù)不到位，其差異表現(xiàn)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(hào)的儀器設(shè)備情況下，其狀態(tài)和性能也會(huì)有所差別。根據(jù)桂氣測函〔2017〕52號(hào)文，應(yīng)《廣西地面氣象觀測業(yè)務(wù)無人值守改革工作方案》要求，廣西自治區(qū)氣象技術(shù)裝備中心完成了《廣西臺(tái)站級(jí)觀測設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)》研發(fā)，使得廣西在全國率先開展地面觀測無人值守改革。該系統(tǒng)對(duì)觀測設(shè)備運(yùn)行、觀測數(shù)據(jù)傳輸和供電系統(tǒng)的監(jiān)控時(shí)限達(dá)到“分鐘級(jí)”，現(xiàn)已對(duì)全區(qū)所有的國家級(jí)地面氣象觀測站進(jìn)行相關(guān)布設(shè)。無人值守運(yùn)行模式與縣級(jí)綜合業(yè)務(wù)改革相輔相成，在一定程度上解決了基層臺(tái)站人少事多的局面，解放了勞動(dòng)力，使身兼數(shù)職的基層臺(tái)站的人員能騰出更多的精力從事氣象事業(yè)的其他工作[1-2]。

1 地面氣象觀測站一體化及無人值守運(yùn)行模式數(shù)據(jù)處理流程

地面氣象資料一體化業(yè)務(wù)于2015年7月10日正式運(yùn)行，并建立了氣象資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)（MDOS），實(shí)現(xiàn)了觀測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)滾動(dòng)質(zhì)量控制、疑誤數(shù)據(jù)快速處理、臺(tái)站元數(shù)據(jù)管理、產(chǎn)品實(shí)時(shí)滾動(dòng)生成等功能;于2016年11月1日實(shí)現(xiàn)了與CIMISS數(shù)據(jù)庫的無縫集成，使得“臺(tái)站-省-國家”的數(shù)據(jù)同步、實(shí)時(shí)滾動(dòng)更新。

廣西91個(gè)國家級(jí)地面氣象觀測站均已建有雙套自動(dòng)站并雙機(jī)同時(shí)運(yùn)行，依靠“廣西臺(tái)站級(jí)觀測設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)”“地面氣象觀測無人值守監(jiān)控告警平臺(tái)”以及較為完善的實(shí)景監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、觀測數(shù)據(jù)的傳輸狀態(tài)以及設(shè)備供電系統(tǒng)進(jìn)行分鐘級(jí)監(jiān)控。

2 地面觀測數(shù)據(jù)對(duì)比

2.1 現(xiàn)用站與備份站的設(shè)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(dòng)站，自動(dòng)氣象站的儀器得以更新，并把CAWS600型自動(dòng)站作為備份站使用，實(shí)現(xiàn)了“一主一備”的運(yùn)行模式[3-4]。

2.2 分析資料

分析的時(shí)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(jīng)人工篩選剔除）。基于此，僅選取溫度要素為例子進(jìn)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(cè)面反映了儀器的穩(wěn)定性和臺(tái)站的維護(hù)能力。

（1）

2.3.2 對(duì)比差值與對(duì)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(shí)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(duì)比差值為xi，即xi=Bi-Ai，而對(duì)比差值的平均值如下。

（2）

2.3.3 標(biāo)準(zhǔn)差值

標(biāo)準(zhǔn)差值σ反映了現(xiàn)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(shù)據(jù)異常值出現(xiàn)的多少，可以很好地反映主用站和備用站觀測數(shù)據(jù)異常的多寡程度，應(yīng)小于2%。粗差是指主用站與備用站的對(duì)比差值與對(duì)比差值的平均值之差的絕對(duì)值大于3倍標(biāo)準(zhǔn)差值的數(shù)據(jù)。

計(jì)算粗差次數(shù)的方法：首先根據(jù)全部數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差值σ，逐個(gè)檢查對(duì)比差值，若有|xi-x|>3σ時(shí)，剔除其中一個(gè)最大的粗差，重新計(jì)算新的標(biāo)準(zhǔn)差，若還有差值|xi-x|>3σ，再剔除其中的一個(gè)最大者，重復(fù)上述過程，一直到?jīng)]有數(shù)據(jù)需要剔除為止。被剔除的個(gè)數(shù)，即為粗差次數(shù)。

（4）

2.4 氣溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)比

取氣溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)了缺測率、對(duì)比差值、標(biāo)準(zhǔn)差和粗差率，希望能從多個(gè)角度、多個(gè)技術(shù)指標(biāo)對(duì)新型站和備份站的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和分析。通過對(duì)氣溫?cái)?shù)據(jù)的計(jì)算分析，得出表1、表2的結(jié)果。

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

從對(duì)比差值來看，新型站與備份站在氣溫這一要素上確實(shí)存在一定的差異，2014-2016年對(duì)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(duì)比差值最小，為-0.02 ℃，在參考值允許范圍內(nèi)，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(hào)不同，新型站型號(hào)HYA-T，備份站型號(hào)HMP45D，設(shè)備在性能、測量精度存在較大的差異，導(dǎo)致對(duì)比差值大于參考值允許范圍的情況較多。

標(biāo)準(zhǔn)差反映了新型站和備份站數(shù)據(jù)的離散情況。從結(jié)果來看，2015年標(biāo)準(zhǔn)差最大（0.30），2017年最小（0.07），除2015年的標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)差越小，表明數(shù)據(jù)更穩(wěn)定。

粗差率反映了異常值出現(xiàn)的程度。從結(jié)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(nèi)。這能與本站儀器兩年一大檢大修很好地對(duì)應(yīng)上，也體現(xiàn)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(duì)比差值、標(biāo)準(zhǔn)差還是粗差率，2017年的氣溫質(zhì)量評(píng)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(guān)系，無人值守改革在觀測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、觀測數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)和供電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)做到了分鐘級(jí)的監(jiān)控，將設(shè)備故障、未到報(bào)信息和供電狀態(tài)及時(shí)通過短信或電話的形式發(fā)送到臺(tái)站值班員手機(jī)上，確保臺(tái)站值班員能在第一時(shí)間處理故障，為氣象資料的完整性和準(zhǔn)確性提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

3 結(jié)語

通過數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，無人值守業(yè)務(wù)改革的實(shí)施具有一定的成效，在減少業(yè)務(wù)工作量、解放勞動(dòng)力的同時(shí)，還保證了觀測數(shù)據(jù)的“三性”及質(zhì)量。在保證觀測業(yè)務(wù)質(zhì)量的前提下，推進(jìn)了觀測自動(dòng)化，以增強(qiáng)基層的綜合業(yè)務(wù)能力、提高業(yè)務(wù)運(yùn)行保障能力、提升觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量為目標(biāo)，使地面觀測業(yè)務(wù)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，在加快氣象現(xiàn)代化建設(shè)過程中具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 覃愛金，陳韋菊，胡祖權(quán).廣西地面氣象觀測站無人值守運(yùn)行模式探討[J].氣象研究與應(yīng)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(duì)比分析[J].農(nóng)技服務(wù)，2017，34（14）：72.

[3] 孟憲群.文安縣氣象局新站與舊站氣象資料對(duì)比分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)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(dòng)氣象儀器及其觀測數(shù)據(jù)對(duì)比分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（32）：177-178.