影響無人值守自動氣象站數據質量的主要因素

許平　吳興洋　蘭方信

摘 要：文章利用省級質控后的月報數據文件、實時氣象資料業務處理系統（MDOS）數據、貴州省氣象局觀測網絡處的臺站建設數據，統計分析、評估了2015年貴州省有人值守國家站、無人值守國家站、區域站的觀測數據質量；分析了各類自動氣象站數據質量差異的原因；指出各類自動氣象站數據的可用率、可用性差異的主要原因。

關鍵詞：自動氣象站 觀測數據 質量

中圖分類號：P44 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（c）-0126-02

隨著探測技術的進步，為了降低氣象災害對社會經濟和人民生命財產的危害，提高中尺度、短時效精細天氣預報的準確率，提升氣象災害監測預警能力，我國2419個國家氣象站已全部實現觀測自動化，同時還在全國建有約4萬個區域無人自動氣象站，貴州地區已建超3000個無人值守區域自動氣象站。近年來，大范圍高密度無人值守區域自動氣象站的建立在氣象防災減災中發揮著關鍵作用，有實時雨量數據作為依據，每次暴雨天氣的出現，政府能夠迅速決策，指導居民轉移，最大限度地減少了人民生命財產的損失，取得了明顯的減災成果和經濟社會效益。

由于無人值守自動氣象站空間分辨率比有人值守的自動站高很多，已成為精細化預報、雷達降水估測和災害性天氣監測預警的基礎數據。為了提高自動氣象站資料的可用性、準確性，發揮其在監測和預警氣象災害工作中的作用，王海軍等、竇以文等、陶士偉等、封秀燕等、李志鵬等應用成熟的氣象資料質量控制方法，對這些方法改進，相繼開發了其所在區域的國家級地面自動站實時數據處理系統。目前我國氣象業務工作中運行的實時氣象資料業務處理系統（MDOS）也是在吸收上述系統優點的基礎上研制的，采取國家一級控制，結合省級資料處理工作者的實時監視，以省級監控為主，縣級工作人員在省級指導下對可疑數據進行實時反饋處理。該系統已基本實現了及時發現無人自動氣象站故障、資料異常等現象。本文利用貴州省2015年自動氣象站運行質量評估結果資料，對數據可用率進行分析，發現了影響無人值守自動氣象站數據可用率低的主要原因。

1 資料來源

有人值守國家級自動氣象站臺站評估數據來源于省級質控后的月報數據文件，區域站及無人值守國家級自動氣象站評估數據來源于貴州省實時氣象資料業務處理系統（MDOS）數據評估質量統計結果，并對統計結果中的明顯錯誤進行了二次人工質量控制，臺站建設數據來源于貴州省氣象局觀測網絡處。

2 評估結果與分析

2.1 觀測數據質量

統計分析貴州省2015年、有人值守、無人值守自動氣象站的質量，無人值守國家級自動氣象站數據可用率（或可用性）為92.8%，缺測率達6.3%，數據可用率最低的站僅77.5%，區域站數據可用率雖然達到98.7%，最低僅33.7%。

2.2 各類自動氣象站觀測數據的比較

2.2.1 與國家級自動氣象站地理位置臨近且建站環境規范的區域自動氣象站數據之比較

為保證結果的客觀性，對比站的選取要求距離近、海拔高差不足10m，觀測數據有缺測的月份不比較。表1是傳感器安裝位置符合規范的區域自動氣象站與臨近的國家級自動氣象站的具體情況。

對兩站的氣溫與降水對比分析（差值=國家站—區域站，相對誤差以國家站觀測值為基準）。由氣溫的對比分析看出，月平均氣溫差值平均為0.2°C，月平均最高氣溫差值平均為0.2°C，月平均最低氣溫差值平均為0.3°C，月極端最高氣溫差值平均-0.1°C，9月份月極端最高氣溫出現日期不一致，極端最低氣溫差值平均0.5°C，發生日期一致，除極端最低氣溫外，其他氣溫要素平均誤差基本在儀器誤差范圍±0.2°C內。月降水量差值平均16.3mm，相對誤差平均值24.8%，月降水量單月最大差值48.8mm，相對誤差最大值85.6%；月最大日降水量差值平均2.7mm，相對誤差平均值13.9%，月最大日降水量最大差值13.6mm，相對誤差最大值76.0%，且該月最大日降水量出現日期不一致。

2.2.2 與國家級自動氣象站地理位置臨近但建站環境不規范的區域自動氣象站數據之比較

表2是隨機選取的傳感器安裝位置不符合規范的區域自動氣象站與臨近的國家級自動氣象站的地理位置和安裝環境情況。

對兩站的氣溫與降水對比分析。由氣溫的對比分析看出，月平均氣溫差值平均為0.2（-0.5）°C，月平均最高氣溫差值平均為-1.6（-2.3）°C，月平均最低氣溫差值平均為0.8（0.1）°C，月極端最高氣溫差值平均-3.4（-4.1）°C，月極端最高氣溫出現日期有6個月不一致，極端最低氣溫差值平均1.2（-0.5）°C，僅6月發生日期不一致，除最低氣溫外，其他氣溫要素平均誤差都超過儀器誤差范圍±0.2°C。月降水量差值平均0.7mm，相對誤差平均值18.2%，月降水量單月最大差值57.0mm，相對誤差最大值90.5%；月最大日降水量差值平均1.8mm，相對誤差平均值19.6%，月最大日降水量最大差值17.9mm，相對誤差最大值92.9%，有3個月最大日降水量出現日期不一致。

3 無人值守自動氣象站觀測數據可用性與可用率差的原因

自動氣象站觀測數據可用性與可用率發生差異的原因主要來源于傳感器安裝不規范，包括自身安裝不規范和安裝環境不規范；儀器故障沒有及時排除導致觀測數據異常。

下墊面狀況是影響氣溫要素觀測數據可用性的關鍵因子，不同的下墊面環境其輻射、反射效果不同，從而影響氣溫要素數據的可用性，如安裝在屋頂、水泥地面上空的氣溫傳感器，與安裝在觀測場上空的氣溫傳感器，其觀測數據在最高氣溫、極端最高氣溫方面就有較大差異。

參考文獻

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