貴州省地面觀測數據質量統計系統的實現

支亞京，卜英竹，陳貞宏，楊恩波

(1.貴州省氣象信息中心，貴州 貴陽 550002；2.貴州省生態氣象和衛星遙感中心，貴州 貴陽 550002； 3.貴州省安順市氣象局，貴州 安順 561000；4.貴州省松桃苗族自治縣氣象局，貴州 松桃 554100)

0 引言

2014年4月30日，中國氣象局預報與網絡司下發的《預報司關于印發全國地面自動氣象站實時觀測資料質量評估辦法通知》中提到，為了加強臺站數據處理能力和提高數據質量，要對自動氣象站觀測數據進行質量考核。數據質量統計有助于綜合考核臺站數據質量，提高全國自動氣象站資料質量，促進自動氣象站資料在國家、省級氣象業務和服務中的應用。貴州省觀測網絡處為了加強本省臺站數據處理能力和提高數據質量，對本省自動氣象站數據按照中國氣象局觀測司地面觀測數據質量評估辦法進行考核，其質量評估對象包括國家級自動氣象站(不包含無人值守氣象站)和考核區域站。

氣象資料業務系統(Meteorological Data Operational System, MDOS)[1-2]實現了國家、省、臺站三級觀測數據收發、數據質量控制(以下簡稱，數據質控)、數據處理及應用等流程，實現了歷史資料和實時資料業務一體化，全面提高各類氣象資料的應用。MDOS系統完成的質量統計包括國家站(包含無人值守氣象站)和所有區域自動氣象站(無考核區域站和非考核區域站之分)質量統計。其統計結果與國家氣象局和貴州省質量考核對象不一致，每次進行觀測數據質量統計，業務人員需要人工將非考核臺站從質量統計結果中剔除，再重新計算考核站觀測數據質量，增加了業務人員的工作量，有時統計結果不準確。

1 理論概述

1.1 數據質量控制碼(QC碼)[3]規定

數據質量控制碼規定如表1所示：

表1 數據質量控制碼規定Tab.1 Data quality control code specification

1.2 地面觀測資料數據質量評估指標[3]

評估氣象觀測數據質量的4個指標分別是：數據可用率、數據錯誤率、數據可疑率和數據缺測率，通過統計MDOS數據庫中數據質控碼來反映氣象觀測數據質量狀況。統計方法如下：

假設有n(1,2,…,i，…)個臺站進行觀測數據質量統計,其中，第i個臺站在觀測運行期間數據個數為應有數據個數i，對通過質量檢查的數據個數i、錯誤數據個數i、可疑數據個數i以及缺測數據個數i進行統計，則該站觀測數據質量統計結果為：

(1)

(2)

(3)

(4)

數據可用率i、數據錯誤率i、數據可疑率i和數據缺測率i滿足如下關系式：

數據可用率i+數據錯誤率i+數據可疑率i+數據缺測率i=100%

(5)

n個觀測數據質量統計結果為：

(6)

(7)

(8)

(9)

2 系統設計介紹

2.1 系統設計原理

系統的設計流程是：首先，按地市讀入自定義的臺站配置表，根據臺站號按照各類臺站考核要素，通過讀取本地MDOS oracle數據庫臺站信息表中的觀測要素標識碼來判斷該臺站是否觀測此要素，計算該臺站考核要素中總觀測要素個數。其次，遍歷對應臺站逐時次的小時數據表，獲取查詢時間段的考核要素質控碼。最后，通過遍歷質控碼，根據可用率計算公式得到各臺站和各地市的可用率，輸出到Excel表格中。系統的程序結構邏輯圖如圖1 所示：

圖1 程序結構邏輯圖Fig.1 Logic diagram of program structure

系統設計的核心基于Windows系統的客戶端-服務器端(以下簡稱C/S)架構體系和MDOS2.1的ORACLE 11g數據庫。利用Micorosoft Visual Studio 2010[5]在此數據庫的基礎上進行二次開發。邏輯結構為典型的三層C/S結構：表示層、功能層、數據層。系統界面即為表示層，負責用戶與應用間的交互，業務人員可以直接進行操作；功能層是觀測數據質量統計功能編入程序中；數據層即數據管理系統，負責對ORACLE 11g 數據庫的查詢[5]。各模塊在邏輯上獨立，邏輯結構圖如圖2所示：

圖2 系統邏輯結構圖Fig.2 System logic structure diagram

2.2 系統功能介紹

本系統能夠根據用戶需求，統計任意時間段內任意可用率閾值地面觀測數據的可用率，系統包括國家級自動氣象站的可用率統計、考核區域站的可用率統計以及所有區域站的可用率統計。在界面上選擇好時間、文件存放路徑、可用率閾值之后，需要統計哪類觀測資料數據質量就點擊相應的按鈕，期間可以顯示出當前資料數據質量統計的運行進度，其統計結果便于業務人員統計了解全省各個地市數據質量情況。系統的主界面圖如圖3 所示：

圖3 系統界面圖Fig.3 System interface diagram

2.3 系統輸出結果

系統可按地市、臺站分別統計國家地面氣象站、區域氣象站觀測數據可用率，對觀測數據可用率低于99%的臺站統一列出，根據業務需要統計有關站數。以考核區域站統計結果為例，圖4 為考核區域站可用率統計_按臺站升序排列統計結果圖、圖5為考核區域站可用率統計_按地市升序排列統計結果圖、圖6為全省各地市可用率低于99%的臺站個數的統計結果圖。

圖4 考核區域站可用率統計_按臺站升序排列統計結果圖Fig.4 The statistical results diagram of data availability order by station ascending

圖5 考核區域站可用率統計_按地市降序排列統計結果Fig.5 the statistical results diagram of data availability order by city descending

圖6 全省各地市可用率低于99%的臺站個數的統計結果Fig.6 Statistical results of the number of stations with a rate of less than 99% in all cities

3 結語

貴州省地面觀測數據質量統計結果有助于臺站工作人員了解本站的數據質量狀況，及時發現儀器運行故障、數據傳輸失敗、省級數據未入庫等問題，有助于省級管理部門掌握全省自動氣象站的運行情況，提高貴州省自動氣象站資料質量，為氣象業務、服務中應用提供及時準確的觀測數據。作為MDOS的輔助系統，存在以下待優化方面：一是選取時間不夠靈活，目前統計時間間隔為1 d，后續需要調整時間間隔為1 h，使數據質量統計時段更加靈活；二是基于客戶端-服務器端(C/S)[6]架構，不便于擴展系統性能，希望改進成瀏覽器端-服務器端(B/S)架構。