氣象資料業務系統操作平臺省級數據質量控制分析

林 松 張華琳

(福建省氣象信息中心，福建 福州 350001)

1 概述

氣象資料業務系統(MDOS)操作平臺是2014年5月在全國開展試運行的氣象資料處理系統，福建省為全國試運行五個省份之一。經過積累經驗和程序更新升級，該系統逐步成熟和完善，2015年在全國正式推廣使用，進入業務化運行。它是開展實時資料和歷史資料加工處理及應用的一體化業務平臺系統，是一個集多種功能，以省級數據監控處理與查詢為核心，涵蓋臺站級處理與反饋，銜接國家級處理與查詢的綜合性氣象資料業務平臺。MDOS操作平臺的功能菜單包括：數據接收與上傳監控、質控信息處理、數據質量分析與處理、實況產品顯示與評估、文件制作與數據顯示、元數據基本信息、元數據審核與反饋、質量與處理情況、基本信息顯示與管理、系統管理。界面右上角的快捷通道包含日清、月清、年清、數據空間分析、綜合一致性分析、探空曲線顯示、任意數據修改、數據查詢與質疑、支撐表與服務表數據對比等子菜單。臺站主要工作任務是反饋MDOS操作平臺中省級查詢的各類疑誤信息以及主動反饋的疑誤信息。省級MDOS操作平臺的主要任務是實時監控和接收各類氣象數據，并對各類氣象疑誤信息進行質控處理與反饋。本文結合實際值班工作經驗提出MDOS操作平臺一些常見疑誤信息的質控信息處理方法和數據質控分析，幫助基層臺站業務人員更好地適應全自動一體化業務工作，滿足現代氣象業務對氣象資料在完整性、時效性、一致性和高質量數據方面的要求。下面著重介紹七大類氣象數據的省級質控信息處理與分析。

2 質控信息處理與分析

2.1 省級處理與查詢反饋

省級處理與查詢反饋提供質控后疑誤數據的處理、查詢功能。通過確認無誤、數據錯誤、數據修改、使用原數據、轉交臺站等操作，實現省級數據處理中心的業務功能。

省級處理與查詢反饋分為 “省級查詢與處理”“已反饋待確認”“已查詢待反饋”“已處理”“多要素缺測”“批量數據反饋待確認”6個頁面。

省級數據處理人員對疑誤數據處理方式主要有：確認無誤(單條處理或批量處理)、交臺站處理(單條處理或批量處理)、數據錯誤(單條處理或批量處理)、數據修改、設置黑名單、撤回(單條處理或批量處理)、數據錯誤(按缺測處理)和處理臺站反饋，對觀測數據處理方式包括多要素缺測、批量數據反饋待確認。

省級數據處理流程：對系統提示的各類疑誤信息進行確認處理、將疑誤信息轉交臺站并處理臺站反饋、處理國家級的疑誤查詢信息并反饋、保障三級數據的一致性。處理流程包括以下9類[1]：

流程1：確認無誤→處理完成。

流程2：交臺站處理→查詢臺站→處理提交。

流程3：交臺站處理→省級撤回→重新處理(可以回到流程1、3)

流程4：數據錯誤→處理完成。

流程5：數據修改→查詢臺站→處理提交。

流程6：處理臺站反饋→同意臺站處理→確認無誤(臺站判斷原數據無誤)→處理完成。

流程7：處理臺站反饋→同意臺站處理→數據修改(臺站修改數據)→處理完成。

流程8：處理臺站反饋→返回臺站重新處理→重新查詢(回到流程2)。

流程9：處理臺站反饋→不同意臺站(修改)處理→使用原數據→處理完成。

流程10：處理臺站反饋→不同意臺站處理→數據修改→處理完成。

流程11：處理第三方查詢，經流程1、2、3、4、5、6、7、8、9→生成反饋文件→上傳國家級。

圖1為省級處理與查詢反饋流程圖。

圖1 省級質量控制信息處理、查詢與反饋流程示意圖

2.1.1 國家站

福建全省有70個國家級地面氣象自動站，簡稱國家站，均有主站和備份站兩套自動站設備。數據類型有：分鐘數據、小時數據、日數據、日照數據。數據要素類別分別是：氣溫、露點溫度、水汽壓、相對濕度、風、氣壓、本站氣壓、海平面氣壓、降水量、蒸發量、淺層地溫、深層地溫、草面(雪面)溫度和地面狀態、能見度、云高、云狀、云量、天氣現象、雪深雪壓、凍土深度、重要天氣現象[1]。

全部要素須通過MDOS操作平臺的質控程序進行界限值檢查、范圍值檢查、內部一致性檢查、時變檢查、時間持續性檢查，產生相應的疑誤信息，供省級處理員進行判斷處理。

日常值班過程中常出現的疑誤信息：

①未通過界限值、范圍值檢查；

③未通過內部一致性檢查；

④天氣現象與各相關要素值相矛盾的疑誤；

⑤各種原因引起的數據缺測疑誤信息；

⑥小時值之和與日合計值不相符；

⑦分鐘值之和與小時值不一致。

日常值班過程中，70個國家站的疑誤信息相對少些。另外，要看天氣情況，晴好天氣，出現的疑誤信息就會少些，遇到雨天等復雜天氣過程，疑誤信息就會多些。

省級疑誤信息一般包括小時或分鐘的顯性錯誤數據、缺測數據、可疑數據、日數據疑誤、日照數據疑誤。值班過程中發現小時或分鐘的顯性錯誤數據，各相應要素明顯偏大或偏小，如雨量達200mm以上、氣溫超過50℃、風速超過30m/s等異常值，應及時處理并查找原因解決；發現缺測數據時臺站能用備份站數據替代的，盡量用備份站數據替代，不能替代的按規定處理。目前值班過程出現最多的是日數據天氣現象疑誤信息，如“08h過去12h有降水，但夜間無降水現象，未通過內部一致性檢查”；“20h過去12h有降水，但白天無降水現象，未通過內部一致性檢查”。這種情況一般是因為天氣現象儀漏記、誤判或雨量野值0.1mm等。“08h過去12h無降水，但夜間有降水現象，未通過內部一致性檢查”；“20h過去12h無降水，但白天有降水現象，未通過內部一致性檢查”，這種情況一般改08h或20h過去12h降水量為微量?！盁o降水現象，但分鐘降水量不為零(11∶47)等多種方法檢查，降水時段與小時降水量不匹配(12(0.1))”,這種情況一般指降水滯后量或野值。降水滯后量是指降水現象停止后，仍有降水量，若能判斷為滯后(量一般≤0.3 mm，且滯后時間不超過2h)，將該量累加到降水停止的那分鐘和小時時段內，否則將該量刪除[2]?！盁o降水現象，但分鐘降水量不為零(內含多分鐘實際降水數據的)等多種方法檢查”，這種情況一般判斷為自動天氣現象儀漏判或誤判，應更改日數據天氣現象數據。有時大的降水現象，會誤判為冰雹，也應與臺站核實并更改天氣現象。自動站儀器故障或檢定等原因造成數據未通過內部一致性檢查，小時、分鐘等數據有缺測，要及時用備份站數據替代處理。孤站異常大降水，要及時查看天氣雷達回波降水情況，是否是真實下雨還是故障引起的，或是人為原因(如：檢定、澆水、儀器維護等)造成的。值班過程發現臺站小時數據缺測時，應通知臺站及時補發更正報補缺測數據。

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日照數據出現日照時數缺測現象，應叫臺站及時補缺測數據并補發更正報，有多次發現臺站數據正常，軟件或通訊原因造成無法入庫，日照時數據缺測。日日照時數出現可疑，各時日照之和與日合計值不相等，要尋找是哪個時次造成的。值班過程經常發現小時數據里的1min平均水平能見度、10min平均水平能見度、最小水平能見度及最小水平能見度出現時間缺測，遇這種情況要及時通知臺站補缺測數據并補發更正報。小時蒸發數據異常偏大或缺測，一般是下大雨汲水或儀器檢定等原因造成，小時蒸發沒有及時按0.0mm處理。小時的分鐘降水量合計值與小時降水量不相等，要積極查找是哪些分鐘數據引起的，及時訂正修改。天氣現象出現前一段結束時間與后一段開始時間相差小于15min以內，天氣現象日數據應進行人工干預調整修改[3]。

2.1.2 區域站

福建全省有區域站自動站考核站點1948個、國家級地面天氣站(骨干站)考核站點224個、公路交通氣象站考核站點42個，以及7個海洋浮標站。

在日常值班過程中，質控出現的疑誤信息多，特別是早晨接班后有大量數據要處理，其中最多的是各小時數據的海平面氣壓數據可疑或錯誤，未通過內部一致性檢查。一般根據氣壓曲線變化趨勢判斷是否有誤，大部分可疑的按確認無誤處理，個別有跳變的按缺測處理，個別數值偏大或偏小的，應核實參數是否設置正確。

小時內最大風速與小時內極大風速不一致，如：1.0m/s和0.9m/s、1.5m/s和1.2m/s，一般極大風速要大于或等于最大風速，是儀器和程序的問題，要改成一致。能見度出現超閾值，按缺測處理。小時內氣溫、最高氣溫、最低氣溫變化大或突跳，未通過時變檢查，小時內最高、最低氣溫出現時間錯誤，未通過界限值檢查，超出時間范圍，應及時查找原因并與信保溝通，查看儀器是否出現故障。有的是故障引起的氣溫、氣壓、風、降水量、相對濕度異常偏大或偏小，要及時屏蔽處理并通知信保直至修復。

2.1.3 高空站

福建擁有3個國家級高空站，均為L波段雷達探測系統，福州站的觀測時次為02h、08h、20h，廈門和邵武站的觀測時次為08h、20h。觀測資料上傳MDOS操作平臺分三次傳輸，分別是標準化數據50類文件、標準化數據10類文件、標準化數據00類文件以及S文件，在規定時間段內上傳[4]。

高空站目前MDOS操作平臺質控的各種疑誤信息，一般經過值班人員的判斷，正確的按確認通過，有明顯錯誤的交返臺站進行確認和處理后再上傳省級質控確認，目前省級無修改數據權限，只能通過臺站修改更正。如02h的風探測的頂項和地面層數據疑誤直接按確認通過，是軟件問題產生的；08h和20h的規定等壓面層、壓溫濕特性層、風特性層、最大風層、規定高度層的各類疑誤數據要綜合判斷是確認通過還是交返臺站處理。在高空資料處理方面，MDOS操作平臺軟件做得還不完善，有待進一步更新升級。

2.1.4 輻射站

福建省有3個國家級輻射站，分別是福州、永安、建甌站，其中福州和永安是二級站，觀測數據有總輻射和凈輻射，建甌站為三級站，僅觀測總輻射；三個輻射站均已改為自動觀測。

輻射站在MDOS操作平臺質控的各種疑誤信息均為小時輻射數據的凈輻射數據，總輻射疑誤數據比較少出現。凈輻射疑誤值主要有凈輻射輻照度最大值、凈輻射輻照度最小值，凈輻射曝輻量、凈輻射輻照度、凈輻射輻照度最大出現時間、凈輻射輻照度最小出現時間。質控時一般查看相關要素的時間變化曲線圖，在正常趨勢中沒有突變的確認無誤通過，有突變或突跳的數值應認真查對，并與臺站核實確認或更正。總輻射數值一般在30～400MJ·m-2之間，凈輻射數值一般在-25～400MJ·m-2之間，時(日)總輻射曝輻量大于等于時(日)凈全輻射曝輻量，日總輻射輻照度大于等于日凈全輻射最大輻照度。

2.1.5 酸雨站

酸雨站全省有四個，分別是福州、廈門、邵武、永安站，目前已經全部更換為自動觀測系統。酸雨資料為酸雨日數據,每日上傳一次，上傳時間為北京時間8時50分后。

酸雨資料在MDOS操作平臺質控的疑誤信息有酸雨觀測降水量疑誤，降水開始時間和降水結束時間疑誤，特別是降水量在1.0mm以下，降水開始時間系統產生的數據是錯誤的，需要人工干預修改，降水結束時間有誤也要提交臺站人工修改。如果有復測指示碼疑誤提示，應查看是否有復測數據，并與臺站核實相關數據。降水期間天氣現象疑誤時，應查看相應的地面天氣現象記錄，判斷是否正確。自動觀測系統初測K值、pH值各次讀數和平均值有時會出現不一致，要修改成一致。

2.1.6 土壤水分站

土壤水分站全省有32個國家級考核站，所出現的疑誤信息一般為土壤水分小時數據，0～10cm/體積含水量的疑誤值，通過查看各層相關要素的時間變化曲線圖趨勢進行判斷數據是否正確，一般雨天會提出一些疑誤信息。以2022年5月22日58821站為例，MDOS質控結果提示“19～21h 0～10cm體積含水量未通過降水關系檢查(1.2,F8434)”，即與關聯站點的降水空間一致性檢查不通過，應通過查詢臺站相關氣象要素進行綜合判斷(圖2)。雖然19～21h期間降水量遞減，但由于夜間氣溫、地溫下降，相對濕度逐步提升，地表蒸散發受到抑制，且地表降水不斷累積，淺層土壤的體積含水量不斷提高，這種狀態與天氣狀況相符，可以判斷為“無誤”。儀器故障或其他原因造成數據缺測或跳變，應及時通知相應臺站進行維護維修，更換采集器，排除故障；明顯跳變疑誤數據應按缺測處理。

圖2 58821站2022年5月22日土壤水分站點檢查不通過的氣象要素

2.1.7 大氣成分站

大氣成分觀測全省有3個國家級考核站，分別是福州、廈門、泉州。主要觀測氣溶膠質量濃度、PM10質量濃度和PM2.5質量濃度。日常值班過程MDOS操作平臺質控的疑誤信息比較少，出現一般儀器故障時PM10質量濃度和PM2.5質量濃度會變大或變小。這時，要與日常數據進行比較判斷是否數據正確，通過查看PM10質量濃度相關要素的時間變化曲線圖或PM2.5質量濃度相關要素的時間變化曲線圖進行判斷，就比較明了。

3 結束語

MDOS操作平臺在全國業務使用已經多年。在日常值班過程中，積累了一定的資料和處理經驗，進行了歸納總結，冀望藉此可以幫助基層臺站業務人員更好地適應全自動一體化業務工作。梳理了MDOS操作平臺疑誤信息的多種處理流程，通過國家站、區域站、高空站、輻射站、酸雨站、土壤水分站和大氣成分站在業務中頻繁出現的質疑提示舉例，提出處理建議，旨在為氣象資料檢測和質量控制提供參考資料。MDOS操作平臺疑誤信息產生的原因是多方面的，如儀器自身測量精度問題、儀器故障、雷擊故障、軟件不完善、通訊故障、人為維護和處理不當等，通過對各模塊疑誤信息的處理分析，及時處理疑誤數據資料，保證實時氣象資料的完整性、時效性、一致性，可以為滿足現代氣象業務高質量數據的需求提供服務。