氣象探測環境調查評估數據審核工具的編制

程偉，鄒福玉

（興安盟氣象局，內蒙古 烏蘭浩特 137400)

0 引言

氣象觀測資料必須具有代表性、準確性和連續性，不僅取決于觀測儀器、觀測方法和觀測人員技術水平，更依賴于觀測儀器所在的環境狀況。氣象探測環境調查評估對全面了解氣象觀測站探測環境現狀，進行觀測數據的質量控制，加強對氣象觀測站探測環境的保護與管理，都具有重要的意義。2022 年，中國氣象局組織全國地面氣象觀測站開展了探測環境調查評估，包含：氣象臺站基本情況、地形、障礙物控制區內障礙物情況、觀測場四周500米范圍內影響源、觀測場四周規定范圍內高度大于1米障礙物、觀測場四周2 米范圍內人為破壞下墊面情況、觀測場圍欄外2米以內人工護坡、觀測場日出方向和日沒方向內障礙物最大仰角和相關圖像資料等內容，形成了《地面氣象觀測站探測環境調查評估報告書》（以下簡稱“評估報告”) 。評估報告數據量大、各工作表間又相互關聯，為發現并糾正人工編制過程中出現的差錯和疏漏，各省（市、自治區）氣象局組織對評估報告進行了集中審核。氣象探測環境調查評估數據審核工具（以下簡稱“審核工具”) 的編制使用為評估報告集中審核提供了支持，減輕了人工檢查的工作量，為保證評估報告質量和提高審核工作效率發揮了積極作用。

1 審核范圍和工具設計

評估報告由Excel表格編制，除封面、封底外有13個工作表。通過分析氣象探測環境調查評估方法和評估報告結構，選取了數據量大、相互有關聯的觀測場周圍20千米范圍內土地使用情況、觀測場四周可視范圍內障礙物仰角數據、觀測場四周障礙物控制區內障礙物仰角和斜距數據、觀測場四周2 000 米范圍內障礙物個體情況等作為自動審核的內容，涵蓋了人工錄入數據的97%。評估報告自動計算生成的圖表和評分不進行檢查，氣象臺站基本情況、觀測場四周全景照片等各類圖片仍由人工進行檢查。

審核工具也使用Excel 表格進行編制，參考評估報告數據填報規定，結合探測環境調查評估工作中常見問題設計了12項檢查內容，基本涵蓋了評估報告編制工作中可能出現的各類問題。氣象探測環境數據直接調用評估報告的數據，能夠引用評估報告工作表中的計算公式和數據計算結果的直接引用，以便提高運行速度和減少誤差；評估報告中沒有的數據自行計算和進行比較判別，通過Excel 表格內置函數的嵌套使用和編輯表達式來實現相應目的。數據調用和計算設置為自動更新，以便于啟動審核工具后能夠自動讀取數據，同時也避免了審核過程中因個別數據的更正對相互關聯的其他計算、比較結果準確性的影響。審核結果參照評估報告相應數據表格式輸出，利用Excel表格自帶的“條件格式”功能設置對有疑誤的數據進行突出顯示，以便于起到提示作用和方便對照評估報告查找、修正原始數據。

2 探測環境數據審核

2.1 觀測場周圍20千米范圍內土地使用情況審核

評估報告將觀測場四周按16個方位劃分出了40個區域，每個區域可以錄入1～3種土地類型和所占面積比例，表示站址四周不同距離范圍內土地使用情況。審核內容主要包括：⑴每個區域錄入的土地類型是否有重復；⑵土地面積合計是否為100%；⑶是否存在有土地類型無土地面積或無土地類型有土地面積情況；⑷有無漏填報內容。

使用IF 函數和編輯邏輯表達式對每個區域的土地類型進行比較，如果同一區域土地類型重復出現、有土地類型無占地面積或無土地類型有占地面積，則顯示“類型欄有誤”，否則不顯示。計算每個區域的土地面積合計，如果不等于100%，顯示合計值，否則顯示數字1。本地人口密度、經濟發展水平欄空白提示漏填報。各項顯示內容性質、數據處理見表1。

表1 觀測場周圍土地使用情況審核結果及數據處理

2.2 觀測場四周障礙物仰角和斜距數據審核

評估報告“觀測場四周可視范圍內障礙物仰角記錄表”按每2°間隔記錄了觀測場四周可視范圍內地形、植物、建筑物的仰角測量值，用于繪制地形、植物、建（構）筑物仰角圖，了解觀測場四周實際狀況。同時，按照臺站障礙物控制區范圍，一般氣象站填報了“觀測場四周800 米范圍內障礙物仰角和斜距記錄表”、基本氣象站填報“觀測場四周1 000 米范圍內障礙物仰角和斜距記錄表”、基準氣候站填報“觀測場四周2 000米范圍內障礙物仰角和斜距記錄表”，用于計算障礙物控制區內不符合要求的障礙物的遮擋面積、遮擋方位和日出、日沒方向最大仰角。審核內容主要包括：⑴各記錄表之間相同方位的障礙物仰角是否存在矛盾；⑵填報的障礙物是否超出了臺站障礙物控制區范圍；⑶是否存在有障礙物仰角無斜距或無仰角有斜距現象。

編輯公式計算觀測場四周可視范圍內障礙物仰角與對應方位障礙物控制區內障礙物仰角的差值，差值大于0 在仰角欄顯示兩者的差值，差值小于0 突出顯示兩者的差值，差值等于0不顯示。障礙物距觀測場圍欄距離的計算，由于對障礙物進行測量時經緯儀架設在了25 米（東西向）×25 米（南北向）觀測場的中心，首先按照障礙物所在方位計算出經緯儀距離圍欄的距離，然后再用三角函數和障礙物仰角、斜距計算出障礙物距圍欄的距離。如果障礙物距圍欄的距離大于臺站障礙物控制區范圍，在斜距欄顯示斜距值，否則不顯示。某方位有障礙物仰角無斜距或無仰角有斜距顯示“#VALUE!”。各項顯示內容性質、數據處理見表2。

2.3 觀測場四周2 000米范圍內障礙物個體數據審核

評估報告“觀測場四周2 000 米范圍內障礙物登記表”填報了觀測場四周2 000米范圍內，距高比＜10的所有障礙物（建（構）筑物、植物和自然地形）個體情況，包括障礙物名稱、開始方位、終止方位、最高點方位及仰角、斜距等內容。審核內容主要包括：⑴障礙物個體的開始方位、終止方位和最高點方位之間是否存在矛盾；⑵障礙物錄入的先后順序是否正確；⑶是否錄入了距高比大于10或距離觀測場圍欄大于2 000米的障礙物；⑷人工錄入的障礙物個體最大仰角、所在方位和斜距與臺站障礙物控制區內的障礙物仰角和斜距數據是否矛盾；⑸障礙物個體是否有前后重疊。

此項審核嚴格講應該使用觀測場四周2 000米范圍內障礙物仰角和斜距數據進行對比，而評估報告中只有基準氣候站和個別一般氣象站、基本氣象站填報了“觀測場四周2 000 米范圍內障礙物仰角和斜距記錄表”，大部分一般氣象站和基本氣象站僅按要求按照各自障礙物控制區范圍填報了“觀測場四周800米范圍內障礙物仰角和斜距記錄表”或“觀測場四周1 000米范圍內障礙物仰角和斜距記錄表”，數據沒有完全覆蓋觀測場四周2 000 米范圍內的全部障礙物。為此，作者分析了31份一般氣象站和基本氣象站評估報告樣本，發現其所填報的距高比小于10 的障礙物98.9%集中在各臺站障礙物控制區范圍之內，僅個別障礙物超過了800米或1 000米距離，使用臺站障礙物控制區內的障礙物仰角和斜距數據對障礙物個體數據進行審核仍具有一定意義。因此，此項審核優先使用“觀測場四周2 000 米范圍內障礙物仰角和斜距記錄表”數據，未填報此表的一般氣象站和基本氣象站使用本站障礙物控制區內障礙物仰角和斜距記錄表數據，對于個別超出障礙物控制區范圍的障礙物個體不進行檢查。此項審核的實現除了使用IF 函數對相關數據進行比較，還使用INDIRECT、ADDRESS、MATCH、COLUMN、LARGE等函數完成了復雜的數據定位、字符提取轉換、挑取最大值等計算。觀測場四周障礙物個體數據審核流程如圖1所示。

圖1 觀測場四周障礙物個體數據審核流程圖

審核結果由兩個表格給出，表格上部同時顯示觀測站的區站號、臺站類別和數據處理方法說明。左側表格顯示臺站人工填報的障礙物名稱、所在方位、視寬度角、最高點方位、仰角和斜距以及數據矛盾檢查結果，相鄰兩個障礙物個體錄入順序有誤時顯示“順序錯”；障礙物開始方位、終止方位和最高點方位之間無矛盾顯示相關數值，有矛盾顯示“方位錯”。距高比大于10 在“距離、距高比檢查”欄顯示距高比數值，障礙物距離觀測場圍欄大于2 000米的顯示“>2 000”，否則不顯示。

右側表格顯示依據障礙物名稱自動識別的障礙物類別、自動挑取的障礙物最大仰角、所在方位、對應斜距以及與人工填報數據矛盾檢查結果。由于障礙物的名稱千差萬別，為避免障礙物類別自動識別錯誤需要對照檢查確認，如果識別有誤通過修改障礙物名稱使其準確識別。人工填報的障礙物個體最高點相關數據與審核工具挑取的數據不一致時，分別在方位比較、仰角比較、斜距比較欄顯示“？”，否則不顯示。相鄰兩個障礙物個體所在方位有重疊時，在備注欄提示“與下一障礙物有重疊”；如果錄入的障礙物個體超出了審核工具使用數據的范圍，在備注欄提示“超出審核范圍”。各項顯示內容性質、數據處理見表3。

表3 觀測場四周障礙物個體數據審核結果及數據處理

3 障礙物距高比計算

這是審核工具的輔助功能。評估報告中臺站障礙物控制區內障礙物仰角和斜距記錄表只給出了每2°間隔的各方位障礙物最小距高比，無法區分出地形、植物和建筑的距高比分別是多少。為了能夠快速、準確確定哪些方位、哪類障礙物的距高比小于10，方便臺站填報“觀測場四周2 000 米范圍內障礙物登記表”和集中審核時檢查是否有明顯漏填報障礙物現象，審核工具分別計算給出了臺站障礙物控制區內每2°間隔各方位地形、植物和建筑的距高比。距高比計算引用評估報告中的公式，距高比大于100（無障礙物）不顯示，大于10、小于100 用顯示距高比值，小于10用突出顯示距高比值。

4 總結

氣象探測環境調查評估數據審核工具通過Excel表格內置函數的嵌套使用和編輯表達式完成了數據提取、計算和矛盾判斷，實現了對評估報告書主要環境數據的自動審核，涵蓋了人工錄入數據的97%。總結了12項檢查內容，基本涵蓋了探測環境調查評估工作中可能出現的各類問題，并對應給出了數據處理方案。審核工具檢查結果展現方式直觀，對有疑誤的數據進行突出顯示便于起到提示作用，結合人工分析處理能夠快速完成對評估報告的審核修改。審核工具首先在內蒙古自治區興安盟氣象局所屬臺站氣象探測環境調查評估工作中進行了試用，經完善后在各省（市、自治區）集中審核工作中進行了應用，減輕了人工檢查的工作量，提高了集中審核工作效率，為保證氣象探測環境調查評估工作進度和數據質量發揮了積極作用。