海洋水文氣象實時數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

汪寧 張曉慧(海軍北海艦隊海洋水文氣象中心,山東青島 266003)

海洋水文氣象實時數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

汪寧 張曉慧(海軍北海艦隊海洋水文氣象中心,山東青島 266003)

在對海洋水文氣象進(jìn)行實時觀測的過程中，觀測數(shù)據(jù)處理過程包括采集、摘錄、編報、通訊等。如果在處理的過程中出現(xiàn)錯誤的數(shù)據(jù)，將會對海洋氣象預(yù)報的發(fā)布工作造成直接的影響。本文針對海洋水文氣象實時數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制提出了兩種方法，一種是極值控制法，一種是一致性檢驗控制法，通過這兩種方法來確保數(shù)據(jù)的質(zhì)量，提高氣象預(yù)報的準(zhǔn)確性。

海洋水文氣象數(shù)據(jù) 質(zhì)量控制 數(shù)據(jù)處理

在對海洋氣象進(jìn)行預(yù)報與研究的過程中,對水文氣象實時觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行控制具有非常重要的影響。傳統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法為人工控制方式,隨著科技的不斷發(fā)展與實時數(shù)據(jù)的不斷增多,計算機逐步取代人工。不同的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法具有不同的局限性,要依據(jù)不同的場合與要素對控制方法進(jìn)行合理的選擇。本文主要介紹了兩種用于實時數(shù)據(jù)控制的方法,一種是極值控制法,一種是一致性檢驗控制法。

1 極值控制法

在海洋水文氣象要素中,存在上限與下限。極值控制法就是利用水文氣象要素所具有的這種特點,通過極值的確定來對數(shù)據(jù)的正確性進(jìn)行判斷。如果實時觀測數(shù)據(jù)在極值范圍之內(nèi),則數(shù)據(jù)是正確的;如果實時觀測數(shù)據(jù)超過了極值的范圍,則數(shù)據(jù)應(yīng)該被剔除。

1.1 選取適當(dāng)?shù)臉O值

極值的確定是極值控制法的關(guān)鍵所在,極值適當(dāng)與否對預(yù)期目標(biāo)的實現(xiàn)具有決定性的作用。如果極值的范圍過大,將削弱控制的質(zhì)量;如果極值的范圍過小,將對真實的數(shù)據(jù)造成誤判。在對極值進(jìn)行選取的過程中包括多種方法,要素物理特性、觀測規(guī)范、歷史極值等都可作為極值選取的依據(jù)。此外,“萊因達(dá)”準(zhǔn)則計算方法也是一種極值選取的有效方法。

1.2 萊因達(dá)準(zhǔn)則計算方法

萊茵帶準(zhǔn)則又可以稱之為“3·準(zhǔn)則”。在誤差理論之下可以得出,隨機誤差·在一般個情況下是服從正態(tài)分布的,其中·表示的是未知的標(biāo)準(zhǔn)差。其中用S表示標(biāo)準(zhǔn)差,·X表示真值。如果觀測數(shù)據(jù)Xi的殘差Vi滿足時,證明Xi是可疑的數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)就應(yīng)該被剔除掉。

當(dāng)觀測數(shù)據(jù)Xi滿足上述兩個公式中的任意一個公式時,證明該觀測值是錯誤的,需要將其進(jìn)行剔除。

1.3 萊因達(dá)準(zhǔn)則中所需樣本的選擇

在運用萊因達(dá)準(zhǔn)則對極值進(jìn)行確定的過程中,其計算的前提為觀測數(shù)據(jù)數(shù)量足夠。因此萊因達(dá)準(zhǔn)則在觀測次數(shù)較多的場合較為適應(yīng),能夠確保穩(wěn)定的“棄真”概率。在對其所需樣本進(jìn)行選擇的過程中,要將計算機性能、資料數(shù)量等作為選擇依據(jù)。在樣本選擇的過程中,可以選擇不同的年份中相同月份的資料,也可以選擇不同年份中相同季度的資料。一般情況下,最佳的樣板選擇時間序列為大于15年,控制時段為1個月。此外,氣溫要素也是需要考慮的因素之一,可選擇每天固定時間點的資料,一般情況下分為2點、8點、14點、20點四個時間點。在對樣本選擇完成之后就可以對極值進(jìn)行計算。

2 一致性檢驗控制法

2.1 一致性檢驗控制法的操作過程

在對海洋水文氣象實時數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行控制的過程中,一致性檢驗控制法是應(yīng)用較為廣泛的方法之一。一致性檢驗控制法對質(zhì)量進(jìn)行控制的基本思想是檢查要素之間的關(guān)系,通過關(guān)系的檢查來對要素進(jìn)行判斷。要素之間的關(guān)系包括:天氣現(xiàn)象與能見度、總云量與低云量、氣溫與露點、風(fēng)速與浪高、浪高與周期等。當(dāng)兩個要素之間所存在的是矛盾關(guān)系時,可以判定兩個要素之間存在一個錯誤的要素。但是在錯誤要素具體判斷的過程中卻存在一定的難度,不能夠確切地判定哪個要素是正確的、哪個要素是錯誤的。在對海洋氣象進(jìn)行預(yù)報與科研的實際工作過程中,工作人員在對要素進(jìn)行判斷的過程中往往將圖像或者經(jīng)驗作為判斷依據(jù)。但是如果利用計算機來替代人工完成這項工作,軟件的設(shè)計將是一項非常困難的工作。在數(shù)據(jù)處理的過程中,龐大的診斷軟件不切實際,實現(xiàn)的可能性非常小。因此,在對一對存在矛盾關(guān)系的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過程中,一種處理方法就是兩個要素全部刪除,另外一種處理方法就是通過判斷條件的附加進(jìn)行進(jìn)一步判斷。例如,在判斷的過程中可以選擇5°×5°范圍內(nèi)的最鄰近的測站來作為附件判斷條件,對要素進(jìn)行正誤判斷。如果在附近范圍之內(nèi)不存在鄰站,就只能將要素全部剔除。此外,針對一些局域性的天氣現(xiàn)象而言,即使能夠找到鄰站來輔助判斷,在判斷的過程中也不能確保判斷的正確性,這種情況下就只能將兩個要素全部剔除。

2.2 各個要素之間存在的關(guān)系

總云量與低云量兩要素之間存在的關(guān)系為:總云量≥低云量。氣溫與露點兩要素之間存在的關(guān)系為:氣溫≥露點。能見度與天氣現(xiàn)象兩要素之間存在的關(guān)系為:兩者之間的關(guān)系只能夠進(jìn)行一般性的判定,一般情況下,能見度較好的情況下不應(yīng)該出現(xiàn)影響能見度的天氣情況;而能見度較差的情況下證明存在影響能見度的天氣情況。

3 結(jié)語

極值控制法與一致性檢驗控制法都是數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法,在對實時數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制的過程中發(fā)揮著重要的作用,此外在歷史資料的質(zhì)量控制過程中也適用。通過對海洋水文氣象實時數(shù)據(jù)質(zhì)量控制,確保數(shù)據(jù)質(zhì)量,為海洋氣象預(yù)報奠定堅實基礎(chǔ)。

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