寧夏高空規(guī)定等壓面風(fēng)數(shù)據(jù)質(zhì)檢分析及評估

張　智，林　莉

(寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，銀川　750002)

寧夏高空規(guī)定等壓面風(fēng)數(shù)據(jù)質(zhì)檢分析及評估

張智，林莉

(寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，銀川750002)

摘要：為解決高空資料完整性，進(jìn)一步提高高空規(guī)定等壓面測風(fēng)資料質(zhì)量，利用寧夏銀川探空站1981—2010年高空規(guī)定等壓面風(fēng)數(shù)據(jù)錄入文件(簡稱GAAF文件)質(zhì)量檢查信息，分析了GAAF文件的數(shù)據(jù)質(zhì)量。結(jié)果表明：B01對比檢查疑誤信息占到疑誤信息總數(shù)的93.5%，是重點(diǎn)核查、修改、標(biāo)注的內(nèi)容；B01文件對比檢查、相鄰層一致性檢查的疑誤信息在年際變化上呈波動(dòng)減少的趨勢，2000年以后疑誤信息明顯減少；逐月變化、各層變化不明顯；B01錯(cuò)主要原因是1981—1999年高空探測業(yè)務(wù)人工參與過程較多，操作過程中常出現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)錄入錯(cuò)誤；公司錄入錯(cuò)主要原因是PC-1500計(jì)算機(jī)打印紙紙張變質(zhì)、字跡淡化，造成數(shù)據(jù)誤讀、誤錄。通過質(zhì)量檢查，97.3%的疑誤信息經(jīng)核查人工錄入正確，疑誤信息均能進(jìn)行合理標(biāo)注，人工錄入數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤率僅為0.8‰，GAAF文件質(zhì)量可靠，可為氣象業(yè)務(wù)科研提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)服務(wù)。

關(guān)鍵詞：高空資料；風(fēng)數(shù)據(jù)；質(zhì)量檢查；評估；寧夏

氣象觀測資料的質(zhì)量直接關(guān)系到氣象預(yù)測預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的準(zhǔn)確性。近年來，我國氣象工作者開始重視氣象觀測資料的質(zhì)量問題，但多偏重于地面氣象資料質(zhì)量問題的研究[1-6]。目前我國高空氣象觀測資料大部分是收集于實(shí)時(shí)高空觀測業(yè)務(wù)的探空報(bào)和測風(fēng)報(bào)，由于歷史上報(bào)文處理時(shí)限緊、環(huán)節(jié)多等因素影響，高空氣象資料的精度、完整性和質(zhì)量狀況均受到一定程度的影響，翟盤茂等[7]、周尚河[8]、張素琴等[9]、劉芳霞等[10]雖然對我國部分高空氣象觀測資料質(zhì)量進(jìn)行了研究，但我國高空氣象觀測資料的質(zhì)量問題還未解決。

2012年中國氣象局下達(dá)“歷史高空氣象觀測記錄表數(shù)字化處理”建設(shè)任務(wù)，明確要求各省(市、區(qū))氣象局開展高表-13規(guī)定等壓面測風(fēng)數(shù)據(jù)的錄入工作，以補(bǔ)充、完善我國高空歷史氣象觀測資料，解決高空歷史氣象資料的完整性問題。本文通過對寧夏銀川探空站規(guī)定等壓面測風(fēng)數(shù)據(jù)錄入文件質(zhì)量檢查結(jié)果的分析，對錄入文件的完整性和準(zhǔn)確性給出綜合評價(jià)，為氣象業(yè)務(wù)、氣象科研、應(yīng)對氣候變化工作提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

1資料與方法

利用寧夏銀川探空站1981—2010年高空規(guī)定等壓面風(fēng)數(shù)據(jù)錄入文件(簡稱GAAF文件)，使用中國氣象局預(yù)報(bào)與網(wǎng)絡(luò)司下發(fā)的“高空風(fēng)數(shù)據(jù)錄入文件質(zhì)量檢查軟件”對GAAF文件進(jìn)行格式檢查、界限值檢查、內(nèi)部一致性檢查、規(guī)定層時(shí)序檢查、相關(guān)數(shù)據(jù)源一致性檢查，經(jīng)質(zhì)量控制綜合判別后輸出8項(xiàng)質(zhì)量檢查疑誤信息，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對8項(xiàng)質(zhì)量檢查疑誤信息進(jìn)行分析評估。其中相關(guān)數(shù)據(jù)源一致性檢查主要是利用歷史上實(shí)時(shí)探空報(bào)、測風(fēng)報(bào)生成的高空氣象資料格式數(shù)據(jù)(簡稱B01)進(jìn)行對比檢查，該數(shù)據(jù)是質(zhì)量檢查中主要參考數(shù)據(jù)源。

2質(zhì)檢疑誤信息分布

從寧夏GAAF文件質(zhì)量檢查項(xiàng)目表(表1)中可以看到，在8項(xiàng)質(zhì)量檢查疑誤信息中，B01對比檢查疑誤信息最多，達(dá)14 220條，平均每年474.0條，占疑誤信息總數(shù)的93.5%；相鄰層一致性檢查疑誤信息次多，為980條，平均每年有32.7條，占疑誤信息總數(shù)的6.5%。因此，這兩項(xiàng)檢查的疑誤信息是寧夏GAAF文件重點(diǎn)核查、修改、標(biāo)注的內(nèi)容。

表1　寧夏GAAF文件質(zhì)量檢查項(xiàng)目表

2.1相鄰層一致性檢查

相鄰層一致性檢查是對相鄰規(guī)定層之間風(fēng)向、風(fēng)速的切變計(jì)算檢查，疑誤信息分為可疑、錯(cuò)誤兩類。寧夏GAAF文件相鄰層一致性檢查疑誤信息為980條，其中風(fēng)切變檢查錯(cuò)誤有814條、錄入數(shù)據(jù)為非規(guī)定層數(shù)據(jù)錯(cuò)有166條。因GAAF文件不需要非規(guī)定層風(fēng)數(shù)據(jù)，予以刪除后風(fēng)切變檢查的可疑信息為809條，占全部疑誤信息的99.4%，平均每年有27.0條；錯(cuò)誤信息為5條，占全部疑誤信息的0.6%，平均每年只有0.2條。

寧夏GAAF文件相鄰層一致性檢查1981—2010年可疑信息呈波動(dòng)減少的趨勢(圖1)，1984年最多為55條，1997年最少為8條；1981—1990、1991—2000、2001—2010年平均每年可疑信息分別為30.5條、28.1條、22.3條，2001—2010年比1981—1990年年平均可疑信息減少了8.2條，說明隨著高空氣象探測技術(shù)的發(fā)展，能夠明顯減少數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。而錯(cuò)誤信息除2002年出現(xiàn)4條、2005年出現(xiàn)1條以外，其他年份均未出現(xiàn)。

圖1　1981—2010年寧夏GAAF文件相鄰層一致性檢查疑誤信息變化圖

2.2B01對比檢查

B01對比檢查是GAAF文件與B01中對應(yīng)的規(guī)定等壓面、位勢高度、風(fēng)向、風(fēng)速的一致性檢查。寧夏GAAF文件B01對比檢查疑誤信息為14 220條，其中從數(shù)據(jù)種類看，風(fēng)向疑誤信息為13 883條，占疑誤信息總數(shù)的97.6%；風(fēng)速疑誤信息為337條，占疑誤信息總數(shù)的2.4%。從疑誤信息種類看，B01錯(cuò)誤為13 980條，占疑誤信息總數(shù)的98.3%，平均每年有466.0條；公司錄入錯(cuò)誤為240條，占疑誤信息總數(shù)的1.7%，平均每年有8.0條。

2.2.1年際分布從疑誤信息逐年變化圖(圖2)中可以看到，風(fēng)向與風(fēng)速(圖2a)、B01錯(cuò)誤與錄入錯(cuò)誤(圖2b)的變化趨勢相近，除1994—1996年均異常偏多外，風(fēng)向與風(fēng)速、B01錯(cuò)誤與錄入錯(cuò)誤均呈波動(dòng)減少的趨勢，且2000年以后均未再出現(xiàn)錯(cuò)誤。

圖2　1981—2010年寧夏GAAF文件B01對比檢查疑誤信息逐年變化圖

造成這種年際分布的原因是1981年1月至1987年3月采用手工操作，需人工讀取仰角、方位角、斜距，計(jì)算得到各規(guī)定等壓面的風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)；1987年4月至1999年12月使用PC-1500計(jì)算機(jī)，將人工讀取的仰角、方位角、斜距輸入PC-1500計(jì)算機(jī)后計(jì)算得到各規(guī)定等壓面的風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)，其中1995年5月至1996年12月因雷達(dá)標(biāo)定錯(cuò)而造成上萬條錯(cuò)誤；2000—2002年使用“高空氣象探測59-701微機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”、2003—2010年使用“L波段(1型)高空氣象探測系統(tǒng)”后探空和測風(fēng)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，自動(dòng)計(jì)算得到各規(guī)定等壓面的風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)。即1981—1999年高空探測業(yè)務(wù)由于人工參與過程較多、報(bào)文時(shí)效性強(qiáng)，人工操作過程中常常出現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)錄入錯(cuò)誤，B01錯(cuò)誤較多；2000—2010年以后高空探測業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，B01錯(cuò)誤減少為0。

2.2.2月際分布從疑誤信息逐月變化圖(圖3)中看到，B01錯(cuò)誤月際變化比較明顯，5—12月平均錯(cuò)誤明顯多于1—4月，8月最多為50.4條，7月次多為48.8條；2月最少為22.7條，1月次少為23.2條。公司錄入錯(cuò)誤月際變化不明顯，1月、2月、7月平均錯(cuò)誤最多為0.9個(gè)，3月最少為0.3個(gè)。

圖3　1981—2010年寧夏GAAF文件B01對比檢查疑誤信息逐月變化圖

通過核查原始高空氣象觀測記錄表，B01錯(cuò)誤的原因是1995年5月至1996年12月因雷達(dá)標(biāo)定錯(cuò)而造成13 356條錯(cuò)誤，占B01錯(cuò)誤總數(shù)的95.5%，平均每月667.8條。通過將測風(fēng)記錄方位角增加9.6°標(biāo)定偏差，并根據(jù)規(guī)定等壓面時(shí)間重新計(jì)算測風(fēng)記錄后，B01錯(cuò)誤減少了13 174條，僅有182條錯(cuò)誤，占B01錯(cuò)誤總數(shù)的1.3%；雷達(dá)訂正后B01錯(cuò)誤6月、8月最多為2.3條，11月最少為0.8條(圖3)；公司錄入錯(cuò)誤的主要原因是1987年4月至1999年12月PC-1500計(jì)算機(jī)打印的測風(fēng)記錄因存放時(shí)間長，紙張已出現(xiàn)不同程度的變質(zhì)、字跡淡化，造成數(shù)據(jù)識別困難而誤讀、誤錄[11]。

2.2.3各層分布從疑誤信息各層變化圖(圖4)上看，B01錯(cuò)誤最多出現(xiàn)在30 hPa為70條，700、300、70、50 hPa均在60條以上；B01錯(cuò)誤最少出現(xiàn)在10 hPa僅為1條，次少出現(xiàn)在地面為3條。錄入錯(cuò)誤最多出現(xiàn)在850 hPa為26條，400、200、70 hPa均出現(xiàn)20條以上；最少出現(xiàn)在地面和10 hPa均為2條。

圖4　1981—2010年寧夏GAAF文件B01對比檢查疑誤信息各層變化圖

3質(zhì)量評估

通過質(zhì)量檢查，寧夏GAAF文件8種疑誤信息(表2)中，雷達(dá)標(biāo)定錯(cuò)最多達(dá)13 356條，占總數(shù)的87.8%；風(fēng)切變檢查錯(cuò)次多為814條，占總數(shù)的5.4%。文件缺失錯(cuò)最少僅為1條；報(bào)文解碼錯(cuò)次少僅25條，占總數(shù)的0.2%。從核查結(jié)果可以看到，風(fēng)切變檢查錯(cuò)、雷達(dá)標(biāo)定錯(cuò)、實(shí)時(shí)報(bào)文錯(cuò)、原始報(bào)文錯(cuò)、報(bào)文解碼錯(cuò)合計(jì)為14 794條(占總數(shù)的97.3%)，但經(jīng)核查，GAAF文件中錄入的對應(yīng)風(fēng)數(shù)據(jù)均正確，可合理標(biāo)注；公司錄入錯(cuò)為240條，僅占總數(shù)1.6%，修改后均正確；非規(guī)定層數(shù)據(jù)錯(cuò)為166條，刪除GAAF文件中對應(yīng)數(shù)據(jù)后均正確。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，質(zhì)量檢查前寧夏GAAF文件有風(fēng)數(shù)據(jù)304 998條，檢查出疑誤信息15 201條，疑誤率為5.0%，公司錄入錯(cuò)有240條，錄入錯(cuò)誤率僅為0.8‰；質(zhì)量檢查后有風(fēng)數(shù)據(jù)305 542條，補(bǔ)充錄入了710條，比質(zhì)量檢查前增多了0.2%。說明通過質(zhì)量檢查，不僅寧夏GAAF文件中風(fēng)數(shù)據(jù)增多，而且各規(guī)定等壓面風(fēng)數(shù)據(jù)的錄入錯(cuò)誤率很低，GAAF文件的質(zhì)量可靠。

表2　1981—2010年寧夏GAAF文件質(zhì)量檢查疑誤信息統(tǒng)計(jì)表

4結(jié)論與討論

(1)寧夏GAAF文件8項(xiàng)質(zhì)量檢查疑誤信息中，B01對比檢查疑誤信息最多達(dá)14 220條，占總數(shù)的93.5%；相鄰層一致性檢查疑誤信息次多為980條，占總數(shù)的6.5%。這兩項(xiàng)檢查的疑誤信息是重點(diǎn)核查、修改、標(biāo)注的內(nèi)容。

(2)相鄰層一致性檢查疑誤信息的年際變化呈波動(dòng)減少的趨勢，2001—2010年比1981—1990年年平均減少了8.2條。說明隨著高空氣象探測技術(shù)的提高、高空氣象探測業(yè)務(wù)的自動(dòng)化，高空氣象探測數(shù)據(jù)的質(zhì)量明顯提高，錯(cuò)誤數(shù)據(jù)明顯減少。

(3)B01對比檢查疑誤信息中B01錯(cuò)誤占總數(shù)的98.3%，公司錄入錯(cuò)誤占總數(shù)的1.7%；年際變化上B01錯(cuò)誤與錄入錯(cuò)誤變化趨勢相近，均呈波動(dòng)減少的趨勢；月際變化和各層次變化均不明顯。B01錯(cuò)誤主要原因是1981—1999年高空探測業(yè)務(wù)人工參與過程較多、操作過程中常常出現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)錄入錯(cuò)誤；公司錄入錯(cuò)誤主要原因是1987年4月至1999年12月使用PC-1500計(jì)算機(jī)，因打印紙存放時(shí)間長出現(xiàn)紙張變質(zhì)、字跡淡化，造成數(shù)據(jù)識別困難而誤讀、誤錄。

(4)通過質(zhì)量檢查，寧夏GAAF文件8種疑誤信息中風(fēng)切變檢查錯(cuò)、雷達(dá)標(biāo)定錯(cuò)、實(shí)時(shí)報(bào)文錯(cuò)、原始報(bào)文錯(cuò)、報(bào)文解碼錯(cuò)占總數(shù)的97.3%，經(jīng)核查錄入的風(fēng)數(shù)據(jù)均正確，均能合理標(biāo)注；公司錄入錯(cuò)誤率僅為0.8‰，GAAF文件的質(zhì)量可靠。

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文章編號：1006-4354(2015)01-0026-04

收稿日期：2014-08-05

作者簡介：張智(1967—)，男，漢族，山東泰安人，學(xué)士，高級工程師，主要從事氣候研究。

基金項(xiàng)目：中國氣象局“氣候變化應(yīng)對決策支撐系統(tǒng)工程—?dú)v史高空氣象觀測記錄表數(shù)字化處理”

中圖分類號：P416.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A