基于海拔高度的質(zhì)控方法本地化策略

賈晨剛，李亞麗

(陜西省氣象信息中心，西安　710014)

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基于海拔高度的質(zhì)控方法本地化策略

賈晨剛，李亞麗

(陜西省氣象信息中心，西安710014)

摘要：中國氣象局研制的三級質(zhì)量控制業(yè)務系統(tǒng)中，質(zhì)控方法本地化策略是按照陜北、關中、陜南的行政區(qū)域制定的，在此基礎上，根據(jù)陜西省境內(nèi)國家級自動氣象站臺站海拔高度的不同，修正其質(zhì)量控制方法，對氣象觀測數(shù)據(jù)增加了省級質(zhì)量控制標識，形成了基于海拔高度的自動氣象站觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制策略和流程。以臨渭站和華山站(分別代表平原站和高山站)為例，針對2013年汛期中連續(xù)三個月(6—8月)的氣溫、氣壓、相對濕度、風速四種氣象要素進行質(zhì)量控制。結(jié)果表明，經(jīng)過質(zhì)量控制后的氣象觀測數(shù)據(jù)更加能夠反映出每個臺站真實的氣象要素變化情況。

關鍵詞：質(zhì)量控制海拔高度本地化策略陜西

2010年和2011年，中國氣象局在各省分別建設“省級自動氣象站實時數(shù)據(jù)質(zhì)量控制系統(tǒng)”(以下簡稱：省級質(zhì)控系統(tǒng))和國家級“地面實時和歷史資料一體化數(shù)據(jù)質(zhì)量控制系統(tǒng)”(以下簡稱：MDOS系統(tǒng))，要求各省根據(jù)本省的氣象資料整編數(shù)據(jù)集制定本省的質(zhì)控系統(tǒng)本地化策略。而這兩套系統(tǒng)中對陜西省國家級自動氣象站實時觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)控方法，均采用中國氣象局在2004開始研制的由臺站到省級、國家級三級質(zhì)量控制業(yè)務系統(tǒng)的質(zhì)控本地化策略，即基于陜北、關中、陜南的行政區(qū)域制定，該質(zhì)控本地化策略在宏觀層面上對陜西省所轄的自動站進行了劃分，需要考慮轄區(qū)范圍內(nèi)所有站點，選取的閾值范圍較為寬泛。因此，有必要結(jié)合陜西省特有的地形和各臺站氣象觀測要素的極值資料，研究一套基于海拔高度為質(zhì)控標準的質(zhì)控方法本地化策略，以滿足氣象業(yè)務和科研工作對觀測資料的質(zhì)量要求。

1抽樣站點

因海拔高度為選站標準，故選取陜西省境內(nèi)兩個在海拔高度上有地域特點的觀測臺站，臨渭站(站號57045)代表平原站，華山站(站號57046)代表高山站。對兩站在2013年汛期中連續(xù)3個月(6—8月)的觀測資料中常用的氣溫、氣壓、相對濕度、風速等四種基本要素進行質(zhì)控。

2質(zhì)量控制標識

質(zhì)量控制標識(Quality Control，以下簡稱QC)是對某類數(shù)據(jù)中某一要素真實可靠性的描述，通過QC能夠判斷數(shù)據(jù)是正確、可疑還是錯誤，使用戶在使用數(shù)據(jù)時能夠迅速剔除錯誤數(shù)據(jù)，對可疑數(shù)據(jù)進行甄別。對氣象觀測數(shù)據(jù)實施質(zhì)量控制后，為數(shù)據(jù)增加QC，是被廣泛采用的方法。作為省級氣象部門，氣象觀測數(shù)據(jù)的用戶主要是氣象科研人員和氣象資料服務人員，因此也采用加QC碼的方法，即利用4個數(shù)字代碼(表1)表示每個時次每個觀測臺站不同氣象要素的質(zhì)量。

如果某一氣象要素數(shù)據(jù)的QC碼置2或8，視該數(shù)據(jù)為錯誤或者缺測數(shù)據(jù)，將不參與后續(xù)的質(zhì)量控制過程；如果QC碼置0或1，那么視該數(shù)據(jù)為正確或可疑數(shù)據(jù)，仍參與后續(xù)質(zhì)控流程。

表1　質(zhì)量控制標識的含義

3質(zhì)量控制方法

傳統(tǒng)的氣象資料QC方法是依據(jù)天氣學、氣象學、氣候?qū)W原理，以氣象要素的時間和空間變化規(guī)律和各要素之間相互聯(lián)系的規(guī)律為出發(fā)點，對不同的氣象要素采用不同的QC方法，需要根據(jù)具體的要素分別對待。在本次研究中，針對日常業(yè)務中使用的氣溫、氣壓、相對濕度和風速4類要素進行QC，質(zhì)量控制所檢查的項目見表2。

表2　氣象要素質(zhì)量控制檢查項目

4本地化策略

結(jié)合抽樣臺站特點，并在相應的時間段內(nèi)，制定出適合于陜西平原站和高山站質(zhì)控方法的本地化策略。這種以海拔高度為質(zhì)控標準的策略，能夠反映陜西特有的地形特點。陜西省境內(nèi)的氣象觀測臺站，即使同一行政區(qū)域的兩個臺站，由于海拔高度的不同，各自的氣溫、氣壓、相對濕度和風速4類要素的氣候界限值、區(qū)域極值、臺站極值以及內(nèi)部一致性等也會不同，經(jīng)過質(zhì)量控制后的氣象數(shù)據(jù)更能反映出每個臺站真實的氣象變化情況。

4.1要素缺測檢查

質(zhì)量控制時，首先對所有要素數(shù)據(jù)進行缺測檢查，并初始化質(zhì)量控制碼(簡稱QC碼)。缺測檢查采用三種方式：①凡是文件格式不符合中國氣象局地面氣象觀測數(shù)據(jù)文件格式的，一律認為該站該時次所有要素均缺測；②參考該站該時次上傳的自動站狀態(tài)文件，如果狀態(tài)文件中某要素的傳感器狀態(tài)錯誤，則認為該要素缺測；③直接檢查數(shù)據(jù)文件的要素內(nèi)容，如果要素內(nèi)容為“/////”等缺測標志時，則認定其缺測。如果數(shù)據(jù)為缺測，QC碼設置為‘8’(缺測)，非缺測數(shù)據(jù)其QC碼暫時設為‘N’(未作質(zhì)量控制)。只有QC碼為‘N’的數(shù)據(jù)才分別進行氣候界限值、區(qū)域極值、臺站極值以及內(nèi)部一致性等檢查。

4.2氣溫檢查

氣溫要素包括正點氣溫、小時最低氣溫和小時最高氣溫3個要素。

(1)氣候?qū)W界限值檢查

6—8月氣溫要素的氣候界限值范圍為-25～50 ℃，超過氣候界限值范圍的數(shù)據(jù)QC碼置2。

(2)區(qū)域界限值檢查

陜西省位于全國分區(qū)的3區(qū)和5區(qū)，根據(jù)抽樣臺站資料總結(jié)出6—8月的氣溫區(qū)域界限值見表3。

表3　抽樣臺站氣溫區(qū)域界限值的范圍　℃

超出該界限值的數(shù)據(jù)QC碼置1。

(3)臺站極值檢查

對于通過臺站極值(表4)檢查的數(shù)據(jù)，QC碼置0；未通過的數(shù)據(jù)，QC碼置1。

表4　抽樣臺站氣溫極值　℃

(4)要素內(nèi)部一致性檢查

檢查規(guī)則為小時最高氣溫≥正點氣溫≥小時最低氣溫，符合條件的數(shù)據(jù)，QC碼置0；否則，相比較的數(shù)據(jù)，QC碼均置1。

4.3氣壓檢查

檢查對象包括小時正點氣壓、小時最高氣壓和小時最低氣壓等3個要素。

(1)氣候?qū)W界限值檢查

氣壓氣候界限值范圍為520～1 080 hPa，超過氣候界限值范圍的數(shù)據(jù)，QC碼置2。

選取的抽樣臺站，臨渭站觀測場的海拔為349.8 m，華山站觀測場的海拔高度為2 046.9 m，因此臨渭站的臺站氣壓界限值范圍為850～1 010 hPa，華山站的臺站氣壓界限值范圍為680～860 hPa。超出相應氣壓界限值范圍的數(shù)據(jù)，QC 碼置2。

(2)內(nèi)部一致性檢查

檢查規(guī)則為小時最高氣壓≥正點氣壓≥小時最低氣壓，符合條件的數(shù)據(jù)，QC碼置0；否則,相比較的數(shù)據(jù)，QC碼均置1。

(3)臺站極值檢查

對于通過臺站極值(表5)檢查的數(shù)據(jù)，QC碼置0；未通過的數(shù)據(jù)，QC碼置1。

表5　抽樣臺站氣壓極值　hPa

4.4相對濕度

相對濕度要素檢查對象有：正點相對濕度、小時最小相對濕度2個要素。

(1)氣候?qū)W界限值檢查

氣候界限值范圍為0<相對濕度≤100%。超過氣候界限值范圍的數(shù)據(jù)，QC碼置2。

(2)內(nèi)部一致性檢查

檢查規(guī)則為正點相對濕度>小時最小相對濕度。若違反規(guī)則，則相比較的數(shù)據(jù)，QC碼均置1。

(3)臺站極值檢查

對于通過臺站極值(表6)檢查的數(shù)據(jù)，QC碼置0；未通過的數(shù)據(jù)，QC碼置1。

表6　抽樣臺站相對濕度極值　%

4.5風速檢查

檢查對象包括正點2分鐘風速、正點10分鐘風速、小時最大風速、小時極大風速、極值及其出現(xiàn)時間等5個要素。

(1)氣候?qū)W界限值檢查

風速氣候?qū)W界限值范圍[0～65 m/s]，且極值出現(xiàn)時間應在對應時次時間范圍內(nèi)。超過氣候?qū)W界限值范圍的數(shù)據(jù)，QC碼置2。

(2)風速區(qū)域界限值檢查

6—9月風速變化范圍[0～48] m/s。未通過的數(shù)據(jù)，QC碼置1。

(3)內(nèi)部一致性檢查

對于同一時次，要素之間的規(guī)則為：小時最大風速-正點10分鐘風速≥0 m/s；當小時最大風速出現(xiàn)時間不在該小時開始9分鐘時，小時極大風速-小時最大風速≥0 m/s；當小時最大風速出現(xiàn)時間在該時次開始9分鐘時，小時極大風速-小時最大風速≥—0.3 m/s。各項風要素數(shù)據(jù)之間若違反以上規(guī)則時，相比較的數(shù)據(jù)，QC碼均置1。

(4)臺站極值檢查

對于通過臺站極值(表7)檢查的數(shù)據(jù)，QC碼置0；未通過的數(shù)據(jù)，QC碼置1。

石璞欣.氣象資料及產(chǎn)品綜合服務平臺用戶界面設計[J].陜西氣象，2015(6)：29-31.

表7　抽樣臺站風速極值　m/s

5質(zhì)量控制結(jié)果分析

對2013年6—8月抽樣臺站觀測數(shù)據(jù)的抽樣要素按照上述方法進行質(zhì)控，各要素檢測出的可疑和錯誤數(shù)據(jù)為：氣溫55個，氣壓146個，相對濕度32個，風速41個。將結(jié)果與“省級質(zhì)控系統(tǒng)”和“MDOS系統(tǒng)”質(zhì)控結(jié)果進行對比，正確率均為100%。

由于“省級質(zhì)控系統(tǒng)”在2013年底停止運行，故與中國氣象局的兩套質(zhì)控系統(tǒng)的對比數(shù)據(jù)只選取2013年的數(shù)據(jù)，對比結(jié)果有一定局限性。隨著觀測資料的積累，臺站的地域特點

會在今后的對比分析中展現(xiàn)出來，但基于海拔高度的本地化質(zhì)控數(shù)據(jù)只能與MDOS系統(tǒng)的質(zhì)控數(shù)據(jù)對比。

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作者簡介：石璞欣(1988—)，男，陜西西安人，學士，助工，從事氣象數(shù)據(jù)資源開發(fā)與數(shù)據(jù)庫維護。

收稿日期：2015-07-08

文章編號：1006-4354(2015)06-0029-03

中圖分類號：P416.2

文獻標識碼：B