萬(wàn)州區(qū)域自動(dòng)氣象站資料整編分析及應(yīng)用

周英 袁久坤

摘 要：隨著氣象現(xiàn)代化建設(shè)不斷推進(jìn)，萬(wàn)州區(qū)先后建成了89個(gè)自動(dòng)氣象站，大大增加了氣象資料的空間、時(shí)間密度，能獲取較為精細(xì)的地面氣象觀測(cè)資料，實(shí)現(xiàn)對(duì)短時(shí)突發(fā)性和局地性災(zāi)害天氣的實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)這些區(qū)域自動(dòng)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制及其整理分析，可以清楚地了解整個(gè)萬(wàn)州的氣溫、降水量等氣象要素的分布情況、變化規(guī)律，為氣象服務(wù)、防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)事活動(dòng)、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃等提供真實(shí)可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：區(qū)域自動(dòng)站；資料；整編；分析

中圖分類號(hào)：P415.1+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）22-0186-03

隨著氣象現(xiàn)代化建設(shè)的不斷加快，近年來(lái)萬(wàn)州先后建成自動(dòng)氣象站89個(gè)，各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)平均間距6.16KM，每個(gè)鎮(zhèn)鄉(xiāng)至少有1個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了氣象要素連續(xù)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

由于受觀測(cè)設(shè)備、觀測(cè)環(huán)境等因素影響，監(jiān)測(cè)資料的代表性、準(zhǔn)確性、比較性也受到了一定的影響。為進(jìn)一步更好地獲取精細(xì)的地面氣象觀測(cè)資料，實(shí)現(xiàn)對(duì)短時(shí)突發(fā)性和局地性災(zāi)害天氣的實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)，為開展精細(xì)化氣象預(yù)報(bào)和科研提供綜合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，需要對(duì)區(qū)域自動(dòng)站資料先通過(guò)質(zhì)量控制后再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整編，以便為傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃進(jìn)行訂正，編制更加精細(xì)化的農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)，最大限度地降低農(nóng)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

1 區(qū)域站資料收集

本文主要是通過(guò)重慶市氣象信息共享平臺(tái)→自動(dòng)站資料A/J文件手工生成平臺(tái)，按區(qū)域進(jìn)行不同站點(diǎn)不同時(shí)間的A/J文件下載。

2 區(qū)域站資料質(zhì)量控制

在進(jìn)行區(qū)域站資料統(tǒng)計(jì)整編前，可利用地面氣象測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)軟件（OSSMO 2004）和安徽?qǐng)?bào)表審核軟件（CDQC）以及人機(jī)交互審核對(duì)各站各月的A/J文件進(jìn)行質(zhì)量控制，在進(jìn)行質(zhì)量控制前必須對(duì)A/J文件進(jìn)行處理后才能加載。

2.1 A/J文件處理

2.1.1 A/J文件格式處理

由于平臺(tái)上下載的手工生成的A/J文件是未進(jìn)行質(zhì)量控制的原始數(shù)據(jù)文件，且大部分不能用OSSMO軟件直接讀出，有些在格式上還需進(jìn)行處理，比如A/J文件首行參數(shù)的觀測(cè)場(chǎng)拔海高度、氣壓感應(yīng)器拔海高度單位錯(cuò)誤，均應(yīng)修改成單位以“0.1m”進(jìn)行記錄。觀測(cè)方式和測(cè)站類別（S11）應(yīng)修改成S15[1]，如圖1、圖2所示。

2.1.2 A文件要素處理

為便于對(duì)資料進(jìn)行年度整理統(tǒng)計(jì)，利用月數(shù)據(jù)文件（A文件）生成年報(bào)表數(shù)據(jù)文件（Y文件）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由于部分區(qū)域站為兩要素，要素太少，不能直接生成Y文件，需要對(duì)月數(shù)據(jù)文件A文件進(jìn)行要素添加。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，四要素的A文件能生成Y文件，故只需對(duì)兩要素的所有A文件風(fēng)向風(fēng)速段進(jìn)行風(fēng)向風(fēng)速模擬數(shù)據(jù)追加，同時(shí)將首行參數(shù)的觀測(cè)項(xiàng)目標(biāo)識(shí)組中風(fēng)要素的標(biāo)識(shí)碼0修改為1，然后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)完后忽略追加的模擬數(shù)據(jù)。

2.2 A/J文件質(zhì)量控制

2.2.1 質(zhì)量控制方法

首先建立精細(xì)化的審核規(guī)則庫(kù)，主要是根據(jù)各種質(zhì)量控制方法建立閾值和質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)。地面氣象資料的質(zhì)量控制技術(shù)方法主要是根據(jù)天氣學(xué)、氣象學(xué)、氣候?qū)W原理，以及氣象要素的時(shí)間、空間的變化規(guī)律和各氣象要素間相互聯(lián)系的規(guī)律，從而分析氣象資料是否正確，其方法主要包括：氣候界限值檢查、氣候極值檢查、內(nèi)部一致性檢查、時(shí)間一致性檢查、相關(guān)要素綜合判斷檢查及人機(jī)交互檢查等[2]。

（1）氣候界限值檢查。氣候界限值檢查主要是檢查氣象要素值是否超出其臨界值范圍。超出其臨界值范圍的氣象要素值則視為錯(cuò)誤的記錄，應(yīng)予以剔除。

（2）氣候極值檢查。氣候極值是指在固定的氣象臺(tái)站歷史上曾出現(xiàn)過(guò)的氣象要素的最大值或最小值，或者是在一定時(shí)間范圍內(nèi)出現(xiàn)的概率很小的氣象記錄。對(duì)于超出氣候極值的數(shù)據(jù)應(yīng)視為可疑數(shù)據(jù)，再進(jìn)行相關(guān)要素綜合判斷檢查。

（3）內(nèi)部一致性檢查。由于同一時(shí)間氣象要素之間的關(guān)系具有一定的物理聯(lián)系，根據(jù)此特性，內(nèi)部一致性檢查主要是針對(duì)同一測(cè)站同一時(shí)間的同類氣象要素或不同氣象素觀測(cè)值之間的物理關(guān)系進(jìn)行檢查，從而判斷數(shù)據(jù)是否異常[5]。同一時(shí)間氣象要素記錄之間的關(guān)系應(yīng)符合一定的物理聯(lián)系，如：各要素的正點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)小于或等于日最大值，同時(shí)大于或等于日最小值。極大風(fēng)速≥最大風(fēng)速，極大風(fēng)速≥瞬時(shí)風(fēng)速，極大風(fēng)速≥平均風(fēng)速。不同要素中某些氣象要素之間有著緊密聯(lián)系，比如若風(fēng)向?yàn)镃時(shí)，則風(fēng)速應(yīng)為≤0.2m/s；若風(fēng)速為0.0時(shí)，則風(fēng)向應(yīng)為C。

（4）時(shí)間一致性檢查。時(shí)間一致性檢查包括最大變率檢查和最小變率檢查。氣象要素變化的最大變率檢查是檢查在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，各氣象記錄是否超出一定時(shí)間間隔內(nèi)的最大波動(dòng)值范圍。最小變率檢查是從氣象要素時(shí)間變化率的另一角度檢查觀測(cè)值的合理性，主要是檢查因儀器失靈或其它故障而引起的觀測(cè)值的不變或是變化太小。時(shí)間一致性檢查主要是針對(duì)在時(shí)間上的相關(guān)性較高的氣象要素進(jìn)行檢查。

2.2.2 疑誤記錄處理方法

根據(jù)《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》[5]及《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》技術(shù)問(wèn)題綜合解答（第1號(hào)）常用的有以下幾種處理方法。

（1）氣壓、氣溫、相對(duì)濕度、地溫異常值的處理：某一正點(diǎn)數(shù)據(jù)異常時(shí)，用前、后兩正點(diǎn)數(shù)據(jù)內(nèi)插求得，按正常數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；若連續(xù)兩個(gè)或以上正點(diǎn)數(shù)據(jù)異常時(shí)，按缺測(cè)處理。一日中，自動(dòng)觀測(cè)記錄有部分缺測(cè)時(shí)，如果能夠判斷所缺記錄對(duì)該日日極值有影響，則該日日極值作缺，若無(wú)影響，則該日日極值從其它正常時(shí)次記錄中挑取。

（2）風(fēng)、降水量異常值的處理：當(dāng)某一正點(diǎn)數(shù)據(jù)缺測(cè)時(shí)，按缺測(cè)處理。對(duì)于風(fēng)的日極值，若能夠判斷所缺記錄對(duì)該日日極值有影響，則該日日極值作缺，若無(wú)影響，則該日日極值正常挑取。對(duì)于降水量，若能判斷為因其它原因（螞蟻、風(fēng)、人工調(diào)試等）或自動(dòng)站故障而多記錄時(shí)，應(yīng)刪除該時(shí)段內(nèi)的分鐘和小時(shí)降水量。

3 區(qū)域站資料統(tǒng)計(jì)整編

鑒于萬(wàn)州境內(nèi)各區(qū)域站要素絕大部分為氣溫、降水、風(fēng)向、風(fēng)速，且年限較短，根據(jù)日常服務(wù)需要，本文只列舉以上幾個(gè)要素的統(tǒng)計(jì)整編方法及其主要內(nèi)容。

統(tǒng)計(jì)整編項(xiàng)目：

3.1 氣溫

統(tǒng)計(jì)整編歷年各月逐候平均、逐旬平均、月平均、月平均最高/最低、月極端最高/最低及其出現(xiàn)日期，年平均、年平均最高/最低、年極端最高/最低及其出現(xiàn)月份、日期等。

3.2 降水

統(tǒng)計(jì)整編歷年各月逐候總量、逐旬總量、月總量、日最大及其出現(xiàn)日期、年總量、日最大及其出現(xiàn)月份、日期；各級(jí)降水日數(shù)（≥0.1、1.0、5.0、10.0、25.0、50.0、100.0、150.0）；各時(shí)段年最大降水量（5、10、15、20、30、45、60、90、120、180、240、360、540、720、1440分鐘）；歷年各月最長(zhǎng)連續(xù)降水日數(shù)、降水量和起止月份、日期，年最長(zhǎng)連續(xù)降水日數(shù)、降水量和起止年、月、日；歷年各月最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)和起止月份、日期，年最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)和起止年、月、日等。

3.3 風(fēng)向風(fēng)速

統(tǒng)計(jì)整編歷年各月平均風(fēng)速、年平均風(fēng)速、各月（年）最大風(fēng)速及風(fēng)向和出現(xiàn)時(shí)間、各月（年）極大風(fēng)速及風(fēng)向和出現(xiàn)時(shí)間，各月（年）最多風(fēng)向及出現(xiàn)頻率等。

4 萬(wàn)州區(qū)域自動(dòng)站與國(guó)家級(jí)臺(tái)站資料對(duì)比分析

萬(wàn)州境內(nèi)地勢(shì)復(fù)雜，海拔相差較大，且各區(qū)域站建站時(shí)間不一致，資料缺失較多，根據(jù)地理位置環(huán)境等條件分別在長(zhǎng)江南岸和北岸選取資料完整度較高的2個(gè)站，高海拔和低海拔各選一個(gè)代表站進(jìn)行分析。其中長(zhǎng)江北岸代表站為余家站（海拔310.0米）、孫家站（海拔966.0米），長(zhǎng)江南岸代表站為新田站（海拔266.0米）、白土站（海拔930.5米）。

因各區(qū)域代表站2011年以來(lái)的資料比較完整，所以該研究主要用2011～2014年氣象資料與萬(wàn)州國(guó)家基本氣象站（萬(wàn)州站）同時(shí)段資料進(jìn)行對(duì)比分析。區(qū)域自動(dòng)站大多為2要素站，但是每一個(gè)站點(diǎn)都有氣溫與降水觀測(cè)項(xiàng)目，所以重點(diǎn)分析氣溫、降水2個(gè)氣象要素。

4.1 氣溫

通過(guò)對(duì)各區(qū)域代表站和萬(wàn)州站2011～2014年各月和各年的平均氣溫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（如圖3），發(fā)現(xiàn)各代表站點(diǎn)2011～2014年各月平均氣溫及年平均氣溫的變化趨勢(shì)是基本一致的，說(shuō)明區(qū)域自動(dòng)站與國(guó)家自動(dòng)氣象站的氣溫資料具有很好的一致性。

4.2 降水

通過(guò)對(duì)各區(qū)域代表站和萬(wàn)州站2011～2014年各月和各年的降水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（如圖4、圖5），發(fā)現(xiàn)大部分站點(diǎn)變化趨勢(shì)基本相同，只有孫家站變化趨勢(shì)顯得過(guò)于夸張，經(jīng)審核該站降水資料，認(rèn)為是正常的，這種突變可能和該站所處的山口臺(tái)地容易引起抬升降水的特殊地理位置有關(guān)系。同時(shí)也說(shuō)明資料均一性要從類似的地理環(huán)境來(lái)考慮，否則其均一性較差。統(tǒng)計(jì)結(jié)果也說(shuō)明了降水資料的均一性較差。

5 區(qū)域自動(dòng)站資料應(yīng)用服務(wù)

（1）萬(wàn)州高密度的區(qū)域自動(dòng)氣象站觀測(cè)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了氣象多要素的連續(xù)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高對(duì)災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)能力和突發(fā)公共事件應(yīng)急救援氣象服務(wù)保障能力，大大增強(qiáng)了災(zāi)害性天氣的預(yù)警能力，為防災(zāi)、減災(zāi)贏得了寶貴時(shí)間。

（2）區(qū)域自動(dòng)站具有更準(zhǔn)確、更便捷收集小尺度范圍的氣象要素情況，掌握更精密的氣象信息，提高了精細(xì)化定點(diǎn)、定時(shí)、定量預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，最大限度地提高了減輕與防御氣象災(zāi)害的能力。

（3）覆蓋全區(qū)的區(qū)域自動(dòng)站豐富的氣象要素資料，為編制更加精細(xì)化的農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)，最大限度地降低農(nóng)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

（4）區(qū)域自動(dòng)站資料是國(guó)家的寶貴資源，目前許多臺(tái)站的利用率還較低，大多數(shù)是雨情服務(wù)，在今后的工作中還有待于進(jìn)一步開發(fā)利用。

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