影響無(wú)人值守自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)質(zhì)量的主要因素

許平　吳興洋　蘭方信

摘 要：文章利用省級(jí)質(zhì)控后的月報(bào)數(shù)據(jù)文件、實(shí)時(shí)氣象資料業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)（MDOS）數(shù)據(jù)、貴州省氣象局觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)處的臺(tái)站建設(shè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析、評(píng)估了2015年貴州省有人值守國(guó)家站、無(wú)人值守國(guó)家站、區(qū)域站的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量；分析了各類自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)質(zhì)量差異的原因；指出各類自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)的可用率、可用性差異的主要原因。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)氣象站 觀測(cè)數(shù)據(jù) 質(zhì)量

中圖分類號(hào)：P44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）02（c）-0126-02

隨著探測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，為了降低氣象災(zāi)害對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)的危害，提高中尺度、短時(shí)效精細(xì)天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，提升氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警能力，我國(guó)2419個(gè)國(guó)家氣象站已全部實(shí)現(xiàn)觀測(cè)自動(dòng)化，同時(shí)還在全國(guó)建有約4萬(wàn)個(gè)區(qū)域無(wú)人自動(dòng)氣象站，貴州地區(qū)已建超3000個(gè)無(wú)人值守區(qū)域自動(dòng)氣象站。近年來，大范圍高密度無(wú)人值守區(qū)域自動(dòng)氣象站的建立在氣象防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，有實(shí)時(shí)雨量數(shù)據(jù)作為依據(jù)，每次暴雨天氣的出現(xiàn)，政府能夠迅速?zèng)Q策，指導(dǎo)居民轉(zhuǎn)移，最大限度地減少了人民生命財(cái)產(chǎn)的損失，取得了明顯的減災(zāi)成果和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

由于無(wú)人值守自動(dòng)氣象站空間分辨率比有人值守的自動(dòng)站高很多，已成為精細(xì)化預(yù)報(bào)、雷達(dá)降水估測(cè)和災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為了提高自動(dòng)氣象站資料的可用性、準(zhǔn)確性，發(fā)揮其在監(jiān)測(cè)和預(yù)警氣象災(zāi)害工作中的作用，王海軍等、竇以文等、陶士偉等、封秀燕等、李志鵬等應(yīng)用成熟的氣象資料質(zhì)量控制方法，對(duì)這些方法改進(jìn)，相繼開發(fā)了其所在區(qū)域的國(guó)家級(jí)地面自動(dòng)站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。目前我國(guó)氣象業(yè)務(wù)工作中運(yùn)行的實(shí)時(shí)氣象資料業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)（MDOS）也是在吸收上述系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上研制的，采取國(guó)家一級(jí)控制，結(jié)合省級(jí)資料處理工作者的實(shí)時(shí)監(jiān)視，以省級(jí)監(jiān)控為主，縣級(jí)工作人員在省級(jí)指導(dǎo)下對(duì)可疑數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋處理。該系統(tǒng)已基本實(shí)現(xiàn)了及時(shí)發(fā)現(xiàn)無(wú)人自動(dòng)氣象站故障、資料異常等現(xiàn)象。本文利用貴州省2015年自動(dòng)氣象站運(yùn)行質(zhì)量評(píng)估結(jié)果資料，對(duì)數(shù)據(jù)可用率進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了影響無(wú)人值守自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)可用率低的主要原因。

1 資料來源

有人值守國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站臺(tái)站評(píng)估數(shù)據(jù)來源于省級(jí)質(zhì)控后的月報(bào)數(shù)據(jù)文件，區(qū)域站及無(wú)人值守國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站評(píng)估數(shù)據(jù)來源于貴州省實(shí)時(shí)氣象資料業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)（MDOS）數(shù)據(jù)評(píng)估質(zhì)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果，并對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果中的明顯錯(cuò)誤進(jìn)行了二次人工質(zhì)量控制，臺(tái)站建設(shè)數(shù)據(jù)來源于貴州省氣象局觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)處。

2 評(píng)估結(jié)果與分析

2.1 觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量

統(tǒng)計(jì)分析貴州省2015年、有人值守、無(wú)人值守自動(dòng)氣象站的質(zhì)量，無(wú)人值守國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)可用率（或可用性）為92.8%，缺測(cè)率達(dá)6.3%，數(shù)據(jù)可用率最低的站僅77.5%，區(qū)域站數(shù)據(jù)可用率雖然達(dá)到98.7%，最低僅33.7%。

2.2 各類自動(dòng)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)的比較

2.2.1 與國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站地理位置臨近且建站環(huán)境規(guī)范的區(qū)域自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)之比較

為保證結(jié)果的客觀性，對(duì)比站的選取要求距離近、海拔高差不足10m，觀測(cè)數(shù)據(jù)有缺測(cè)的月份不比較。表1是傳感器安裝位置符合規(guī)范的區(qū)域自動(dòng)氣象站與臨近的國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站的具體情況。

對(duì)兩站的氣溫與降水對(duì)比分析（差值=國(guó)家站—區(qū)域站，相對(duì)誤差以國(guó)家站觀測(cè)值為基準(zhǔn)）。由氣溫的對(duì)比分析看出，月平均氣溫差值平均為0.2°C，月平均最高氣溫差值平均為0.2°C，月平均最低氣溫差值平均為0.3°C，月極端最高氣溫差值平均-0.1°C，9月份月極端最高氣溫出現(xiàn)日期不一致，極端最低氣溫差值平均0.5°C，發(fā)生日期一致，除極端最低氣溫外，其他氣溫要素平均誤差基本在儀器誤差范圍±0.2°C內(nèi)。月降水量差值平均16.3mm，相對(duì)誤差平均值24.8%，月降水量單月最大差值48.8mm，相對(duì)誤差最大值85.6%；月最大日降水量差值平均2.7mm，相對(duì)誤差平均值13.9%，月最大日降水量最大差值13.6mm，相對(duì)誤差最大值76.0%，且該月最大日降水量出現(xiàn)日期不一致。

2.2.2 與國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站地理位置臨近但建站環(huán)境不規(guī)范的區(qū)域自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)之比較

表2是隨機(jī)選取的傳感器安裝位置不符合規(guī)范的區(qū)域自動(dòng)氣象站與臨近的國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站的地理位置和安裝環(huán)境情況。

對(duì)兩站的氣溫與降水對(duì)比分析。由氣溫的對(duì)比分析看出，月平均氣溫差值平均為0.2（-0.5）°C，月平均最高氣溫差值平均為-1.6（-2.3）°C，月平均最低氣溫差值平均為0.8（0.1）°C，月極端最高氣溫差值平均-3.4（-4.1）°C，月極端最高氣溫出現(xiàn)日期有6個(gè)月不一致，極端最低氣溫差值平均1.2（-0.5）°C，僅6月發(fā)生日期不一致，除最低氣溫外，其他氣溫要素平均誤差都超過儀器誤差范圍±0.2°C。月降水量差值平均0.7mm，相對(duì)誤差平均值18.2%，月降水量單月最大差值57.0mm，相對(duì)誤差最大值90.5%；月最大日降水量差值平均1.8mm，相對(duì)誤差平均值19.6%，月最大日降水量最大差值17.9mm，相對(duì)誤差最大值92.9%，有3個(gè)月最大日降水量出現(xiàn)日期不一致。

3 無(wú)人值守自動(dòng)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)可用性與可用率差的原因

自動(dòng)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)可用性與可用率發(fā)生差異的原因主要來源于傳感器安裝不規(guī)范，包括自身安裝不規(guī)范和安裝環(huán)境不規(guī)范；儀器故障沒有及時(shí)排除導(dǎo)致觀測(cè)數(shù)據(jù)異常。

下墊面狀況是影響氣溫要素觀測(cè)數(shù)據(jù)可用性的關(guān)鍵因子，不同的下墊面環(huán)境其輻射、反射效果不同，從而影響氣溫要素?cái)?shù)據(jù)的可用性，如安裝在屋頂、水泥地面上空的氣溫傳感器，與安裝在觀測(cè)場(chǎng)上空的氣溫傳感器，其觀測(cè)數(shù)據(jù)在最高氣溫、極端最高氣溫方面就有較大差異。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)氣象局.地面氣象觀測(cè)規(guī)范[M].北京：氣象出版社，2008：1.

[2] 王海軍，楊志彪.自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)資料自動(dòng)質(zhì)量控制方法及其應(yīng)用[J].氣象，2007，33（10）：102-109.

[3] 竇以文，屈玉貴.北京自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制應(yīng)用[J].氣象，2008，34（8）：77-81.

[4] 陶士偉，仲躋芹.地面自動(dòng)站資料質(zhì)量控制方案及應(yīng)用[J].高原氣象，2009，28（5）：1202-1209.

[5] 封秀燕，何志軍.自動(dòng)站實(shí)時(shí)資料質(zhì)量控制開放式平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2010，21（4）：506-512.

[6] 李志鵬，張瑋.自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)質(zhì)量控制業(yè)務(wù)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].氣象，2012，38（3）：371-376.