內(nèi)蒙古自動(dòng)氣象站觀測(cè)要素缺測(cè)原因分析

楊明華 郭海平

摘 要：在自動(dòng)氣象站長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控過程中發(fā)現(xiàn)大量觀測(cè)要素缺測(cè)，且2016年以來呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，為了查找觀測(cè)要素缺測(cè)原因，本文通過分類描述統(tǒng)計(jì)和相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)2012—2018年內(nèi)蒙古ASOM平臺(tái)上國(guó)家自動(dòng)氣象站觀測(cè)要素缺測(cè)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明：國(guó)家自動(dòng)氣象站設(shè)備故障是導(dǎo)致觀測(cè)要素缺測(cè)的主要影響因素，電磁干擾及設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定為次要影響因素；DZZ4型自動(dòng)氣象站設(shè)備故障率較低，但其抗電磁干擾能力及運(yùn)行穩(wěn)定性較弱，DZZ5型自動(dòng)氣象站故障率相對(duì)較高，但抗電磁干擾能力及運(yùn)行穩(wěn)定性較強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：國(guó)家自動(dòng)氣象站；觀測(cè)要素缺測(cè)；影響因素；分類描述統(tǒng)計(jì)分析；相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析

中圖分類號(hào)：S163+.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190515057

引言

自動(dòng)氣象站是地面氣象觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分。自動(dòng)氣象站運(yùn)行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)單個(gè)觀測(cè)要素缺測(cè)或多個(gè)觀測(cè)要素同時(shí)缺測(cè)現(xiàn)象，一定程度上影響了自動(dòng)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。目前，國(guó)內(nèi)針對(duì)某種或某時(shí)次觀測(cè)要素變化特征[1]和數(shù)據(jù)異常處理方法已有大量研究，但對(duì)多站點(diǎn)、長(zhǎng)時(shí)間序列自動(dòng)氣象站觀測(cè)要素缺測(cè)原因分析較少。本文對(duì)ASOM（運(yùn)行監(jiān)控業(yè)務(wù)系統(tǒng)）2012—2018年119個(gè)自動(dòng)氣象站1001個(gè)時(shí)次觀測(cè)要素缺測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并分析得出內(nèi)蒙古自動(dòng)氣象站觀測(cè)要素缺測(cè)主要原因。

1 觀測(cè)要素缺測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析

本文針對(duì)自動(dòng)氣象站觀測(cè)要素缺測(cè)的無序資料，運(yùn)用描述統(tǒng)計(jì)和相關(guān)分析方法進(jìn)行了數(shù)據(jù)集中趨勢(shì)、影響因子和相關(guān)特性分析。

1.1 影響因素的相關(guān)分析

本文整理了近7a內(nèi)蒙古自動(dòng)氣象站觀測(cè)要素缺測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)自動(dòng)氣象站觀測(cè)要素缺測(cè)影響因子主要包括設(shè)備故障、電磁干擾及觀測(cè)設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定、降水影響和業(yè)務(wù)調(diào)整，并對(duì)上述影響因子出現(xiàn)頻次進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（如圖1）。結(jié)果表明：2012年自動(dòng)氣象站觀測(cè)要素缺測(cè)較多、2013—2015年觀測(cè)要素缺測(cè)較少，但2015年前觀測(cè)要素缺測(cè)主要由設(shè)備故障所致；2016年起，觀測(cè)要素缺測(cè)頻次顯著上升，主要原因集中在設(shè)備故障、電磁干擾及設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定方面。

統(tǒng)計(jì)學(xué)中，協(xié)方差、相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式為：

協(xié)方差：covX，Y=∑ni=1Xi-X-Yi-Y-n-1

相關(guān)系數(shù)： ρXY=covX，Y ∑Xi-X-2n-1 ∑Yi-Y-2n-1

其中：X和Y為2個(gè)變量，X-和Y-是X和Y的平均值，n為變量值的數(shù)量。本文，利用協(xié)方差和相關(guān)系數(shù)2個(gè)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析了自動(dòng)氣象站觀測(cè)要素缺測(cè)與各影響因子之間關(guān)系。將觀測(cè)要素缺測(cè)量設(shè)定為變量Y，將設(shè)備故障影響量、電磁干擾及不穩(wěn)定影響量、降水影響量、業(yè)務(wù)調(diào)整量設(shè)定為變量Xi。計(jì)算變量X1、X2、X3、X4與變量Y的協(xié)方差和相關(guān)系數(shù)如表1所示。

表1中，協(xié)方差值均為正，表明設(shè)備故障、電磁干擾及設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定、降水和業(yè)務(wù)調(diào)整影響因子的變化趨勢(shì)均與觀測(cè)要素缺測(cè)量變化趨勢(shì)正相關(guān)。從相關(guān)系數(shù)值（ρ）來看，設(shè)備故障影響量與觀測(cè)要素缺測(cè)量的相關(guān)系數(shù)最大（0.94），相關(guān)性最強(qiáng)；電磁干擾及不穩(wěn)定影響量和降水影響量與觀測(cè)要素缺測(cè)量的相關(guān)系數(shù)次之，相關(guān)性較強(qiáng)；業(yè)務(wù)調(diào)整數(shù)據(jù)量與觀測(cè)要素缺測(cè)累計(jì)量的相關(guān)系數(shù)非常?。?.07），可以忽略不計(jì)。

1.2 缺測(cè)要素分類統(tǒng)計(jì)分析

在整理近7a內(nèi)蒙古自動(dòng)氣象站觀測(cè)要素缺測(cè)數(shù)據(jù)過程中，發(fā)現(xiàn)觀測(cè)要素缺測(cè)主要集中在地溫、風(fēng)向風(fēng)速、小時(shí)降水量、氣壓等要素部分或全部缺測(cè)，且觀測(cè)要素缺測(cè)量在秋冬季節(jié)明顯增加，這與風(fēng)向風(fēng)速、氣壓、降水要素缺測(cè)量突增有關(guān)。同時(shí)，設(shè)備故障為主要影響因子，電磁干擾及設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定為次要影響因子。

1.3 設(shè)備性能分析

內(nèi)蒙古國(guó)家自動(dòng)氣象站主要使用中國(guó)華云技術(shù)開發(fā)公司DZZ5型設(shè)備和江蘇省無線電科學(xué)研究所有限公司DZZ4型設(shè)備。其中，DZZ4型設(shè)備使用比率為12.6%，DZZ5型設(shè)備使用比率為87.4%。本文對(duì)2種型號(hào)自動(dòng)氣象站設(shè)備故障比率、故障影響數(shù)據(jù)比率、干擾及設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定影響數(shù)據(jù)比率進(jìn)行了計(jì)算（結(jié)果如圖2），計(jì)算公式如下。 故障比率=硬件故障次數(shù)+軟件故障次數(shù)故障總次數(shù)×100%

故障影響數(shù)據(jù)比率=硬件故障影響數(shù)據(jù)量+軟件故障影響數(shù)據(jù)量故障影響數(shù)據(jù)總量×100%

干擾及設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定影響數(shù)據(jù)比率=單一型號(hào)設(shè)備干擾及設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定影響數(shù)據(jù)量干擾及設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定影響數(shù)據(jù)總量×100%

從圖3可以得出：DZZ4型設(shè)備故障比率、故障影響數(shù)據(jù)比率均低于設(shè)備使用比率，表明DZZ4型設(shè)備故障率較低，干擾及設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定影響數(shù)據(jù)比率高于設(shè)備使用比率、故障比率和故障影響數(shù)據(jù)，表明該型號(hào)設(shè)備穩(wěn)定性相對(duì)較差，抗干擾能力及運(yùn)行穩(wěn)定性較弱；DZZ5型設(shè)備故障比率、故障影響數(shù)據(jù)比率均高于設(shè)備使用比率，表明DZZ5型設(shè)備故障率較高，干擾及設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定影響數(shù)據(jù)比率低于設(shè)備使用比率、故障比率和故障影響數(shù)據(jù)，表明該型號(hào)設(shè)備穩(wěn)定性較好，抗干擾能力及運(yùn)行穩(wěn)定性較強(qiáng)。

2 結(jié)論

內(nèi)蒙古自動(dòng)氣象站觀測(cè)要素缺測(cè)主要表現(xiàn)為風(fēng)向風(fēng)速、氣壓、地溫、降水5個(gè)觀測(cè)要素單要素或多要素缺測(cè)，主要原因?yàn)樵O(shè)備故障和電磁干擾造成的設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定所致。每年的9—12月內(nèi)蒙古自動(dòng)氣象站觀測(cè)要素缺測(cè)多發(fā)，主要原因?yàn)榍锒練鈮簜鞲衅骱头Q重降水傳感器故障較多。同時(shí)，通過對(duì)比分析得出DZZ4型設(shè)備故障率較低，抗干擾能力及運(yùn)行穩(wěn)定性較弱；DZZ5型設(shè)備故障率較高，抗干擾能力及運(yùn)行穩(wěn)定性較強(qiáng)。

3 結(jié)束語

本文的研究結(jié)果表明自動(dòng)氣象站觀測(cè)要素缺測(cè)與設(shè)備運(yùn)行狀況密切相關(guān)，提高設(shè)備保障維修技術(shù)能力，降低設(shè)備平均故障維修時(shí)間和平均故障持續(xù)時(shí)間是減少觀測(cè)要素缺測(cè)的有效途徑，同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)自動(dòng)氣象站運(yùn)行狀況監(jiān)控。

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