氣象資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)操作平臺(tái)省級(jí)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制分析

林 松 張華琳

(福建省氣象信息中心，福建 福州 350001)

1 概述

氣象資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)(MDOS)操作平臺(tái)是2014年5月在全國開展試運(yùn)行的氣象資料處理系統(tǒng)，福建省為全國試運(yùn)行五個(gè)省份之一。經(jīng)過積累經(jīng)驗(yàn)和程序更新升級(jí)，該系統(tǒng)逐步成熟和完善，2015年在全國正式推廣使用，進(jìn)入業(yè)務(wù)化運(yùn)行。它是開展實(shí)時(shí)資料和歷史資料加工處理及應(yīng)用的一體化業(yè)務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)，是一個(gè)集多種功能，以省級(jí)數(shù)據(jù)監(jiān)控處理與查詢?yōu)楹诵?，涵蓋臺(tái)站級(jí)處理與反饋，銜接國家級(jí)處理與查詢的綜合性氣象資料業(yè)務(wù)平臺(tái)。MDOS操作平臺(tái)的功能菜單包括：數(shù)據(jù)接收與上傳監(jiān)控、質(zhì)控信息處理、數(shù)據(jù)質(zhì)量分析與處理、實(shí)況產(chǎn)品顯示與評(píng)估、文件制作與數(shù)據(jù)顯示、元數(shù)據(jù)基本信息、元數(shù)據(jù)審核與反饋、質(zhì)量與處理情況、基本信息顯示與管理、系統(tǒng)管理。界面右上角的快捷通道包含日清、月清、年清、數(shù)據(jù)空間分析、綜合一致性分析、探空曲線顯示、任意數(shù)據(jù)修改、數(shù)據(jù)查詢與質(zhì)疑、支撐表與服務(wù)表數(shù)據(jù)對比等子菜單。臺(tái)站主要工作任務(wù)是反饋MDOS操作平臺(tái)中省級(jí)查詢的各類疑誤信息以及主動(dòng)反饋的疑誤信息。省級(jí)MDOS操作平臺(tái)的主要任務(wù)是實(shí)時(shí)監(jiān)控和接收各類氣象數(shù)據(jù)，并對各類氣象疑誤信息進(jìn)行質(zhì)控處理與反饋。本文結(jié)合實(shí)際值班工作經(jīng)驗(yàn)提出MDOS操作平臺(tái)一些常見疑誤信息的質(zhì)控信息處理方法和數(shù)據(jù)質(zhì)控分析，幫助基層臺(tái)站業(yè)務(wù)人員更好地適應(yīng)全自動(dòng)一體化業(yè)務(wù)工作，滿足現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)對氣象資料在完整性、時(shí)效性、一致性和高質(zhì)量數(shù)據(jù)方面的要求。下面著重介紹七大類氣象數(shù)據(jù)的省級(jí)質(zhì)控信息處理與分析。

2 質(zhì)控信息處理與分析

2.1 省級(jí)處理與查詢反饋

省級(jí)處理與查詢反饋提供質(zhì)控后疑誤數(shù)據(jù)的處理、查詢功能。通過確認(rèn)無誤、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)修改、使用原數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)交臺(tái)站等操作，實(shí)現(xiàn)省級(jí)數(shù)據(jù)處理中心的業(yè)務(wù)功能。

省級(jí)處理與查詢反饋分為 “省級(jí)查詢與處理”“已反饋待確認(rèn)”“已查詢待反饋”“已處理”“多要素缺測”“批量數(shù)據(jù)反饋待確認(rèn)”6個(gè)頁面。

省級(jí)數(shù)據(jù)處理人員對疑誤數(shù)據(jù)處理方式主要有：確認(rèn)無誤(單條處理或批量處理)、交臺(tái)站處理(單條處理或批量處理)、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤(單條處理或批量處理)、數(shù)據(jù)修改、設(shè)置黑名單、撤回(單條處理或批量處理)、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤(按缺測處理)和處理臺(tái)站反饋，對觀測數(shù)據(jù)處理方式包括多要素缺測、批量數(shù)據(jù)反饋待確認(rèn)。

省級(jí)數(shù)據(jù)處理流程：對系統(tǒng)提示的各類疑誤信息進(jìn)行確認(rèn)處理、將疑誤信息轉(zhuǎn)交臺(tái)站并處理臺(tái)站反饋、處理國家級(jí)的疑誤查詢信息并反饋、保障三級(jí)數(shù)據(jù)的一致性。處理流程包括以下9類[1]：

流程1：確認(rèn)無誤→處理完成。

流程2：交臺(tái)站處理→查詢臺(tái)站→處理提交。

流程3：交臺(tái)站處理→省級(jí)撤回→重新處理(可以回到流程1、3)

流程4：數(shù)據(jù)錯(cuò)誤→處理完成。

流程5：數(shù)據(jù)修改→查詢臺(tái)站→處理提交。

流程6：處理臺(tái)站反饋→同意臺(tái)站處理→確認(rèn)無誤(臺(tái)站判斷原數(shù)據(jù)無誤)→處理完成。

流程7：處理臺(tái)站反饋→同意臺(tái)站處理→數(shù)據(jù)修改(臺(tái)站修改數(shù)據(jù))→處理完成。

流程8：處理臺(tái)站反饋→返回臺(tái)站重新處理→重新查詢(回到流程2)。

流程9：處理臺(tái)站反饋→不同意臺(tái)站(修改)處理→使用原數(shù)據(jù)→處理完成。

流程10：處理臺(tái)站反饋→不同意臺(tái)站處理→數(shù)據(jù)修改→處理完成。

流程11：處理第三方查詢，經(jīng)流程1、2、3、4、5、6、7、8、9→生成反饋文件→上傳國家級(jí)。

圖1為省級(jí)處理與查詢反饋流程圖。

圖1 省級(jí)質(zhì)量控制信息處理、查詢與反饋流程示意圖

2.1.1 國家站

福建全省有70個(gè)國家級(jí)地面氣象自動(dòng)站，簡稱國家站，均有主站和備份站兩套自動(dòng)站設(shè)備。數(shù)據(jù)類型有：分鐘數(shù)據(jù)、小時(shí)數(shù)據(jù)、日數(shù)據(jù)、日照數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)要素類別分別是：氣溫、露點(diǎn)溫度、水汽壓、相對濕度、風(fēng)、氣壓、本站氣壓、海平面氣壓、降水量、蒸發(fā)量、淺層地溫、深層地溫、草面(雪面)溫度和地面狀態(tài)、能見度、云高、云狀、云量、天氣現(xiàn)象、雪深雪壓、凍土深度、重要天氣現(xiàn)象[1]。

全部要素須通過MDOS操作平臺(tái)的質(zhì)控程序進(jìn)行界限值檢查、范圍值檢查、內(nèi)部一致性檢查、時(shí)變檢查、時(shí)間持續(xù)性檢查，產(chǎn)生相應(yīng)的疑誤信息，供省級(jí)處理員進(jìn)行判斷處理。

日常值班過程中常出現(xiàn)的疑誤信息：

①未通過界限值、范圍值檢查；

③未通過內(nèi)部一致性檢查；

④天氣現(xiàn)象與各相關(guān)要素值相矛盾的疑誤；

⑤各種原因引起的數(shù)據(jù)缺測疑誤信息；

⑥小時(shí)值之和與日合計(jì)值不相符；

⑦分鐘值之和與小時(shí)值不一致。

日常值班過程中，70個(gè)國家站的疑誤信息相對少些。另外，要看天氣情況，晴好天氣，出現(xiàn)的疑誤信息就會(huì)少些，遇到雨天等復(fù)雜天氣過程，疑誤信息就會(huì)多些。

省級(jí)疑誤信息一般包括小時(shí)或分鐘的顯性錯(cuò)誤數(shù)據(jù)、缺測數(shù)據(jù)、可疑數(shù)據(jù)、日數(shù)據(jù)疑誤、日照數(shù)據(jù)疑誤。值班過程中發(fā)現(xiàn)小時(shí)或分鐘的顯性錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，各相應(yīng)要素明顯偏大或偏小，如雨量達(dá)200mm以上、氣溫超過50℃、風(fēng)速超過30m/s等異常值，應(yīng)及時(shí)處理并查找原因解決；發(fā)現(xiàn)缺測數(shù)據(jù)時(shí)臺(tái)站能用備份站數(shù)據(jù)替代的，盡量用備份站數(shù)據(jù)替代，不能替代的按規(guī)定處理。目前值班過程出現(xiàn)最多的是日數(shù)據(jù)天氣現(xiàn)象疑誤信息，如“08h過去12h有降水，但夜間無降水現(xiàn)象，未通過內(nèi)部一致性檢查”；“20h過去12h有降水，但白天無降水現(xiàn)象，未通過內(nèi)部一致性檢查”。這種情況一般是因?yàn)樘鞖猬F(xiàn)象儀漏記、誤判或雨量野值0.1mm等。“08h過去12h無降水，但夜間有降水現(xiàn)象，未通過內(nèi)部一致性檢查”；“20h過去12h無降水，但白天有降水現(xiàn)象，未通過內(nèi)部一致性檢查”，這種情況一般改08h或20h過去12h降水量為微量?！盁o降水現(xiàn)象，但分鐘降水量不為零(11∶47)等多種方法檢查，降水時(shí)段與小時(shí)降水量不匹配(12(0.1))”,這種情況一般指降水滯后量或野值。降水滯后量是指降水現(xiàn)象停止后，仍有降水量，若能判斷為滯后(量一般≤0.3 mm，且滯后時(shí)間不超過2h)，將該量累加到降水停止的那分鐘和小時(shí)時(shí)段內(nèi)，否則將該量刪除[2]?！盁o降水現(xiàn)象，但分鐘降水量不為零(內(nèi)含多分鐘實(shí)際降水?dāng)?shù)據(jù)的)等多種方法檢查”，這種情況一般判斷為自動(dòng)天氣現(xiàn)象儀漏判或誤判，應(yīng)更改日數(shù)據(jù)天氣現(xiàn)象數(shù)據(jù)。有時(shí)大的降水現(xiàn)象，會(huì)誤判為冰雹，也應(yīng)與臺(tái)站核實(shí)并更改天氣現(xiàn)象。自動(dòng)站儀器故障或檢定等原因造成數(shù)據(jù)未通過內(nèi)部一致性檢查，小時(shí)、分鐘等數(shù)據(jù)有缺測，要及時(shí)用備份站數(shù)據(jù)替代處理。孤站異常大降水，要及時(shí)查看天氣雷達(dá)回波降水情況，是否是真實(shí)下雨還是故障引起的，或是人為原因(如：檢定、澆水、儀器維護(hù)等)造成的。值班過程發(fā)現(xiàn)臺(tái)站小時(shí)數(shù)據(jù)缺測時(shí)，應(yīng)通知臺(tái)站及時(shí)補(bǔ)發(fā)更正報(bào)補(bǔ)缺測數(shù)據(jù)。

通過資源整合，廣墾旅游集團(tuán)爭取在酒店、旅行社、出租車隊(duì)三大核心板塊上實(shí)現(xiàn)效益較大突破，力爭在“十三五”期末營業(yè)收入達(dá)到五億元。

日照數(shù)據(jù)出現(xiàn)日照時(shí)數(shù)缺測現(xiàn)象，應(yīng)叫臺(tái)站及時(shí)補(bǔ)缺測數(shù)據(jù)并補(bǔ)發(fā)更正報(bào)，有多次發(fā)現(xiàn)臺(tái)站數(shù)據(jù)正常，軟件或通訊原因造成無法入庫，日照時(shí)數(shù)據(jù)缺測。日日照時(shí)數(shù)出現(xiàn)可疑，各時(shí)日照之和與日合計(jì)值不相等，要尋找是哪個(gè)時(shí)次造成的。值班過程經(jīng)常發(fā)現(xiàn)小時(shí)數(shù)據(jù)里的1min平均水平能見度、10min平均水平能見度、最小水平能見度及最小水平能見度出現(xiàn)時(shí)間缺測，遇這種情況要及時(shí)通知臺(tái)站補(bǔ)缺測數(shù)據(jù)并補(bǔ)發(fā)更正報(bào)。小時(shí)蒸發(fā)數(shù)據(jù)異常偏大或缺測，一般是下大雨汲水或儀器檢定等原因造成，小時(shí)蒸發(fā)沒有及時(shí)按0.0mm處理。小時(shí)的分鐘降水量合計(jì)值與小時(shí)降水量不相等，要積極查找是哪些分鐘數(shù)據(jù)引起的，及時(shí)訂正修改。天氣現(xiàn)象出現(xiàn)前一段結(jié)束時(shí)間與后一段開始時(shí)間相差小于15min以內(nèi)，天氣現(xiàn)象日數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行人工干預(yù)調(diào)整修改[3]。

2.1.2 區(qū)域站

福建全省有區(qū)域站自動(dòng)站考核站點(diǎn)1948個(gè)、國家級(jí)地面天氣站(骨干站)考核站點(diǎn)224個(gè)、公路交通氣象站考核站點(diǎn)42個(gè)，以及7個(gè)海洋浮標(biāo)站。

在日常值班過程中，質(zhì)控出現(xiàn)的疑誤信息多，特別是早晨接班后有大量數(shù)據(jù)要處理，其中最多的是各小時(shí)數(shù)據(jù)的海平面氣壓數(shù)據(jù)可疑或錯(cuò)誤，未通過內(nèi)部一致性檢查。一般根據(jù)氣壓曲線變化趨勢判斷是否有誤，大部分可疑的按確認(rèn)無誤處理，個(gè)別有跳變的按缺測處理，個(gè)別數(shù)值偏大或偏小的，應(yīng)核實(shí)參數(shù)是否設(shè)置正確。

小時(shí)內(nèi)最大風(fēng)速與小時(shí)內(nèi)極大風(fēng)速不一致，如：1.0m/s和0.9m/s、1.5m/s和1.2m/s，一般極大風(fēng)速要大于或等于最大風(fēng)速，是儀器和程序的問題，要改成一致。能見度出現(xiàn)超閾值，按缺測處理。小時(shí)內(nèi)氣溫、最高氣溫、最低氣溫變化大或突跳，未通過時(shí)變檢查，小時(shí)內(nèi)最高、最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間錯(cuò)誤，未通過界限值檢查，超出時(shí)間范圍，應(yīng)及時(shí)查找原因并與信保溝通，查看儀器是否出現(xiàn)故障。有的是故障引起的氣溫、氣壓、風(fēng)、降水量、相對濕度異常偏大或偏小，要及時(shí)屏蔽處理并通知信保直至修復(fù)。

2.1.3 高空站

福建擁有3個(gè)國家級(jí)高空站，均為L波段雷達(dá)探測系統(tǒng)，福州站的觀測時(shí)次為02h、08h、20h，廈門和邵武站的觀測時(shí)次為08h、20h。觀測資料上傳MDOS操作平臺(tái)分三次傳輸，分別是標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)50類文件、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)10類文件、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)00類文件以及S文件，在規(guī)定時(shí)間段內(nèi)上傳[4]。

高空站目前MDOS操作平臺(tái)質(zhì)控的各種疑誤信息，一般經(jīng)過值班人員的判斷，正確的按確認(rèn)通過，有明顯錯(cuò)誤的交返臺(tái)站進(jìn)行確認(rèn)和處理后再上傳省級(jí)質(zhì)控確認(rèn)，目前省級(jí)無修改數(shù)據(jù)權(quán)限，只能通過臺(tái)站修改更正。如02h的風(fēng)探測的頂項(xiàng)和地面層數(shù)據(jù)疑誤直接按確認(rèn)通過，是軟件問題產(chǎn)生的；08h和20h的規(guī)定等壓面層、壓溫濕特性層、風(fēng)特性層、最大風(fēng)層、規(guī)定高度層的各類疑誤數(shù)據(jù)要綜合判斷是確認(rèn)通過還是交返臺(tái)站處理。在高空資料處理方面，MDOS操作平臺(tái)軟件做得還不完善，有待進(jìn)一步更新升級(jí)。

2.1.4 輻射站

福建省有3個(gè)國家級(jí)輻射站，分別是福州、永安、建甌站，其中福州和永安是二級(jí)站，觀測數(shù)據(jù)有總輻射和凈輻射，建甌站為三級(jí)站，僅觀測總輻射；三個(gè)輻射站均已改為自動(dòng)觀測。

輻射站在MDOS操作平臺(tái)質(zhì)控的各種疑誤信息均為小時(shí)輻射數(shù)據(jù)的凈輻射數(shù)據(jù)，總輻射疑誤數(shù)據(jù)比較少出現(xiàn)。凈輻射疑誤值主要有凈輻射輻照度最大值、凈輻射輻照度最小值，凈輻射曝輻量、凈輻射輻照度、凈輻射輻照度最大出現(xiàn)時(shí)間、凈輻射輻照度最小出現(xiàn)時(shí)間。質(zhì)控時(shí)一般查看相關(guān)要素的時(shí)間變化曲線圖，在正常趨勢中沒有突變的確認(rèn)無誤通過，有突變或突跳的數(shù)值應(yīng)認(rèn)真查對，并與臺(tái)站核實(shí)確認(rèn)或更正。總輻射數(shù)值一般在30～400MJ·m-2之間，凈輻射數(shù)值一般在-25～400MJ·m-2之間，時(shí)(日)總輻射曝輻量大于等于時(shí)(日)凈全輻射曝輻量，日總輻射輻照度大于等于日凈全輻射最大輻照度。

2.1.5 酸雨站

酸雨站全省有四個(gè)，分別是福州、廈門、邵武、永安站，目前已經(jīng)全部更換為自動(dòng)觀測系統(tǒng)。酸雨資料為酸雨日數(shù)據(jù),每日上傳一次，上傳時(shí)間為北京時(shí)間8時(shí)50分后。

酸雨資料在MDOS操作平臺(tái)質(zhì)控的疑誤信息有酸雨觀測降水量疑誤，降水開始時(shí)間和降水結(jié)束時(shí)間疑誤，特別是降水量在1.0mm以下，降水開始時(shí)間系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的，需要人工干預(yù)修改，降水結(jié)束時(shí)間有誤也要提交臺(tái)站人工修改。如果有復(fù)測指示碼疑誤提示，應(yīng)查看是否有復(fù)測數(shù)據(jù)，并與臺(tái)站核實(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)。降水期間天氣現(xiàn)象疑誤時(shí)，應(yīng)查看相應(yīng)的地面天氣現(xiàn)象記錄，判斷是否正確。自動(dòng)觀測系統(tǒng)初測K值、pH值各次讀數(shù)和平均值有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不一致，要修改成一致。

2.1.6 土壤水分站

土壤水分站全省有32個(gè)國家級(jí)考核站，所出現(xiàn)的疑誤信息一般為土壤水分小時(shí)數(shù)據(jù)，0～10cm/體積含水量的疑誤值，通過查看各層相關(guān)要素的時(shí)間變化曲線圖趨勢進(jìn)行判斷數(shù)據(jù)是否正確，一般雨天會(huì)提出一些疑誤信息。以2022年5月22日58821站為例，MDOS質(zhì)控結(jié)果提示“19～21h 0～10cm體積含水量未通過降水關(guān)系檢查(1.2,F8434)”，即與關(guān)聯(lián)站點(diǎn)的降水空間一致性檢查不通過，應(yīng)通過查詢臺(tái)站相關(guān)氣象要素進(jìn)行綜合判斷(圖2)。雖然19～21h期間降水量遞減，但由于夜間氣溫、地溫下降，相對濕度逐步提升，地表蒸散發(fā)受到抑制，且地表降水不斷累積，淺層土壤的體積含水量不斷提高，這種狀態(tài)與天氣狀況相符，可以判斷為“無誤”。儀器故障或其他原因造成數(shù)據(jù)缺測或跳變，應(yīng)及時(shí)通知相應(yīng)臺(tái)站進(jìn)行維護(hù)維修，更換采集器，排除故障；明顯跳變疑誤數(shù)據(jù)應(yīng)按缺測處理。

圖2 58821站2022年5月22日土壤水分站點(diǎn)檢查不通過的氣象要素

2.1.7 大氣成分站

大氣成分觀測全省有3個(gè)國家級(jí)考核站，分別是福州、廈門、泉州。主要觀測氣溶膠質(zhì)量濃度、PM10質(zhì)量濃度和PM2.5質(zhì)量濃度。日常值班過程MDOS操作平臺(tái)質(zhì)控的疑誤信息比較少，出現(xiàn)一般儀器故障時(shí)PM10質(zhì)量濃度和PM2.5質(zhì)量濃度會(huì)變大或變小。這時(shí)，要與日常數(shù)據(jù)進(jìn)行比較判斷是否數(shù)據(jù)正確，通過查看PM10質(zhì)量濃度相關(guān)要素的時(shí)間變化曲線圖或PM2.5質(zhì)量濃度相關(guān)要素的時(shí)間變化曲線圖進(jìn)行判斷，就比較明了。

3 結(jié)束語

MDOS操作平臺(tái)在全國業(yè)務(wù)使用已經(jīng)多年。在日常值班過程中，積累了一定的資料和處理經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行了歸納總結(jié)，冀望藉此可以幫助基層臺(tái)站業(yè)務(wù)人員更好地適應(yīng)全自動(dòng)一體化業(yè)務(wù)工作。梳理了MDOS操作平臺(tái)疑誤信息的多種處理流程，通過國家站、區(qū)域站、高空站、輻射站、酸雨站、土壤水分站和大氣成分站在業(yè)務(wù)中頻繁出現(xiàn)的質(zhì)疑提示舉例，提出處理建議，旨在為氣象資料檢測和質(zhì)量控制提供參考資料。MDOS操作平臺(tái)疑誤信息產(chǎn)生的原因是多方面的，如儀器自身測量精度問題、儀器故障、雷擊故障、軟件不完善、通訊故障、人為維護(hù)和處理不當(dāng)?shù)?，通過對各模塊疑誤信息的處理分析，及時(shí)處理疑誤數(shù)據(jù)資料，保證實(shí)時(shí)氣象資料的完整性、時(shí)效性、一致性，可以為滿足現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)高質(zhì)量數(shù)據(jù)的需求提供服務(wù)。