自動(dòng)觀測(cè)土壤體積含水量實(shí)時(shí)資料自動(dòng)質(zhì)量控制方法

摘要：利用氣候界限值（要素允許值）檢查、臺(tái)站氣候極值檢查、時(shí)間一致性檢查、內(nèi)部一致性檢查、空間一致性檢查，對(duì)自動(dòng)土壤水分站的實(shí)時(shí)資料進(jìn)行了自動(dòng)質(zhì)量控制。針對(duì)各層水分間沒(méi)有具體的大小關(guān)系和等式關(guān)系，提出一種通過(guò)比較各層水分一小時(shí)變化值大小來(lái)判別數(shù)據(jù)質(zhì)量的內(nèi)部一致性方法。應(yīng)用上述質(zhì)量控制方法，對(duì)安徽省2011年4月-2011年7月共4個(gè)月近82個(gè)自動(dòng)土壤水分站的8層土壤體積含水量數(shù)據(jù)進(jìn)行了質(zhì)量控制，錯(cuò)誤檢出率為1.49%。經(jīng)自動(dòng)質(zhì)量控制后，實(shí)時(shí)水分?jǐn)?shù)據(jù)的可靠性有較大程度提高。試驗(yàn)表明，安徽省82站1個(gè)時(shí)次的體積含水量數(shù)據(jù)可以在3min內(nèi)完成質(zhì)量控制，能保證實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)運(yùn)行時(shí)效。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)土壤水分站；體積含水量；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制；內(nèi)部一致性；空間插值

中圖分類號(hào)：S152.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

隨著我省自動(dòng)土壤水分觀測(cè)站網(wǎng)的建立，傳統(tǒng)的每旬逢8日人工取土烘干稱重法測(cè)墑將逐步被自動(dòng)土壤水分測(cè)墑取代。自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀可以方便、快速的在同一地點(diǎn)進(jìn)行不同層次土壤水分觀測(cè)，獲取具有代表性、準(zhǔn)確性和可比較性的土壤水分連續(xù)觀測(cè)資料，可減輕人工觀測(cè)勞動(dòng)量、提高觀測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)空密度，為干旱監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報(bào)和服務(wù)提供實(shí)時(shí)的土壤水分監(jiān)測(cè)資料。隨著自動(dòng)土壤水分資料的廣泛應(yīng)用，其質(zhì)量倍受關(guān)注。

目前，國(guó)外有許多學(xué)者對(duì)氣象實(shí)時(shí)資料質(zhì)量控制方法做過(guò)研究[1]，我國(guó)王海軍等[2]、任芝花等[3]對(duì)自動(dòng)站實(shí)時(shí)資料做過(guò)質(zhì)量控制，這些研究基本針對(duì)氣溫、地溫、相對(duì)濕度、氣壓、風(fēng)速等要素，然而對(duì)自動(dòng)土壤水分站實(shí)時(shí)水分資料進(jìn)行系統(tǒng)的質(zhì)量控制沒(méi)見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。

本文對(duì)臺(tái)站上傳的每小時(shí)整點(diǎn)的體積含水量數(shù)據(jù)在省級(jí)進(jìn)行實(shí)時(shí)和自動(dòng)的質(zhì)量控制方法進(jìn)行探討。

2質(zhì)量控制要素選擇

3數(shù)據(jù)質(zhì)量控制碼的規(guī)定

4.4內(nèi)部一致性檢查

各層土壤體積含水量之間沒(méi)有明顯的大小關(guān)系和等式關(guān)系，且目前對(duì)土壤水分的垂直變化趨勢(shì)的研究都是從長(zhǎng)時(shí)間尺度的氣候?qū)W角度入手[7] [8]，對(duì)短時(shí)間尺度如1小時(shí)變化趨勢(shì)的研究還沒(méi)有展開(kāi)，加之傳感器的標(biāo)定會(huì)受人工對(duì)比觀測(cè)誤差的影響，測(cè)值可能存在粗大誤差，這也是目前自動(dòng)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)質(zhì)量控制沒(méi)有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展的重要原因。通過(guò)對(duì)本省2009年7月至2011年8月的各站8層土壤體積含水量的分析，各層水分的小時(shí)變化值（絕對(duì)值）有一定的規(guī)律，在有無(wú)降水和灌溉條件時(shí)，一般表現(xiàn)為表層（0～30cm）的水分小時(shí)變化值大于中層（30～60cm）的水分小時(shí)變化值，而中層的小時(shí)變化值又大于深層（60～100cm）的小時(shí)變化值。本文將上一步時(shí)變檢查所用的各層水分一小時(shí)變化值取絕對(duì)值作為內(nèi)部一致性檢查的輸入值，分別將第1層與第5層、第2層與第6層、第3層與第8層、第4層與第10層的水分時(shí)變絕對(duì)值進(jìn)行大小比較，如果值為正，則兩層的質(zhì)量控制碼都置為0（QC5=0），否則置都為1（QC5=1）。考慮到地下水位較淺的地區(qū)，其土壤水分受地下水影響而出現(xiàn)測(cè)值波動(dòng)較大的情況，因此內(nèi)部一致性檢查不對(duì)測(cè)值作錯(cuò)誤標(biāo)識(shí)。

4.5空間一致性檢查

土壤水分的地理空間分布具有連續(xù)性和相關(guān)性，因此可采用空間插值方法的空間一致性檢驗(yàn)。根據(jù)插值原理，對(duì)于被檢站被檢時(shí)次的水分值，可用鄰近參考站的數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)被檢站數(shù)據(jù)xp，再根據(jù)觀測(cè)值與估計(jì)值差值大小和閾值的比較結(jié)果，確定數(shù)據(jù)質(zhì)量控制碼。

6結(jié)束語(yǔ)

1）利用多種質(zhì)量控制方法，對(duì)安徽省82個(gè)自動(dòng)土壤水分站每小時(shí)整點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)質(zhì)量控制，整個(gè)算法流程3分鐘內(nèi)可執(zhí)行完成，能保證實(shí)時(shí)運(yùn)行的時(shí)效要求。

2）通過(guò)對(duì)安徽省2011年 4月到7月共4個(gè)月的體積含水量數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制，錯(cuò)誤數(shù)據(jù)檢出率為1.49%，和通過(guò)自動(dòng)土壤水分客戶端瀏覽軟件進(jìn)行人工判別數(shù)據(jù)質(zhì)量的方法相比，質(zhì)控結(jié)果基本一致，但效率更高。

3）通過(guò)對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的分析，參考相應(yīng)的物理工程量，可以檢測(cè)出自動(dòng)土壤水分站運(yùn)行狀態(tài)，從而亦可實(shí)現(xiàn)土壤水分站的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，對(duì)設(shè)備保障起到關(guān)鍵作用。

4）目前臺(tái)站都沒(méi)有地下水位觀測(cè)資料，無(wú)法反映地下水對(duì)土壤濕度的影響，因此未來(lái)將引入地下水位觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)算法作進(jìn)一步完善，以適應(yīng)業(yè)務(wù)運(yùn)行的要求。

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