海洋水文氣象實時數據質量控制

汪寧 張曉慧(海軍北海艦隊海洋水文氣象中心,山東青島 266003)

海洋水文氣象實時數據質量控制

汪寧 張曉慧(海軍北海艦隊海洋水文氣象中心,山東青島 266003)

在對海洋水文氣象進行實時觀測的過程中，觀測數據處理過程包括采集、摘錄、編報、通訊等。如果在處理的過程中出現錯誤的數據，將會對海洋氣象預報的發布工作造成直接的影響。本文針對海洋水文氣象實時數據的質量控制提出了兩種方法，一種是極值控制法，一種是一致性檢驗控制法，通過這兩種方法來確保數據的質量，提高氣象預報的準確性。

海洋水文氣象數據 質量控制 數據處理

在對海洋氣象進行預報與研究的過程中,對水文氣象實時觀測數據的質量進行控制具有非常重要的影響。傳統的實時數據質量控制方法為人工控制方式,隨著科技的不斷發展與實時數據的不斷增多,計算機逐步取代人工。不同的數據質量控制方法具有不同的局限性,要依據不同的場合與要素對控制方法進行合理的選擇。本文主要介紹了兩種用于實時數據控制的方法,一種是極值控制法,一種是一致性檢驗控制法。

1 極值控制法

在海洋水文氣象要素中,存在上限與下限。極值控制法就是利用水文氣象要素所具有的這種特點,通過極值的確定來對數據的正確性進行判斷。如果實時觀測數據在極值范圍之內,則數據是正確的;如果實時觀測數據超過了極值的范圍,則數據應該被剔除。

1.1 選取適當的極值

極值的確定是極值控制法的關鍵所在,極值適當與否對預期目標的實現具有決定性的作用。如果極值的范圍過大,將削弱控制的質量;如果極值的范圍過小,將對真實的數據造成誤判。在對極值進行選取的過程中包括多種方法,要素物理特性、觀測規范、歷史極值等都可作為極值選取的依據。此外,“萊因達”準則計算方法也是一種極值選取的有效方法。

1.2 萊因達準則計算方法

萊茵帶準則又可以稱之為“3·準則”。在誤差理論之下可以得出,隨機誤差·在一般個情況下是服從正態分布的,其中·表示的是未知的標準差。其中用S表示標準差,·X表示真值。如果觀測數據Xi的殘差Vi滿足時,證明Xi是可疑的數據,該數據就應該被剔除掉。

當觀測數據Xi滿足上述兩個公式中的任意一個公式時,證明該觀測值是錯誤的,需要將其進行剔除。

1.3 萊因達準則中所需樣本的選擇

在運用萊因達準則對極值進行確定的過程中,其計算的前提為觀測數據數量足夠。因此萊因達準則在觀測次數較多的場合較為適應,能夠確保穩定的“棄真”概率。在對其所需樣本進行選擇的過程中,要將計算機性能、資料數量等作為選擇依據。在樣本選擇的過程中,可以選擇不同的年份中相同月份的資料,也可以選擇不同年份中相同季度的資料。一般情況下,最佳的樣板選擇時間序列為大于15年,控制時段為1個月。此外,氣溫要素也是需要考慮的因素之一,可選擇每天固定時間點的資料,一般情況下分為2點、8點、14點、20點四個時間點。在對樣本選擇完成之后就可以對極值進行計算。

2 一致性檢驗控制法

2.1 一致性檢驗控制法的操作過程

在對海洋水文氣象實時數據質量進行控制的過程中,一致性檢驗控制法是應用較為廣泛的方法之一。一致性檢驗控制法對質量進行控制的基本思想是檢查要素之間的關系,通過關系的檢查來對要素進行判斷。要素之間的關系包括:天氣現象與能見度、總云量與低云量、氣溫與露點、風速與浪高、浪高與周期等。當兩個要素之間所存在的是矛盾關系時,可以判定兩個要素之間存在一個錯誤的要素。但是在錯誤要素具體判斷的過程中卻存在一定的難度,不能夠確切地判定哪個要素是正確的、哪個要素是錯誤的。在對海洋氣象進行預報與科研的實際工作過程中,工作人員在對要素進行判斷的過程中往往將圖像或者經驗作為判斷依據。但是如果利用計算機來替代人工完成這項工作,軟件的設計將是一項非常困難的工作。在數據處理的過程中,龐大的診斷軟件不切實際,實現的可能性非常小。因此,在對一對存在矛盾關系的數據進行處理的過程中,一種處理方法就是兩個要素全部刪除,另外一種處理方法就是通過判斷條件的附加進行進一步判斷。例如,在判斷的過程中可以選擇5°×5°范圍內的最鄰近的測站來作為附件判斷條件,對要素進行正誤判斷。如果在附近范圍之內不存在鄰站,就只能將要素全部剔除。此外,針對一些局域性的天氣現象而言,即使能夠找到鄰站來輔助判斷,在判斷的過程中也不能確保判斷的正確性,這種情況下就只能將兩個要素全部剔除。

2.2 各個要素之間存在的關系

總云量與低云量兩要素之間存在的關系為:總云量≥低云量。氣溫與露點兩要素之間存在的關系為:氣溫≥露點。能見度與天氣現象兩要素之間存在的關系為:兩者之間的關系只能夠進行一般性的判定,一般情況下,能見度較好的情況下不應該出現影響能見度的天氣情況;而能見度較差的情況下證明存在影響能見度的天氣情況。

3 結語

極值控制法與一致性檢驗控制法都是數據質量控制方法,在對實時數據進行質量控制的過程中發揮著重要的作用,此外在歷史資料的質量控制過程中也適用。通過對海洋水文氣象實時數據質量控制,確保數據質量,為海洋氣象預報奠定堅實基礎。

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