氣象觀測數據質量控制方法的探討

林 磊 任義方 張建飛 徐 杰 陳 明

（1.常州市氣象局，江蘇 常州213000；2.江蘇省氣象服務中心，江蘇 南京210008；3.常州市金壇區氣象局，江蘇 常州213200）

引言

地面氣象觀測在觀測氣象數據和氣象現象中有連續性及時間序列性的特點，地面氣象觀測數據在天氣預報，氣候預測，氣候變化等研究中有著重要作用。氣象觀測數據表現為大氣運動在諸多因素作用下的演化過程，它間接影響著人類的工作和生活方式。地面觀測資料也是環境、水利、航空、軍事等部門關注的數據對象，對這些部門的業務開展是最重要的一個關鍵要素。各時次的氣象觀測資料為氣象服務、氣象減災、地質災害研究、氣候分析等研究提供了重要的依據。氣象數據的準確性和穩定性是利用好這些數據的關鍵和保證。在現實條件下，氣象數據受到傳感器故障、采集器故障、計算機故障甚至是人為因素造成數據的可疑或錯誤。這些氣象數據的疑誤嚴重影響氣象觀測數據的質量。一些非正常跳變引起的數據錯誤在災害性天氣發生時期會誤導預警發布，嚴重時甚至導致人民群眾的生命財產損失。因此，提高觀測數據的質量是地面氣象觀測的重中之重，對整個地面氣象觀測的業務起著決定性作用。

1 質量控制的內容和操作

各級臺站對觀測數據的質量控制主要包括以下內容：實時采集的觀測數據、各類數據采集文件(包含分鐘數據文件和整點數據文件)、利用軟件形成的每月A文件 、J文件及年報數據Y 文件。臺站的數據質量控制軟件既使用一個獨立的質量控制軟件，也可使用地面測報業務系統軟件ISOS的組件—實時自動站采集數據質量控制組件。

從數據的質量控制具體操作來說：檢驗采集觀測數據的時間的合法性；對觀測要素的數值進行允許范圍值或氣候極值檢查, 當數值超過允許范圍值的時候，相關的數據記為卻側；對數據文件進行字合法性字符檢查，如果數據中有缺測字符或非法數據時， 相關的數據應記為缺測；對觀測數據進行內部的一致性檢查，例如：總輻射、凈輻射、散射輻射三者之間一致性的檢查；采集時間和最值出現時間的一致性、整點觀測值和最值一致性的檢查；利用各觀測數據的變化曲線時序圖，通過觀測員的經驗進行人工判斷處理。

實時采集的自動站觀測數據在進行以上的數據質量控制后產生自動站觀測數據文件。對這些觀測數據文件的質量控制具體應該包括如下方面：對觀測數據文件檢查文件；對觀測要素的數值進行允許范圍值或氣候界限值檢查；根據臺站的地理位置，進行氣候極值檢查；文件中各觀測數據內部的一致性檢查；對文件中各觀測數據進行時間的一致性檢查, 具體為觀測數據的逐日、逐小時、逐分鐘的時間變化率檢查；觀測員利用觀測數據的日變化時序圖, 人工判斷與處理。

每月A文件、J文件及每年的Y文件的質量控制的具體操作和實時采集的自動站觀測數據的質量控制過程基本相似。但是質量控制的軟件的設計中，交互界面不同，以不同的方式顯示疑誤數據、疑誤信息以及與其相關的觀測數據，方便觀測員或臺站人員判斷與處理。

2 各級別質量控制的方法

國家級或省級對臺站的數據質量控制時，不對實時觀測數據進行質量控制，僅對每月A文件、J文件及每年的Y文件進行數據質量控制。國家級或省級進行數據質量控制的技術, 除了臺站級所使用的質量控制技術之外，還有空間的一致性檢查和該臺站的參數檢查。軟件設計中，交互界面中除了顯示疑誤數據、疑誤信息以及與其相關的觀測數據之外，還可以添加顯示多個觀測數據時間變化趨勢時序圖以及觀測數據的空間分布圖。在省級對觀測數據的質量控制中，空間的一致性檢查只涉及到省內的全部臺站，包括一般站、基本站、基準站。這樣雖然質控區域范圍小，但臺站密度更密，質控效果好。國家級觀測數據的質量控制，空間的一致性檢查只包括所有的基準基本站, 雖然這樣臺站密度低,可是質控范圍更大, 可以跨區域、跨省市質量控制。

從臺站采集的原始氣象觀測數據開始到形成數據文件到傳輸到省信息中心最后傳輸至國家級氣象信息中心，每一個具體環節中都有數據質量控制。每月A文件、J文件及每年的Y文件，臺站級、省級、國家級三級的所使用的質量控制技術基本相似。可是在一些數據質控細節上略有不同。質量控制參數省級和臺站級非常細致，國家級參數比較寬泛。因此，臺站級數據質量控制檢查出的錯誤最多，而國家級質量控制檢查出的錯誤數據最少。

3 質量控制檢查數據方法

臺站人員或質量控制人員在具體進行地面氣象數據質量控制檢查方法中通常采用以下幾種方法對氣象觀測數據進行質量控制。

3.1 文件格式檢查

文件格式檢查為對數據的順序、格式、體例按照存儲規范進行檢查。這項核查讓文件可以順利地進入數據庫。文件格式檢查依據了地面氣象數據規范的要求，核查進入數據庫的文件的格式、每個要素的長度、每個要素允許的范圍。上述數據能否符合觀測規范的規定。核查文件名中的臺站號、年月日是否和文件中的臺站號、年月日一致。海拔高度、緯度、經度是否一致。

3.2 氣候界限值或要素允許值檢查

從氣候學考慮絕無可能出現的要素上下限閾值定義為要素的氣候界限值。如果文件中的要素數據超出要素的氣候界限值或允許值范圍的資料為錯誤資料。以具體數據為例：氣壓400～1100hpa，氣溫-70～70，地溫-85～90，露點-70～40，相對濕度0%～100%，風速 0～75m/s，風向 0～360，日降水量0～1700mm，日照 0～1/h。

3.3 站內極值檢查

站內極值是指某站原來歷史記錄中某要素曾出現過的極限大小值,核查數據要素值會否超過極值定義為站內極值檢查。如果氣象要素數據值在極限大小值以外，需經過觀測員按實際情況和經驗人工判斷，判斷資料正確與否。站內極值在應用過程中要不斷地及時更新。

3.4 內部一致檢查

不同的要素和觀測項目間有特定的物理或邏輯聯系，對數據要素的該項核查叫做內部一致檢查。以具體數據為例子：最大風速要小于極大風速，瞬時風速大于17m/s時須出現大風，如果風向為C，風速必須小于0.3m/s,每日任意時刻的相對濕度應該大于等于最小相對濕度，每日任意時刻的氣溫應介于最高氣溫和最低氣溫之間。

3.5 時間一致檢查

要素數據隨時間的推移變化的范圍是在某個區間的。不可能數據變化特別大，如果數據隨時間變化特別大，那可以認為數據不正常跳變，觀測員要從自身的經驗出發加以判斷，予以修改或訂正。例如：氣溫每分鐘的變化不能超過3℃，相對濕度每分鐘的變化不能超過5%，氣壓每小時的變化不能超過3hpa。

4 結語

提高觀測數據的質量是地面氣象觀測的重中之重，對整個地面氣象觀測的業務起著決定性作用。隨著時代的發展，做好觀測數據的質量控制的任務對于臺站和各級信息中心而言將成為重要任務。各級臺站要明確數據質量控制的具體內容和操作方法，要認清各級別質量控制的范圍。在平時的日常工作中，運用不同質量控制檢查數據方法，檢查出數據的可疑或錯誤，修改或訂正疑誤數據，提高觀測數據的準確率和可用率。