新型自動氣象站資料質量控制方法設計

張 磊 薛箏箏 劉青松 孫嘉楠 張婷婷

1.中國氣象局旱區特色農業氣象災害監測預警與風險管理重點實驗室，寧夏銀川 750002；2.寧夏氣象防災減災重點實驗室，寧夏銀川 750002

地面觀測資料屬于大氣探測資料的一項主要內容，是氣象工作開展的重要前提。隨著科學技術發展進步，氣象觀測系統越來越全面，不斷有新的氣象觀測站網建立，相關部門對地面氣象觀測站網方面重視度越來越高。當前世界范圍內開始大量建設地面自動觀測站網，在時間和空間方面分辨率越來越高。因為天氣檢測不僅關系到國計民生，同時還與人民日常生活存在十分密切聯系，利用天氣檢測，能夠實現對災害天氣的有效防范和避免。因為很多新型自動氣象站剛剛建立，缺乏長期歷史觀測分析結果，對新型自動氣象站資料質量有非常嚴重影響，必須要做好新型自動氣象站資料質量控制，本文就此展開研究分析。

1 新型自動氣象站概況

新型自動氣象站建設不僅可以降低測報人員工作量和工作強度，同時還能使地面測報質量有明顯提高。新型自動氣象站改進了傳統自動氣象站，由傳感器、通信、電源和采集器四大主要組成，新型自動氣象站應用，能夠實現對分鐘氣象要素信息的準確監測，利用電子信息自動化技術成果，能夠更好地采集溫度、降水量、風俗、蒸發量等方面氣象要素。相比于傳統自動氣象站，新型自動氣象站儀器性能、觀測精度和抗干擾能力等有明顯提高。另外，新型自動氣象站還能實現對監控功能的優化和拓展，實現對分鐘氣象要素數據的準確監測，與監測數據文件相結合，判斷是否有缺測數據和故障數據存在，保證地面氣象觀測工作順利有效開展，提供準確、及時的地面氣象觀測資料，更好支撐社會各項生產活動的進行。

2 新型自動氣象站資料質量影響因素

新型自動氣象站資料質量存在較多影響因素，具體表現在以下幾個方面。

2.1 觀測儀器因素

當前地面觀測站所使用的儀器設備有著非常高靈敏度，在使用過程中容易有通訊線路異常、采集器損壞、計算機故障和電源故障等情況出現。比如，實際觀測中違反氣象觀測要求，沒有在規定時間內完成傳感器校準等，非常容易發生氣象要素數據異常情況。在保持氣象條件一致情況下，觀測儀器需要重復進行同類型氣象要素數據的測量，同時因為存在較多外界因素干擾，非常容易增大觀測氣象要素誤差。

2.2 新型自動氣象站選址

當前我國氣象事業現代化水平越來越高，不斷有新儀器、設備應用在自動氣象站中，這些儀器設備多由智能化電子元件組成，敏感性非常高，非常容易受到外界環境因素的影響和干擾。在新型自動氣象站選址過程中，需要提前對氣象站建設區域展開調查研究，區域選擇需要有適宜溫度、濕度以及光照等，同時不受電磁干擾等因素影響，加大技術監督力度，提高新型自動氣象站觀測數據準確性。

2.3 網絡運行故障

新型自動氣象站在氣象信息觀測過程中對通訊網絡有非常大的依賴性，只有保證通訊網絡正常運行，才能使新型自動氣象站觀測數據準確性得到提高。地面氣象觀測工作開展過程中，網絡運行故障問題相對較為少見，但是當有暴雨、大風以及人為破壞等情況出現時，非常容易使通訊網絡發生故障甚至中斷，對氣象觀測數據采集和上傳有非常大影響，氣象觀測數據準確性和及時性無法得到保證。

2.4 氣象觀測人員業務素養

隨著科學技術發展進步，不斷有新的現代化觀測儀器出現，在氣象觀測中應用越來越廣泛，發揮巨大價值和作用。各項氣象工作開展過程中在人員方面要求也越來越嚴格，觀測人員必須要具備熟練使用新觀測儀器和技術能力。然而實際工作過程中，有氣象觀測人員存在專業水平不足、綜合素養低等情況，很多老員工不具備足夠的學習能力，最終影響整個觀測隊伍技術水平提高，在觀測過程中無法熟練使用和應用新設備技術，無法保證觀測數據準確性。

2.5 外界環境因素

隨著全球氣候變暖，各類極端災害事件頻發，很大程度上增大地面氣象觀測工作難度，觀測環境越來越復雜，開展氣象觀測工作時容易有偏差和不穩定等情況出現，影響氣象觀測數據準確性。在各類復雜天氣現象中，雷電天氣影響最為嚴重，一旦出現雷電天氣，不僅會破壞臺站電力系統，同時還嚴重影響地面氣象觀測數據正常采集和傳輸，如果未做好防雷工作，容易損壞到觀測儀器和設備，進而影響地面氣象觀測工作順利進行。

3 新型自動氣象站資料質量控制方法設計

3.1 分析數據缺測情況

自動站數據質量很大程度上受到數據完整性等因素影響，一般可以將數據缺測分為兩種形式：一種是單一氣象要素缺測，另一種是所有氣象要素缺測；單一氣象要素缺測情況的出現與傳感器自身、傳感器采集器連接通信線路故障等有關，全部氣象要素缺測情況的出現與采集器故障以及計算機設備通訊故障等因素有關。

3.2 數據質量控制識別方法

數據質量識別控制主要是識別和控制數據質量瞬時值和瞬時氣象值，通過標識方式，實現對數據置信度的定性描述。根據不同數據類型，標注可以劃分為10種不同類型，0～9共10種。不同質量控制碼決定不同數據檢查方法，面對同一觀測數據，如果存在不同質量控制碼，那么在檢查方法選擇方面同樣也會有一定差異性，綜合分析不同檢查方法，明確觀測數據質量控制碼，使檢查數據完整性和準確性得到保證。

3.3 氣候極值的控制

不同自動氣象站，站內氣候極值范圍存在一定差異性，可以根據不同月份設置不同氣象要素極值，再完成氣候界限值的設置，通過這種方式，提高氣溫、氣壓等氣象要素質量控制有效性。

3.4 時間連續性控制

在時間范圍一定情況下，氣象要素值不同，波動情況也存在明顯差異，因此，需要做好氣象要素時間連續控制，實現對氣象要素數據準確性的分析，如果氣象要素值長時間未發生變化，則可將其看作異常值。

3.5 內部一直性檢查

針對同一站點同一時刻所觀察到的數據，還需要檢查氣象學相關性，利用對比分析等方式，找到存在矛盾和沖突的氣象要素，將其看作為可疑要素，選擇科學合理的分析方法，做好對氣象要素的更正，保證準確性。

4 新型自動氣象站資料質量提升策略

首先，做好自動氣象站日常維護工作，正點觀測前，值班人員需要對觀測儀器和設備展開檢查，同時仔細分析所觀測到的氣象要素是否有異常等情況出現，通過與備份站資料對比等方式，及時發現存在的異常問題并給予針對性處理措施。定期做好不同氣象要素傳感器和相關設備的檢查，每月檢查線路是否有破損等情況，接線口緊固性等。提高在網絡管理方面重視度，認真總結日常觀察中故障原因，當有緊急情況出現后及時給予科學合理的處理方式，同時加大環境巡視和保護力度；其次，重視對工作人員的培訓和教育，觀測人員在日常工作過程中需要積極主動參與各級主管在新業務技術方面的培訓，尤其重視新的制度、規定和規范等方面知識學習。定期組織報測人員開展交流會，溝通和交流氣象觀測過程中存在的一些問題和異常，尋找針對性解決措施，使業務人員業務水平和綜合素養得到提高和改進，更好地保證新型自動氣象站資料質量；最后，做好臺站監控管理，為保證自動氣象站資料質量，需要做好對網絡監控平臺的優化和完善，觀測人員需要重視觀測數據監控管理，尤其是實時監測氣象要素，需要找到存在的問題和異常，給予科學合理解決處理方法。如果故障問題處理難度大，很難在短時間內得到解決，需要及時上報至上級部門，在故障未解決時，人工記錄觀測數據，保證氣象觀測數據準確性，提高氣象觀測數據質量。

5 結語

新型自動氣象站資料控制具有十分重要的作用和意義，當前新型自動氣象站資料質量受到多個方面因素影響，氣象觀測資料的準確性和及時性無法得到保證，對新型自動氣象站價值和功能發揮產生非常大影響。新型自動氣象站資料質量控制可通過分析數據缺測情況、數據質量控制識別方法、氣候極值控制、時間連續性控制、內部一直性檢查等方式實現，在提高數據觀測質量的同時將新型自動氣象站價值和作用充分全面發揮出來，更好地滿足氣象觀測工作需要。