高空氣象數據質量控制方法在基層臺站的應用研究

尼瑪次仁 薛改萍

摘要：本文基于作者多年的氣象數據質量控制工作經驗，著重從探空儀基測、探空數據與測風數據的處理審核、L波段數據處理軟件各項功能的應用等多個角度入手著重探討了L波段高空探測資料質量控制方法，僅供參考。

關鍵詞：高空氣象;臺站審核;方法

中圖分類號：S16

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20191215045

1質量控制

所謂高空氣象探測數據質量控制指的是檢查觀測數據質量，并判斷其是否與標準要求相符的過程，其目的在于合理地檢驗數據，進而查找出可疑的、缺測的與錯誤的數據，再通過標記、數據內差等方法對其進行修正，以保證提出的觀測數據與質量要求相符合。原始數據的質量直接影響著每一項氣象統計結果的準確性與可靠性，因此，做好氣象觀測數據質量控制是建設高空氣象探測數據庫的一項重要內容。

2人工作業檢查（地面作業）

2.1放球前的審核

在放球之前應當對探空儀器序列號進行仔細檢查，并仔細核對儀器序列號上的參數與觀測儀器設備廠家配發的序列參數是否保持一致，還要對dD0～dD5的數值進行核對，并對T0與R0的讀數進行檢查，既要查看該讀數是否正確，還要判斷與數值“2”相接近的輸入是否異常。通常情況下，R0的有效合格范圍為：8.0kΩ≤R0≤20.0kΩ。

2.2地面瞬間數據的審核

通常情況下，在放球前后的5min之內應當控制好地面數據要素的最佳讀取時間。瞬間觀測氣壓變量的合格標準及正常的基值測定值應當位于-2hPa≤Δp≤2hPa范圍之內，濕度與溫度變量應當分別控制在-5%≤Δu≤5%與-0.4℃≤Δt≤0.4℃之間。在實際工作中，作者發現瞬間00s與第1秒之間往往會出現溫度差值在1℃以上或者更大等現象，一旦出現這一現象必須及時對自動站及人工采集的原始記錄數據進行檢查，檢查以上兩者是否保持一致，受到天氣變化的影響兩者是否出現跳變誤差等現象。對比自動站記錄數據，查看讀數是否出現異常，并對其變化趨勢進行對比，找出其中存在的影響因素。當氣壓瞬間00s與01s之間相差±1hPa或放球后十幾秒沒有發生變化時，應當對引發這一現象的原因進行判斷。若氣壓值未發生變化則表明早按了“放球”鍵;若氣球上升速度位于350～400m/min之間，計算氣壓在近地面0.6～0.8hPa之間變化，表明遲按了“放球”鍵;如果00s和01s所顯示的氣壓值在1.5hPa以上，則表明放球值班工作人員沒有及時對放球時間進行修正。

2.3放球點位置的選擇審核

為防止近距離氣球過頂而出現丟球現象，應當盡可能選擇能夠自動跟蹤雷達的下風方向作為放球點。若選擇錯誤的放球點，且未及時對放球點的參數進行修改，則極易導致規定高度300m、量得風層0.5min及第1個規定等壓面的風向風速出現錯誤。

3系統作業檢查（空中數據）

3.1野值檢查（溫壓濕飛點）

就L波段高空探測數據審核而言，其重點主要在于科學處理刪除飛點和超升速等現象。探空儀在放球之后往往會受到天氣異常現象、雷達跟蹤、外來信號干擾等多種因素的影響，不僅會削弱氣象探測信號，還會使飛點有所增加。若飛點未被完全刪除，則極易導致溫濕度、高度等觀測數據出現異常，在審核過程中必須仔細查看飛點是否被全部刪除，并對探空曲線進行自動或手動修改。通常情況下，記錄飛點的數量較少時比較容易判斷;若記錄的飛點較多必須仔細對其進行判斷，一般通過上下正常記錄點之間連線，檢查中間飛點是否在連線之上，來進行取舍。

3.2巧用軟件功能檢查

3.2.1每秒球坐標查詢

對低空數據的準確性及是否正常抓球等進行判斷;使用00s及01s的方位對放球點的方位進行審核，查看其是否準確;使用這一方法還能夠對是否存在旁瓣抓球進行準確判斷。

3.2.2探空曲線顯示查詢

通常情況下氣壓飛點極易導致時高線彎曲，因此應當從顯示氣壓飛點的位置處找出與其相對應的時間，并在“手動修改探空曲線”上將飛點刪除。

3.2.3終止層選擇

終止層選擇指的是氣球到達一定空間之后將會發生自燃炸裂，一旦出現這一現象必須立即停止本次觀測任務。在實際審核過程中，基層臺站往往只重視氣壓下降的時間點，對氣壓下降之前的溫度明顯上升時間卻忽略不計。放球時間較長導致氣壓在1min之內變化0.1之內，這時氣球發生爆炸時氣壓值在幾十秒內將會發生變化，這一時間段內溫度呈現出顯著的上升趨勢，應當在溫度上升時間點對終止層進行選擇。

4測風數據審核

4.1測風秒數據的審核

一旦每1min整點數據與其前后各2s之間的數據計算平均值存在著顯著差異時，應當將異常的數據去除，再對剩下的數據求取平均值。因此，在預審數據時必須首先對數據進行審核，將突出的數據剔除，并依照相關規定對其進行處理。

4.2雷達測風探測記錄表

使用雷達測風探測記錄表能夠快速開展內部一致性檢查，所謂內部一致性檢查指的是部分密切的氣象要求具有一致的變化規律。以氣象要素的這一變化規律為依據，能夠判斷這一要素是否出現異常，進而對風速變化及風層方向等之間的變化規律進行確定。若某一點風向風速發生無規律的突變，此時應當使用“手動修改球坐標曲線”對其進行更正。

4.3測風分鐘數據的查詢

在“數據輔助處理”菜單的“球坐標數據查詢”和“手動修改球坐標曲線”界面下審核雷達測風的仰角、方位角、斜距的曲線和測風分鐘數據是否正常。對于跳變點則需查找原因，綜合分析后再作處理。若仰角、方位跳變可疑，只能刪除該分鐘數據。若是只有斜距的跳變可疑，則可以選用“探空高度代替斜距”的方法計算處理測風記錄。

4.4大風層的選取

通常情況下使用系統能夠對最大風層進行自動計算與獲取，但是相關的審核工作人員不能默認系統的處理結果。在實際的審核過程中，審核員應當判斷最大風速是否高于歷史極致值，并由“圖形顯示”菜單一欄“風隨高度變化曲線”對最大風層的位置進行快速獲取。并依照相關規范要求對最大風層進行審查，查看其是否出現異常。此時如果出現多個大風區記錄時則顯得非常重要。

5特殊情況處理

5.1下沉記錄處理檢查

探空氣球遇到強下沉氣流時，會出現一定程度的下降，在記錄時要將下沉階段的記錄進行刪除處理。刪除時根據氣壓的變化情況，做好上下氣壓點之間的銜接。因下沉記錄刪除后將無法恢復，需要仔細進行判斷。

5.2風向過南過北計算檢查

當風向方向變化過大（一般在180±3°）往往會造成氣球過南或過北，系統無法判斷造成失測情況出現。目前L波段處理軟件使用上下各2個量得風層的風向變化進行規律判斷：若4個量得風層的風向自下而上依次增大，可判斷風向為順時針變化;若4個量得風層的風向自下而上依次減小，可判斷風向為逆時針變化;若4個量得風層風向變化不一致，無規律可循，不能判斷風向變化方向，則按照代替的有關規定代替處理。

5.3低空風失測檢查

遇低空測風數據缺測（≥2min）應查看值班人員有無補放小球，補放小球應在正點放球后75min內用經緯儀測風（小球）的方法進行補測，目前補放小球都是使用20號氣球（固定升速200m/min），審核員在“探空數據處理”菜單選“小球測風數據輸入”菜單下檢查“球皮及附加物重”是否輸入正確，系統會根據正點瞬間地面氣壓、溫度計算出凈舉力值。再檢查施放時間是否足夠滿足缺測部分。

6G文件（全月數據）的質量控制

6.1格式檢查

高空全月觀測數據文件格式檢查主要是檢查數據文件編碼和傳遞過程中產生的數據結構、長度、類型及各種特定字符的編制是否符合規定的格式，出現錯誤較多的是數據項長度、數據項錯位等錯誤。產生這類錯誤的原因是記錄中有不合規范的錄入數據，“符號”與“字符”的占比空間不一致，該類錯誤通過質檢程序定位直接在文件夾INI下配置設置“GKWMO_INF”下修改保存即可。

6.2質量檢查

經過對原始秒數據文件質控后生成的高空全月觀測數據文件，對于質檢軟件提出的疑誤，其中秒數據段、分鐘數據段、KK段疑誤需逐條質控。現用質檢軟件提疑誤較多，但多數不屬錯誤，主要原因是：現用高空全月觀測數據文件質檢軟件參數庫引用的是歐洲中心高空質量控制方案標準參數庫及相關計算公式導出的參數（如規定等壓面層間厚度氣候學界限值），非臺站多年實際觀測資料統計得出，即使由過去多年觀測資料統計得出，由于探空儀傳感器的變化，過去的統計資料庫（如溫度露點差）也不能完全滿足現用高空全月觀測數據文件的檢查。

參考文獻

[1] 柯莉萍，張艷.L波段系統探測資料質量控制要點[J].農業與技術，2013，33（8）：182.

[2]中國氣象局.常規高空氣象觀測業務規范[M].北京：氣象出版社，2010.

作者簡介：

尼瑪次仁（1972-）男，本科，工程師。研究方向：資料質量控制。