基于多源資料地面弱降水質量控制系統的設計與實現

銀笛

（內蒙古自治區氣象信息中心 內蒙古自治區呼和浩特市 010051）

1 引言

內蒙古自治區地域遼闊，由東北向西南斜伸，呈狹長形，東西直線距離2400 多公里，南北直線距離1700 公里。近年來，隨著綜合氣象觀測現代化建設快速發展，內蒙古目前建有119 個國家級地面氣象觀測站，2162 個區域站（包括交通站），實現鄉鎮蘇木多要素自動氣象站全覆蓋，降水觀測主要以雨量筒為主。

降水自動觀測資料是準確反映實時降水量的重要依據，傳統的地面自動站觀測降水量數據質量控制方法主要是自動觀測站界限值和范圍值檢查、要素間的時間一致性與站點間的空間一致性檢查。由于無人站和區域站建站時間較短，沒形成長時間序列的觀測產品，無法利用臺站界限值和范圍值、時間一致性方法對無人站、區域站數據進行質量控制。同時內蒙古橫跨中國東北、華北、西北三大地區，觀測站總體空間分布不均勻，自動氣象站平均間距25.3 公里，阿拉善盟、錫林郭勒盟等地廣人稀且地形間距50km 以上，無法利用常規空間一致性方法對無人站、區域站數據進行質量控制。因此，現用的質量控制方法在對無人站和區域站降水量要素數據進行質量控制判斷時，無法判別觀測降水量是否準確。多數據區域站和區域站安裝點遠離有人觀測站，儀器維護不能頻繁進行。翻斗式雨量計在大雨情況下由于翻斗來不及翻動造成雨量流失而使得觀測值有較大誤差；樹葉污泥等遮擋、雜物堵塞、人為澆水、破壞以及維護不當等因素均可以造成雨量測量的誤差等等情況，都無法通過人工或自動判別降水的真實性，因此需要引入其它種類觀測資料輔助現有的質量控制系統實現對無人站、區域站數據進行自動質量控制。

2 系統實現

2.1 系統總體設計

多源資料實時質控地面弱降水系統分為如下四個子系統：常規質控子系統、雷達輔助質控子系統、衛星輔助質控子系統和展示結果與分析，總體框架如圖1 所示。

2.2 常規質控系統

常規質控系統為目前正在業務運行的質控系統，主要采用氣候學界限值以及站點間的時空相關性對自動站進行質量控制，該模塊主要實現獲取地面觀測站降水量和質控碼，為下一步與雷達和衛星資料融合提供必要的數據支撐。

2.3 雷達輔助質控系統

圖1：總體框架

雷達輔助質控系統包括兩個部分：雷達資料預處理模塊和雷達資料輔助降水質控模塊。其中雷達資料預處理模塊通過定時任務每個時次的45 分下載國家信息中心推送的雷達PQE 產品，并在本地服務器備份。下載過程中，程序會自動識別當前資料是否下載完整、是否已經在本地存儲，大大節省了資源和時效。雷達資料輔助降水質控模塊解析PQE 產品，依據雷達質量控制算法，融合自動站降水數據，根據不同的閾值范圍對自動站進行質量控制，將質控結果存儲在數據庫中，流程如圖2 所示。

2.4 衛星輔助質控系統

衛星輔助質控系統包括二個部分：衛星資料預處理模塊和衛星資料輔助降水質控模塊。其中衛星資料預處理模塊首先根據臺站信息表的站點經緯度信息找出與之相對應區域的9 個點在云分類產品數組中對應的數組下標，生成衛星信息匹配表，此匹配表只需要在衛星數據有變化的時候生成一次即可，然后通過定時任務每個時次的45 分下載國家信息中心推送的風云2E、2G 云分類產品。衛星資料輔助降水質控模塊結合預處理生成的匹配文件，解析云分類產品，獲得每個站點對應區域9 個點的云量信息，根據所制定的質控策略，計算質控結果并存儲在數據庫中，流程如圖3 所示。

2.5 展示結果與分析

由于系統整個處理流程均基于Linux 系統，采用Python 腳本和java 語言開發，程序運行也都是通過后臺調度定時運算，為了提高用戶體驗，基于B/S 架構開發了可視化頁面展示質量控制信息結果，用戶可以在頁面很直觀的獲取到臺站降水信息、常規質控碼、雷達衛星質控碼和質控事件，直觀的反映臺站小時弱降水數據質量控制結果，展示頁面。

圖2：雷達輔助質控子系統

圖3：衛星輔助質控子系統

圖4

3 結語

通過本系統建設，實現了雷達、衛星資料輔助質控自動對內蒙古地區地面觀測降水數據質量控制，提高了業務人員對地面降水數據的質控效率。通過引入弱降水數據質量控制方法，與常規數據質量控制系統在日常對降水要素的質量控制中，約99.78%的數據經本系統直接判定為正確數據，數據可疑率為0.22%。即與常規數據按質量控制相比較，1974 條數據可以不用人工干預直接可以判定為正確數據，可疑數據人工干預處理量降低0.17%；212 條錯誤數據不用人工干預直接可以判定為正確數據，與傳統業務質量控制系統比較，錯誤數據人工干預處理量降低0.02%。