新時(shí)期氣象測(cè)報(bào)地面信息化數(shù)據(jù)處理技術(shù)分析

樊磊?王壯壯?魏波

摘 要 本文基于地面氣象測(cè)報(bào)自動(dòng)化的現(xiàn)實(shí)狀況，有針對(duì)性地對(duì)地面氣象測(cè)報(bào)信息化數(shù)據(jù)處理的價(jià)值意義以及數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行了探索，并從氣象大數(shù)據(jù)的角度，探索了氣象測(cè)報(bào)地面信息化數(shù)據(jù)處理技術(shù)當(dāng)中的一些核心技術(shù)，僅供參考。

關(guān)鍵詞 地面氣象測(cè)報(bào)自動(dòng)化;數(shù)據(jù)質(zhì)量;數(shù)據(jù)處理技術(shù)

1地面氣象測(cè)報(bào)自動(dòng)化

1.1 地面氣象測(cè)報(bào)自動(dòng)化概述

地面氣象測(cè)報(bào)一般是地面自動(dòng)氣象站進(jìn)行觀測(cè)，包括了溫度、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、地溫、輻射、降水、云、能見(jiàn)度、天氣現(xiàn)象等等，目前地面自動(dòng)化氣象站，在觀測(cè)頻次上較人工觀測(cè)約增加4～8倍，觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸用時(shí)由以前的分鐘級(jí)，優(yōu)化為秒級(jí)，數(shù)據(jù)采集流程以不落地方式直接傳輸至省級(jí)氣象局。很顯然這種形式是高效探測(cè)與信息化數(shù)據(jù)處理為主要方向的新模式。

地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)在自動(dòng)化當(dāng)中是要永久保存在數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，其使用率非常高，除了常規(guī)的天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)需要用到，氣候預(yù)測(cè)、氣象農(nóng)業(yè)、環(huán)境氣象、 交通氣象以及科研等等領(lǐng)域都需要用到地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)然地面觀測(cè)數(shù)據(jù)也通常會(huì)作為遙感數(shù)據(jù)的訂正依據(jù)。地面氣象測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化使用特征，使其從最初的信息采集和傳輸，到信息加工處理、存儲(chǔ)管理以及最終提供服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)，都對(duì)氣象IT業(yè)務(wù)提出了非常高的要求，比如數(shù)據(jù)檢索，傳統(tǒng)的IT架構(gòu)，很難滿足大量數(shù)據(jù)信息檢索時(shí)效需求。大數(shù)據(jù)和云計(jì)算帶來(lái)了新的解決方案。

1.2 地面氣象測(cè)報(bào)自動(dòng)化對(duì)氣象數(shù)據(jù)的要求

地面氣象測(cè)報(bào)自動(dòng)化后，帶來(lái)了一個(gè)較為核心的問(wèn)題。具體而言因?yàn)橛^測(cè)自動(dòng)化后，人工觀測(cè)少了，所有的觀測(cè)都依靠自動(dòng)氣象站來(lái)執(zhí)行，這里就不得不思考一個(gè)問(wèn)題，即自動(dòng)氣象站的數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題。自動(dòng)化有一個(gè)問(wèn)題是任何一個(gè)系統(tǒng)軟件都可能因?yàn)橐恍┮蛩囟鴮?dǎo)致出現(xiàn)故障，而一旦這些自動(dòng)化的觀測(cè)設(shè)備出現(xiàn)故障將影響觀測(cè)的準(zhǔn)確性。不準(zhǔn)確的觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)際上是沒(méi)有價(jià)值的，因而自動(dòng)化就必須要保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量，而要保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，就必須要保證自動(dòng)觀測(cè)站不出異常情況，但沒(méi)有自動(dòng)觀測(cè)站是完全不出異常故障的，比如氣象站位于高樓大廈之間或者是新建的大廈遮擋了觀測(cè)站的觀測(cè)角度，會(huì)直接影響觀測(cè)站的正常觀測(cè)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)質(zhì)量差，觀測(cè)站的軟件出現(xiàn)問(wèn)題是非常正常的情況，如傳感器出現(xiàn)異常，系統(tǒng)接受的氣象要素信息數(shù)據(jù)缺失或者不正常，這種情況大部分是軟件出現(xiàn)了問(wèn)題，如宕機(jī)，一旦軟件宕機(jī)，從宕機(jī)到重啟的過(guò)程中，數(shù)據(jù)是缺失的，無(wú)法保證質(zhì)量。為了實(shí)現(xiàn)氣象大數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)質(zhì)量是非常關(guān)鍵的，而且因?yàn)榈孛鏆庀鬁y(cè)報(bào)數(shù)據(jù)要永久保留在數(shù)據(jù)庫(kù)中供很多領(lǐng)域使用，其數(shù)據(jù)質(zhì)量更加關(guān)鍵。

2地面氣象測(cè)報(bào)信息化數(shù)據(jù)處理技術(shù)

2.1 地面氣象測(cè)報(bào)信息化數(shù)據(jù)處理技術(shù)核心

結(jié)合上文地面氣象測(cè)報(bào)自動(dòng)化背景，地面氣象測(cè)報(bào)信息化數(shù)據(jù)處理技術(shù)的核心是計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。第三次科技革命誕生了計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展中，計(jì)算機(jī)的功能從單一的數(shù)值計(jì)算，發(fā)展出邏輯運(yùn)算，存儲(chǔ)記憶等功能，在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算乃至人工智能的研究中，促使計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，現(xiàn)階段的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，每秒可以達(dá)到萬(wàn)億次運(yùn)算，即便是個(gè)人計(jì)算機(jī)也能達(dá)到每秒幾億次，可解決大量復(fù)雜計(jì)算問(wèn)題，比如24H天氣預(yù)報(bào)的計(jì)算[1]。計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)是地面氣象測(cè)報(bào)信息化數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)，數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、分析、挖掘都離不開計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)，地面氣象測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)量越來(lái)越龐大，對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力要求越來(lái)越高。當(dāng)然不僅僅是運(yùn)算能力，對(duì)存儲(chǔ)能力的要求也是越來(lái)越高。

地面氣象測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)按照目前的情況來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)信息不落地直接上傳至省級(jí)氣象局，這意味著一個(gè)強(qiáng)大的氣象信息交互網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)形成，當(dāng)然也可以稱這一網(wǎng)絡(luò)為地面氣象測(cè)報(bào)物聯(lián)網(wǎng)，每一個(gè)自動(dòng)氣象站都是一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，帶通訊模塊，傳感器獲取實(shí)時(shí)的氣象信息，并通過(guò)通訊模塊上傳數(shù)據(jù)。這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)保存在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，氣象局的數(shù)據(jù)中心，根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘處理，得到可以進(jìn)行可視化分析的數(shù)據(jù)，直接用來(lái)進(jìn)行可視化分析，當(dāng)然隨著機(jī)器學(xué)習(xí)算法的不斷完善，計(jì)算機(jī)直接通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與歷史數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的對(duì)比就可直接預(yù)測(cè)氣象情況。

因?yàn)榈孛鏆庀鬁y(cè)報(bào)數(shù)據(jù)異常龐大，需要用一定的數(shù)據(jù)索引技術(shù)來(lái)有針對(duì)性地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，否則無(wú)異于大海撈針，目前數(shù)據(jù)索引的熱點(diǎn)是互補(bǔ)式聚簇和聚簇索引，這兩個(gè)方面是氣象大數(shù)據(jù)應(yīng)用當(dāng)中研究的熱點(diǎn)，也是地面氣象測(cè)報(bào)信息化數(shù)據(jù)處理的核心技術(shù)之一。

數(shù)據(jù)挖掘是地面氣象測(cè)報(bào)信息化數(shù)據(jù)處理的又一核心技術(shù)點(diǎn)，數(shù)據(jù)挖掘一般叫作算法，即計(jì)算方法，這種計(jì)算方法是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的統(tǒng)計(jì)方法，但與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)存在明顯區(qū)別，即數(shù)據(jù)挖掘針對(duì)非隨機(jī)抽樣樣本，而數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)針對(duì)隨機(jī)抽樣樣本。當(dāng)然在數(shù)據(jù)挖掘上現(xiàn)在比較推崇機(jī)器學(xué)習(xí)算法。

2.2 地面氣象測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制

在地面氣象測(cè)報(bào)信息化數(shù)據(jù)處理當(dāng)中，數(shù)據(jù)質(zhì)量是非常關(guān)鍵的，必須要重視數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制，結(jié)合上文的分析，筆者認(rèn)為必須要完善自動(dòng)氣象站日常維護(hù)管理規(guī)章制度，并嚴(yán)格執(zhí)行，重點(diǎn)要求氣象站設(shè)備的清潔維護(hù)，出臺(tái)操作手冊(cè)，確保設(shè)備維護(hù)操作規(guī)范，強(qiáng)調(diào)定時(shí)使用氣象站設(shè)備內(nèi)檢程序?qū)υO(shè)備進(jìn)行自檢，若檢驗(yàn)出異常應(yīng)立即處理，確保氣象站設(shè)備始終處在正常運(yùn)行狀態(tài)[2]。對(duì)設(shè)備軟件要進(jìn)行科學(xué)的維護(hù)，要安裝防護(hù)軟件，保證數(shù)據(jù)正常，應(yīng)定時(shí)校準(zhǔn)設(shè)備時(shí)間，確保時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致，注意時(shí)鐘校驗(yàn)過(guò)程中要注意備份數(shù)據(jù)文件，做好軟件管理，適時(shí)升級(jí)軟件，并備份好舊版本軟件，方便還原。要構(gòu)建遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)氣象站運(yùn)行狀況，自動(dòng)分析氣象站上傳的氣象信息，并進(jìn)行誤碼糾錯(cuò)。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，氣象測(cè)報(bào)地面信息化數(shù)據(jù)處理技術(shù)以計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)為基礎(chǔ)，以大數(shù)據(jù)的應(yīng)用為發(fā)展方向。當(dāng)然就氣象大數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)也是最為重要的基礎(chǔ)，信息的采集、存儲(chǔ)、挖掘、分析等等都需要計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大運(yùn)算能力。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)在氣象大數(shù)據(jù)的應(yīng)用中，氣象測(cè)報(bào)地面信息化數(shù)據(jù)處理必須要保證氣象站上傳數(shù)據(jù)的質(zhì)量，否則將影響氣象測(cè)報(bào)的準(zhǔn)確性，抵消大數(shù)據(jù)分析的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹玉.氣象測(cè)報(bào)地面信息化處理技術(shù)及常見(jiàn)問(wèn)題分析[J].科學(xué)時(shí)代，2015（11）.

[2] 邊巴普赤，李妮娜.淺談地面氣象測(cè)報(bào)現(xiàn)狀及措施[J].西藏科技，2017（7）：62-63.

作者簡(jiǎn)介

樊磊，男;學(xué)歷：本科，工程師9級(jí)，現(xiàn)就職單位：新疆尉犁縣鐵干里克氣象站，研究方向：氣象地面綜合觀測(cè)工作。