綜合氣象觀測技術要點及質量控制措施研究

摘要 氣象觀測是現代氣象科學的基礎，是氣象預報和氣候研究的重要手段。隨著科技的不斷發展，氣象觀測技術也在不斷進步與創新。綜合氣象觀測技術是目前最先進的氣象觀測技術之一，它包括多種氣象觀測手段和技術，可以提供更加精確、全面的氣象數據。從氣象觀測技術要點和質量控制措施兩個方面對綜合氣象觀測技術進行了研究，以供參考。

關鍵詞 綜合氣象觀測技術；要點；質量控制；措施

中圖分類號：P411 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）04–0132-03

氣象觀測是對大氣環境進行系統、全面、定量觀測和記錄的一種科學活動。它是氣象學研究的基礎，也是氣象服務的重要支撐。隨著社會的發展與科技的進步，綜合氣象觀測技術的應用越來越廣泛，其重要性也日益凸顯。綜合氣象觀測技術在現代社會具有重要的地位和作用。加強對綜合氣象觀測技術的研究和應用，不斷提高氣象觀測的質量和效率，將有助于更好地服務于氣象學研究和氣象服務事業的發展。

1 綜合氣象觀測技術要點

1.1 氣象觀測設備的選擇和配置

氣象觀測設備是氣象觀測的基礎，在選擇和配置氣象觀測設備時，需要考慮多個方面的因素，包括觀測目的、觀測元素的特性、設備的靈敏度、可靠性和使用成本等。不同的觀測目的和氣象元素需要不同的觀測設備。例如，氣象預報需要觀測溫度、濕度、氣壓、風向和風速等元素，而氣候研究則需要觀測氣溫、降水量、日照時數等元素。不同的氣象元素具有不同的特性，溫度觀測需要選擇靈敏度高、穩定性好、溫度范圍廣的溫度計；風速觀測需要選擇高精度、反應迅速的風速計。此外，靈敏度高的設備能夠提高觀測的精度和分辨率，可靠性高的設備能夠保證觀測數據的準確性和可靠性。不同的設備有不同的使用成本，包括設備的購買、維護和更新等方面。在選擇設備時，需要權衡使用成本和設備的性能與質量，在配置氣象觀測設備時，需要考慮設備之間的相互作用，以及設備的防雷、防風、防紫外線等技術要求，以確保設備的可靠性和穩定性。此外，還需要考慮設備的安裝位置和環境條件，以避免外界因素對觀測數據的影響，選擇和配置適合的氣象觀測設備，可以提高觀測數據的質量和可靠性，為氣象預報、氣候研究等提供可靠的數據基礎。

1.2 氣象觀測數據的獲取和傳輸

氣象觀測數據的獲取和傳輸是氣象信息自動化采集和處理的基礎。獲取氣象觀測數據的方式主要有手動觀測和自動觀測2種，手動觀測通常在較小的氣象觀測站點或者某些特殊的氣象觀測環境中使用，如一些遙遠的山區或者野外觀測點。手動觀測方式需要經過專業培訓和認證的氣象觀測員進行觀測，使用專業的氣象觀測儀器進行觀測和記錄。觀測數據需要及時記錄和匯總，以便后續的數據處理和分析。

而相較手動觀測方式，自動觀測方式具有更高的數據采集效率和準確性，能夠更好地滿足氣象預報和應對氣象災害的需求。自動觀測方式可以通過各種氣象觀測儀器實現，如氣象雷達、氣象衛星、自動氣象站等。這些氣象觀測儀器能夠自動記錄觀測數據，并通過數據傳輸設備將數據傳輸至數據處理中心，進行數據處理和分析，有線傳輸方式可以保證數據傳輸的穩定性和可靠性，適合在氣象觀測站點附近使用[1]。還可以使用網線將氣象觀測儀器與數據處理中心連接，將觀測數據傳輸至數據處理中心進行處理和分析。無線傳輸方式可以減少傳輸設備和電纜的使用，具有靈活性和便利性，適合在較遠的氣象觀測站點使用。例如，可以應用衛星信號或無線局域網等技術，將觀測數據傳輸至數據處理中心進行處理和分析。

1.3 氣象觀測數據的處理和分析

氣象觀測數據是氣象學研究和氣象預報的基礎，因此，對氣象觀測數據進行處理和分析是非常重要的。數據處理和分析可以有效地提高氣象數據的準確性和可靠性，并且可以從中獲得有關氣象元素的重要信息，為氣象預報、氣候研究等提供依據。數據處理是指對觀測數據進行校驗、修正、插值等操作，以確保數據的準確性和完整性。數據校驗是指對觀測數據進行檢查和篩選，以排除異常數據和錯誤數據，保證數據的可靠性。常見的數據校驗方法包括極值檢驗、合理性檢驗、空間一致性檢驗、時間一致性檢驗等。數據修正是指對數據進行糾正和調整，以消除誤差和不確定性，提高數據質量。常見的數據修正方法包括補償、插補、平滑、剔除等。數據插值是指根據已有的氣象觀測數據，對未觀測區域或時間的氣象要素進行估算和填補，常見的數據插值方法包括反距離加權法、克里金法、三角剖分法和高斯過程回歸等[2]。通過數學模型、統計方法等對氣象觀測數據進行分析，從而了解氣象元素的規律和趨勢，為氣象預報、氣候研究等提供依據。常見的數據分析方法包括回歸分析、時間序列分析、聚類分析、主成分分析和因子分析等。回歸分析是一種預測方法，它通過建立一個數學模型來描述氣象要素之間的關系，并利用模型預測未來的氣象要素。時間序列分析是一種研究氣象要素隨時間變化規律的方法，可以對氣象要素的周期性和趨勢性進行分析。聚類分析是一種將數據分類為不同群組的方法，可以根據相似性，對氣象要素進行分類和分析。主成分分析和因子分析是一種對多個相關變量進行統計分析的方法，可以用于降維、提取氣象要素的主要變化因素、簡化復雜數據等。

1.4 氣象觀測數據的應用和共享

氣象觀測數據是指通過氣象觀測儀器、傳感器等設備獲得的各種氣象參數的數值或記錄，如溫度、濕度、氣壓、降水、風向、風速等。這些數據是氣象服務的基礎，對氣象預報、氣候研究、環境保護等都具有重要的應用價值。同時，對氣象服務機構、科研機構以及相關產業的發展也具有重要的意義。

氣象預報需要輸入大量的氣象觀測數據，通過分析和處理這些數據，預報出未來一段時間內的天氣變化趨勢。比如，利用大量的氣象觀測數據，可以預報出未來幾天的氣溫變化、降水情況、風向風速等。這對人們的日常生活、旅游出行、農業生產等都具有重要的指導意義。通過對歷史氣象觀測數據的分析和處理，可以研究氣候變化的趨勢、規律以及對人類社會的影響等。利用歷史氣象觀測數據可以發現地球氣候系統存在的周期性變化，如厄爾尼諾現象、太陽黑子周期等。這些研究對人類認識氣候變化趨勢、制定應對措施等都具有重要的意義。

此外，氣象觀測數據也可以被應用于環境保護等方面，氣象觀測數據可以反映出大氣污染的情況，通過分析氣象觀測數據，可以確定空氣污染的來源、擴散范圍，以及對人體健康的影響等，這對環境保護部門采取相應的措施保護環境、保障人民健康都具有重要的指導作用[3]。

2 綜合氣象觀測技術質量控制措施

2.1 氣象觀測設備的校準和維護

氣象觀測設備包括溫度計、氣壓計、濕度計、風速風向儀、降水量計等，為確保這些設備能夠準確測量各種氣象要素，必須對其進行校準和維護。校準是指將測量結果與已知標準進行比較，并確定設備誤差的過程。校準可以通過各種方法實現，如比較法、插值法、回歸法等。針對精密測量設備，應定期進行校準，以確保其準確性和穩定性。校準的頻率應根據設備的精度和使用頻率而定，針對高精度設備應定期進行校準。維護包括設備的清潔、保養和修理等，設備的清潔是保證設備精度和穩定性的關鍵，清潔的頻率應根據設備的使用情況而定。針對使用時間較長的設備，應進行定期保養，以延長其使用壽命。如果設備出現故障，需要進行修理，以確保設備的正常運行。對氣象觀測設備進行校準和維護是確保氣象觀測數據準確性和可靠性的重要措施，只有對設備進行適當的校準和維護，才能保證氣象觀測數據的質量。

2.2 氣象觀測站點的環境監測和管理

氣象觀測站點的環境包括氣象觀測設備的周圍環境和氣象觀測設備所處的區域環境。周圍環境包括設備放置的位置、遮陽、通風等條件。這些條件對氣象觀測數據的準確性和可靠性具有重要影響。例如，如果設備放置在陽光暴曬的位置，可能會導致溫度計讀數偏高，從而影響氣象數據的準確性。因此，對氣象觀測設備的周圍環境進行定期監測和管理，是確保氣象觀測數據質量的必要措施。

對氣象觀測站點所處的區域環境進行定期監測和管理，是確保氣象觀測數據質量的必要措施。區域環境包括氣象觀測站點周圍的地形、地貌、植被等條件，這些條件對氣象觀測數據的準確性和可靠性具有重要影響。如果氣象觀測站點周圍有高聳的建筑物，可能會影響風向計和風速計的測量結果，從而影響氣象數據的準確性。對氣象觀測站點的環境進行監測和管理是確保氣象觀測數據準確性和可靠性的重要環節，只有通過對氣象觀測站點周圍環境和區域環境的監測和管理，才能保證氣象觀測數據的質量。

2.3 氣象觀測數據的質量評估和控制

對氣象觀測數據質量的評估與控制是氣象工作中非常重要的一環，它直接關系到氣象預報的準確性和可靠性，在氣象觀測工作中，需要采用一系列的措施保障氣象觀測數據的質量。

首先，需要評估氣象觀測數據的質量，其中包括數據準確性、完整性、一致性、時效性等指標的制定。這些指標對不同的觀測數據可能有所不同，需要根據具體情況進行制定。比如，針對氣溫觀測數據，準確性可能是一個非常重要的指標，而對于降水觀測數據，完整性和時效性可能更為重要。

其次，需要建立數據質量控制體系，包括數據收集、傳輸、存儲、處理和分析等環節的質量控制。在每個環節，都需要采取相應的措施保障數據質量。比如，在數據收集環節，需要確保觀測設備的運行狀態良好，能夠穩定地采集觀測數據。在數據傳輸環節，需要確保在傳輸過程中不會丟失數據，同時需要對傳輸數據進行加密和驗證，以確保數據的完整性和安全性。在數據存儲環節，需要確保數據存儲的穩定性和可靠性，同時需要采取備份和恢復措施。在數據處理和分析環節，需要利用專業的數據處理和分析工具，同時要確保數據的質量符合規范和標準，還需要引入數據質量控制技術，如質量控制圖、異常檢測、數據過濾等，對數據進行實時監控和質量評估。質量控制圖是一種常用的質量控制技術，它能夠通過監控數據的均值和標準差等指標，及時發現數據的異常。異常檢測是指通過一些算法和模型，對數據進行異常檢測和識別，找出數據中的異常點。數據過濾則是通過一些規則和條件，對數據進行過濾和篩選，剔除一些不符合條件的數據。這些技術能夠有效地提升數據質量的穩定性和可靠性[4]。

2.4 氣象觀測數據的異常處理和糾正

對氣象觀測數據的異常處理和糾正是確保數據質量的重要步驟，異常數據可能來自設備故障、人為誤操作等原因，如果不加以處理，將影響數據質量的可靠性和精度，甚至影響氣象預報和氣候分析等相關工作的準確性和可信度。因此，建立數據異常處理機制是非常必要的。建立自動或手動識別異常數據的機制，以定位異常數據的來源和時間。針對自動識別機制，可以采用預設閾值、統計方法等方式，對數據進行分析和判斷。針對手動識別機制，則需要由專業人員對數據進行人工分析，找出異常數據的特征和規律。然后，需要對異常數據進行記錄和處理，包括注明異常類型、位置、時間等信息，并進行糾正或填補。

針對數據糾正，可以采用插值、回歸等方法，以保證數據的連續性和準確性。同時，還需要分析和判別數據異常的原因進行，以及時采取措施避免類似異常再次發生。此外，需要確保異常處理記錄的完整性和可追溯性，以便后續的分析和研究。

2.5 氣象觀測數據的質量保證和認證

數據質量保證機制應包括制定質量保證標準和規范、建立質量保證體系等。標準和規范應涵蓋氣象觀測數據采集、傳輸、處理、存儲等方面，以確保數據質量符合要求。質量保證體系應包括數據質量管理、數據質量監控、數據質量評估等環節，以保證數據質量的全過程監控和控制。定期開展數據質量檢查和評估是確保數據質量的重要手段。檢查和評估應基于質量保證標準和規范，包括數據完整性、準確性、時效性等方面。針對發現的問題，應采取相應的措施予以處理和糾正。重要的氣象觀測數據需要進行認證，以確保其可靠性和精度。認證應基于專業技術和標準規范，包括設備校準、觀測環境檢查、數據比對等環節，以確保數據符合要求和質量標準。認證后的數據應注明認證時間、認證結果等信息，以方便用戶和利益相關者了解數據質量的情況。

發布數據質量報告是展示數據質量情況和改進措施的有效方式。數據質量報告應包括數據質量的總體情況、重要觀測數據的質量評估結果、數據質量改進計劃和進展等方面。通過數據質量報告，可以向用戶和利益相關者展示數據質量的情況和改進措施，以提高數據的可靠性和可信度。

氣象觀測數據的異常處理和糾正、質量保證與認證是保障數據質量的重要步驟。通過建立完善的異常處理機制和質量保證體系，采取有效的數據處理方法和認證措施，以及定期開展數據質量檢查和評估，可以確保氣象觀測數據的可靠性、準確性和精度，從而提高氣象預報和氣候分析等相關工作的準確性和可信度。

3 結束語

綜合氣象觀測技術是氣象學研究的重要基礎，也是天氣預報、氣候研究等應用領域的關鍵。在實踐中，對氣象觀測數據質量的要求越來越高，因此質量控制措施的研究也變得愈加重要。綜合氣象觀測技術要點包括測量要素、測量儀器、數據處理等方面。其中，測量要素是指氣象觀測中需要測量的各項氣象要素，如氣溫、濕度、風速、降水等。測量儀器則是指用于測量這些要素的各種設備和儀器，包括溫度計、濕度計、風速計、降水計等。而數據處理則是指對氣象觀測數據進行采集、存儲、傳輸、分析和應用等環節，以確保數據質量和實用價值。控制綜合氣象觀測數據質量常用的措施包括自動監測、手動審查、重復測量、對比分析等方法。此外，還需要進行數據訂正和異常數據處理，以消除各種因素對氣象觀測數據質量的影響。這些控制措施可以有效地提高氣象觀測數據的質量和可靠性，保證天氣預報、氣候研究等應用的準確性和可靠性。

綜合氣象觀測技術的發展，需要不斷提高儀器設備的性能和數據處理的精度和實用性，以滿足氣象觀測數據在各個應用領域的需求。同時，需要加強對質量控制措施的研究與實踐，以不斷提高氣象觀測數據的質量和準確性，為氣象學的發展和人類社會的發展做出更大的貢獻。

參考文獻

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[2] 趙文博，李冰，劉小陽.基于質量控制的氣象觀測數據處理方法研究[J].遙感技術與應用，2022，33（4）：672-678.

[3] 楊杰，劉慶生，楊珺.綜合氣象觀測技術在氣候變化研究中的應用[J].氣象科技，2019，47（2）：259-264.

[4] 呂新華，韋德林，馬廷.氣象觀測質量控制研究現狀及進展[J].氣象科技，2020， 48（6）：1104-1114.

責任編輯：黃艷飛

Abstract Meteorological observation is the foundation of modern meteorological science and an important means of meteorological forecast and climate research. With the development of science and technology， meteorological observation technology was also constantly progressing and innovating. Comprehensive meteorological observation technology was one of the most advanced meteorological observation technologies， which includes a variety of meteorological observation means and technologies， and can provide more accurate and comprehensive meteorological data. This paper will study the comprehensive meteorological observation technology from two aspects： the key points of meteorological observation technology and the quality control measures.

Key words Integrated meteorological observation technology; Key points; Quality control; Measures

作者簡介 劉建明（1981—），男，福建建甌人，助理工程師，主要從事應急減災工作。