观测数据中气象站位置信息检验及应对策略研究

自动气象站位置信息是准确应用观测数据的前提,但受多种因素影响部分测站位置信息不准确客观存在。依据气象站位置信息的特点,设计了一套适用于观测数据中气象站位置信息检验评估的方法和流程,对2018年1月全国62 162个气象站逐小时观测数据中经纬度和海拔高度进行了检验。结果表明:(1)位置信息出现疑误的站点均为区域站;(2)位置信息的站点疑误率为4. 8%,且海拔高度出现疑误的概率大于经纬度,海拔高度和经纬度的站点疑误率分别为4. 2%和1. 3%;(3)随时间变化异常是位置信息疑误的主要表现形式,经纬度和海拔高度时间一致性检查的方法检出率分别为94. 9%和74. 5%。最后,依托MDOS建立了自动气象站位置信息综合监视流程,降低了位置信息疑误对后端应用的影响。     

2020年CLDAS风场数据在辽宁省的适用性分析

选用2020年辽宁省286个气象站点地面10 m风场数据与中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS)10 m风场数据,统计逐小时CLDAS网格插值到站点的风速数据与站点观测风速数据的相关系数(COR)、平均偏差(ME)、均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE),进行CLDAS风场数据在辽宁省的适用性分析和评估。结果表明：CLDAS风场格点数据分辨率1 km较5 km更接近站点观测数据,邻近点插值法较双线性插值法偏差更小。辽宁省286个站点中,逐小时CLDAS风场数据与观测数据相关系数低于0.95的站数仅占总站数的1.7%。辽宁沿海低海拔地区和北部地区较其他内陆地区的CLDAS风速与站点风速偏差大。CLDAS风速与观测风速误差的平均值为负,其中,秋季平均偏差最小,夏季、冬两季次之,春季偏差最大;夜间夏季、秋季日变化偏差最小,冬季次之,春季最大;白天冬季偏差最小,夏季、秋季次之,春季最大。辽宁省3次大风个例分析均表明,CLDAS风场数据有较好的适用性。     

1961-2020年西北地区夏季降水趋势变化特征

采用1961—2020年我国西北地区364站逐日降水观测数据,从降水量和降水日的角度对比分析我国西北地区夏季降水趋势时空变化特征。结果表明：西北地区夏季降水量占全年总降水量的50%以上。从整体上来看,西北地区降水量呈现显著增多的线性趋势,但并非全区一致性增多。降水量增多（减少）的站数约占区域内总站数的57%(43%),降水日数呈现增多（减少）的站数约占总站数的43%(57%);降水量、降水日数同时增加的站点主要位于南疆盆地、北疆西部及青海中部和北部等地,两者同时减少的站点主要位于甘肃东南部、宁夏、陕西中部偏东等地,而两者反相变化的站点主要位于新疆北疆地区、青海省西南部边缘地区和陕西南部。近60年来,西北地区极端降水量和降水日数呈线性增加趋势。西北地区各个区域降水量和降水日数除年际变化外,还存在年代际变化特征,不同区域变化位相存在一定差异。     

1961-2020年西北地区夏季降水趋势变化特征

采用近60年西北地区364站逐日降水观测数据,从降水量和降水日的角度对比研究了西北地区夏季降水趋势时空变化特征。结果表明：平均而言,西北地区夏季降水量占全年总降水量的50-70%。整体上西北地区降水量呈现显著增多的线性趋势,但并非全区一致性增多。降水量增多（减少）的站数约占区域内总站数的57%（43%）,降水日数呈现增多（减少）的站数约占总站数的43%（57%）。两者同时增加的站点主要位于南疆盆地、北疆西部及青海中部和北部等地,两者同时减少的站点主要位于甘肃东南部、宁夏、陕西中部偏东等地,而两者反相变化的站点主要位于新疆北疆地区、青海省西南部边缘地区和陕西南部。近60年西北地区极端降水量和降水日数也呈现出线性增加的趋势。西北地区各个区域降水量和降水日数除年际变化外,还存在年代际变化特征,但不同区域变化位相存在一定差异。     

中国国家级气象台站小时降水数据集研制

通过收集、整理中国历史上各类逐小时降水数据源,建立了中国国家级地面气象台站逐小时降水数据集。质量评估结果显示,绝大部分台站实有率在90%以上,中国东部沿海和贵州、湖南等省份数据实有率偏低。各台站数据正确率普遍较高,正确率低于98%的台站数占总站数的0.7%,正确率在98%~99%区间的台站占总站数的1.8%,其余97.5%的站数据正确率都高于99%。逐小时降水量的日合计量和人工观测日降水量差值在1 mm以内的占92.1%,在0.5~5 mm间的占16.37%,超过5 mm的不到9‰。     

加密自动气象站雨量计资料的质量控制及其相关关系的研究

在长春—四平地区100 km×100 km的范围内,分布有平均间隔10 km左右的147个自动气象站。结合该区域雷达回波强度资料,对2007~2011年4~10月的气象站雨量计小时降水数据进行质量控制。多步骤质量控制结果显示,有141个自动站雨量计的数据通过了检查,删除了6个错误站点的数据,对有疑问时段的数据作了标记。利用质量控制后的5年夏季半年自动站雨量计小时降水数据,进行相关关系统计分析表明:距离在10 km以内的雨量计测量,平均相关系数均能达到0.6以上;雨量计距离小于5 km,平均相关系数在0.7以上;而站点距离超过20 km,相关系数普遍降到0.4以下;随着统计时间的增长(从分钟到月降水量),每个雨量计的测量值具有更高的空间代表性。     

加密自动气象站雨量计资料的质量控制 及其相关关系的研究

在长春—四平地区100 km×100 km的范围内,分布有平均间隔10 km左右的147个自动气象站。结合该区域雷达回波强度资料,对2007～2011年4～10月的气象站雨量计小时降水数据进行质量控制。多步骤质量控制结果显示,有141个自动站雨量计的数据通过了检查,删除了6个错误站点的数据,对有疑问时段的数据作了标记。 利用质量控制后的5年夏季半年自动站雨量计小时降水数据,进行相关关系统计分析表明：距离在10 km以内的雨量计测量,平均相关系数均能达到0.6以上;雨量计距离小于5 km,平均相关系数在0.7以上;而站点距离超过20 km,相关系数普遍降到0.4以下;随着统计时间的增长（从分钟到月降水量）,每个雨量计的测量值具有更高的空间代表性。     

广东区域智能网格实况分析产品的检验评估

利用广东省水文站降水观测实况、国家气象观测站和区域自动站资料,对广东区域2020年的网格实况分析产品质量进行检验评估,结果表明:(1)2020年广东省5和1 km温度网格实况数值与站点实况相近,逐时温度、最高气温、最低气温平均绝对误差均小于1℃;(2)降水网格实况的误差随着降水量级增大而增大,个例对比评估显示1 km实时融合分析降水网格数据优于其他三套降水网格数据;(3)10 m风速网格实况的误差随着风级增大而增大,不分级风速误差小于1 m/s,趋势变化与站点实况接近,个例对比显示1 km的网格数据优于5 km数据。     

华南地区太阳能资源评估与开发潜力

利用华南地区观测站1981—2010年的总曝辐量数据及日照时数数据,对该地区太阳能资源的丰富程度和稳定程度进行评估。结果表明:华南地区总体太阳能资源价值呈现为海南最高,广东其次,广西最低。华南地区最佳倾斜面太阳总辐射年曝辐量为1291 kW·h·m-2,比水平面高3%,总体处于资源丰富等级以上。稳定度评估结果表明:华南地区大部分面积处于稳定等级以上,其中海南2/3以上的面积处于很稳定的等级。结合地形数据和土地覆盖数据,分别以90 m×90 m和1 km×1 km的分辨率对华南地区太阳能资源的开发适宜性进行区划和可利用潜力进行分析,结果显示:90 m×90 m分辨率下可开发利用的Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ类地区的面积占华南地区总面积的80%以上,但其中裸地和灌木、草地仅占总面积的13.9%,而耕地和林地所占面积比例超过60%。受数据分辨率及获取年代差异的影响,1 km×1 km分辨率下太阳能开发适宜性区划结果与90 m×90 m分辨率的结果不尽相同,从而导致开发潜力也存在较大差异,在制定太阳能开发规划时应根据实际工程规模选择合理的数据。     

基于偏最小二乘回归的区域换式风速预报订正技术研究

利用偏最小二乘回归技术,将预报产品作为自变量,相应的自动气象站观测资料作为因变量,对2013-2016年冬季浙江省中尺度区域模式预报近地面风速进行订正和评估。所选956站中多数站点风速订正后有所改善,通过定量分析可知浙江西部地区整体改善效果最好,其中效果明显站点占91.7%;中部地区改善效果明显站点占86.5%;东部沿海地区改善效果略差,明显改善的站点占67%。各地级市整体表现均不错,除舟山地区为49.9%外,其他地区风速改善比例均超过50%。选取2017年1月20日浙江东北地区沿海大风过程分析发现订正后的风速与观测风速更为接近,在定海大岛站点(靠里)中表现尤为明显,订正后的结果具有显著参考价值。     

吉林省区域自动气象站雨量数据的质量分析与评估

区域自动气象站雨量资料对于气象预警、决策服务、效果检验都能提供有效的数据支撑,建立科学有效的雨量资料质量评估与控制方法,对于提高雨量数据的应用性至关重要。基于吉林省区域自动气象站5年雨量观测历史数据,提出了适用于本省的雨量数据质量控制方法,并利用此方法对雨量数据进行质量分析与评估,最终得到错误及异常数据。根据错误及异常数据占比以及对应站点占比情况,可初步判断样本数据的数据质量相对较高,可用性较强。     

基于偏最小二乘回归的区域模式风速预报订正技术研究

利用偏最小二乘回归技术,将预报产品作为自变量,相应的自动气象站观测资料作为因变量,对2013—2016年冬季浙江省中尺度区域模式预报近地面风速进行订正和评估。所选956站中多数站点风速订正后有所改善,通过定量分析可知浙江西部地区整体改善效果最好,其中效果明显站点占91. 7%;中部地区改善效果明显站点占86. 5%;东部沿海地区改善效果略差,明显改善的站点占67%。各地级市整体表现均不错,除舟山地区为49.9%外,其他地区风速改善比例均超过50%。选取2017年1月20日浙江东北地区沿海大风过程分析发现订正后的风速与观测风速更为接近,在定海大岛站点(靠里)中表现尤为明显,订正后的结果具有显著参考价值。     

利用春季黄渤海沿海大风观测资料评估CFSR风场再分析数据

利用2008—2010年春季(3—5月)黄渤海沿海地区34个站点的地面观测风场资料,对CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)10m风场再分析数据进行对比分析和检验评估。结果表明:CFSR对逐时风速的平均误差以及平均绝对误差大都在1~2m/s之间,对6级以上大风的平均误差大都在-1~-3m/s,而A平台、成山头、西连岛站为-3~-4m/s。CFSR对逐日风速的平均误差基本在-2~2m/s之间,成山头站最大为-3m/s,对6级以上大风的平均误差基本在-4m/s以内,但西连岛站为-4.7m/s。CFSR对更接近海上的站点以及6级以上大风的评估更加偏小,此外逐日误差比逐时偏大1m/s左右。由北方气旋造成的7级以上大风站点最多,平均误差大都为-4~-5m/s。成山头站在南方气旋和低槽冷锋天气类型下的平均误差都在-5m/s以上。CFSR对各种天气系统产生的西北以及偏北大风的次数及其风向的评估均较好,对北方气旋和东高西低产生的偏南大风评估也比较准确,但对南方气旋产生的东北以及偏东大风评估略差。     

广西大气负离子观测系统运行分析评估

选取广西大气负离子观测系统2021年逐小时观测数据资料,分析评估观测数据到报情况以及针对系统故障提出改进对策建议。结果表明,广西大气负离子观测系统站点运行正常数为15个,出现较长时间离线状态为15个,该系统30个站点到报率平均值为76.42%,数据可用性平均值为50.94%。负离子观测系统故障配件占比最高为风扇,故障率为38%。系统配件发生故障次数最多为22次;贺州和阳朔站申领备件数最多（均为6件）,有9个站未申领过备件。并从考核机制、维护管理、数据评估等方面提出提高系统整体运行质量建议。     

四川省地面雨量站站网现状分析

气象台站站网布局质量直接影响观测资料的使用效益。通过水平站间距、垂直层分布、坡度、流域、风险区划、站点控制范围以及网格覆盖率等多个角度对四川省现有地面雨量站站网进行分析,以期为后续增减站点、站网布局优化提供科学依据。分析结果表明:(1)四川省雨量站平均水平站间距为9.04 km,完全满足世界气象组织OSCAR对气候监测领域的需求,满足全球数值天气预报的“突破”需求,但距理想的“目标”还有一定差距;(2)四川省80%以上的雨量站布设在低海拔和中海拔区域,92.38%的雨量站布设在平坡地、较平坡地、缓坡地和较缓坡地;(3)四川省较高和高风险区面积占比不足40%,站数占比达50%以上,且站网密度随着风险区从低到高逐渐增大;(4)站点控制面积<100 km^(2)的区域主要分布在四川盆地内,川西高原站点控制面积普遍在100 km^(2)以上,个别站点控制面积在1000 km^(2)以上;(5)不同分辨率网格覆盖率,四川盆地内最高,攀西地区次之,川西高原相对较低。     

CMA-RA陆面气温再分析产品在陕西的检验评估

基于陕西99个国家自动气象站和1 884个区域自动气象站逐小时气温数据,采用相关系数、平均误差、均方根误差等指标,评估分析了2020年1—12月CMA-RA陆面（CMA-RA/Land）气温数据与站点气温的相关性及偏差分布特征,并分别按不同区域、不同高度、不同等级气温对CMA-RA/Land气温数据进行评估。结果表明：①CMA-RA/Land气温数据能较好地反映陕西的气温特征,但不同区域有所差异,在陕北的适用性最好,关中次之,陕南较差,沿秦岭山脉一带的误差明显偏高;②CMA-RA/Land气温数据在陕北不存在明显高估或低估,在关中除2—5月外均有所低估,在陕南低估最明显,但3—4月存在高估;③CMA-RA/Land气温数据在1 000～1 499 m海拔范围内与站点气温差异最小,其次为800～999 m,海拔超过1 500 m时差异最大;④CMA-RA/Land气温数据对0 ℃以下气温存在高估,对0 ℃以上气温存在低估,气温在-10～199 ℃时CMA-RA/Land气温与站点气温差异最小;⑤CMA-RA/Land气温数据与国家自动气象站气温的一致性优于区域自动气象站。     

1961~2003年中国大陆地表太阳总辐射变化趋势

利用中国大陆30个气象站1961～2003年地表太阳总辐射观测数据,研究了辐射年总量和季节总量的变化趋势及其空间分布特征,并探讨了其原因。结果表明:1961～1989年中国大陆地表太阳总辐射总体呈减少趋势,减少约11%;1990～2003年间略有回升,但其均值仍比1961～1965年的均值低8.2%。大部分地区春夏两季减少明显,约占年减少量的55%～85%。对各站点观测数据的趋势分析表明,地表太阳总辐射随时间的变化大致可分为4种类型,其特征分别为:1961～2003年间持续减少(占总站点数20%);20世纪60年代初到80年代中期呈显著减少趋势,其后线性趋势不明显(占总站点数40%)或呈逐步增加趋势(占总站点数16.7%);1961～2003年间无显著变化(占总站点数23.3%)。这4种类型在空间分布上无明显的区域特征。日照时数减少是总辐射减少的主要原因,可以解释地表太阳辐射年总量变化的72%,日照时数随风速的增大而增加。     

云南土壤水分自动站观测值的业务化检验及其标准

按照土壤水分自动站业务化检验标准对云南2010年建立的20个土壤水分自动站观测值进行了业务化检验,其中17个站点通过业务化检验。为评估业务检验合格站点的数据质量,对检验时段人工对比观测数据进行分析,由于检验时段多分布在雨季,大部分土壤层观测数据的样本标准差较小,导致检验后干季时的土壤自动站与人工观测结果误差较大。将各站点的土壤体积含水量绝对误差转换成土壤相对湿度误差后,土壤相对湿度误差值大于等于10%的土层占有效检验总数的24.4%;误差值小于6%的只占总数的41.2%。分析认为当前土壤水分自动站业务化检验的评判标准值得商榷和论证。     

白山区域自动气象站常见故障判断及处理建议

1引言区域自动气象观测站(简称区域站)主要建设内容为自动气象站,它是以自动观测为主要手段,主要承担地面气象要素的时空加密观测任务,提供区域性高时空分辨率的中小尺度灾害性天气、局部环境和区域气候观测数据。区域站是国家级气象观测站的重要补充,在气象业务、服务中发挥了积极的作用。随着区域站站点的不断增加,维护保障任务也日益加大。如何更好地做好维护保障任务,确保区域站的真正正常运行,确保数据正确、及时上     

四川省CLDAS和ECMWF再分析数据风速产品评估

利用2019年1月1日00时～12月31日23时(世界时)四川156个国家站和1768个区域站的观测数据,评估全国智能网格实况分析产品(CLDAS)和ECMWF再分析数据(ERA5-Land)的10m风产品。采用双线性插值方法,将两种分析产品插值到气象站点,与观测值对比,通过平均误差,平均绝对误差,均方根误差和相关系数等指标对以上两种产品进行评估比较。结果表明:两种分析产品对于四川省国家站和高原地区区域站风速都以低估为主,但盆地区域站高估。风速在高原地区所有评估指标都比盆地内差,高原地区需谨慎使用格点风产品。CLDAS对于国家站的各项评估指标都优于ERA5-Land。两种产品与区域站的平均误差,平均绝对误差,均方根误差结果整体相近,但CLDAS对非独立区域站的误差相对更小。ERA5-Land相关性较差,与四川地区实际观测的地面风速变化趋势相反, 不适用于四川。