《陕西气象》作者现状分析

在传统质量控制方法的基础上,依据台站多年预审工作经验和T639数值预报模式所提供的背景场数据,利用西安泾河气象站L波段雷达探空观测数据研究了高空观测数据台站实时质量控制方法及软件,并投入业务应用。结果表明：适用于台站实时质量控制的方法有极值检查、时间序列检查、同期历史资料对比检查和数值预报背景场资料检查等,其中极值、时间序列、同期历史资料对比等检查方法是基于本站历史资料数据库实施,质量控制软件采用自动和人机交互两种方式,自投入业务试运行以来,疑误提示21次,其中,高度15次、温度6次,大大提高了值班员对疑误数据的诊断时效。

     

西安L波段雷达观测数据实时质量控制方法

在传统质量控制方法的基础上,依据台站多年预审工作经验和T639数值预报模式所提供的背景场数据,利用西安泾河气象站L波段雷达探空观测数据研究了高空观测数据台站实时质量控制方法及软件,并投入业务应用。结果表明:适用于台站实时质量控制的方法有极值检查、时间序列检查、同期历史资料对比检查和数值预报背景场资料检查等,其中极值、时间序列、同期历史资料对比等检查方法是基于本站历史资料数据库实施,质量控制软件采用自动和人机交互两种方式,自投入业务试运行以来,疑误提示21次,其中,高度15次、温度6次,大大提高了值班员对疑误数据的诊断时效。     

逐时本站气压数据分阶段空间一致性检查方法研究

基于气压和海拔高度的相关关系,将本站气压订正到气压表海拔高度序列的中位数高度,本文设计了一种由粗粒度质控和细粒度质控组成的分阶段逐小时本站气压空间一致性检查方法。将海平面气压作为参考要素,通过分析气压空间变率,讨论了将中位数高度订正气压用于本站气压空间一致性检查的合理性和适用性,且引入人工植入误差法定量分析方法的疑误检测能力,并利用2015年中国2420个国家级自动气象站观测资料对设计的空间一致性检查方法进行检验。结果表明:中位数高度订正气压可以用于本站气压空间一致性检查,其空间变率变化稳定且小于海平面气压,高海拔地区尤为明显,对小偏差疑误较敏感;四季引入不相同植入误差时,中位数高度订正气压的疑误检出率均高于海平面气压,误差越小提升比率越大,植入误差为2.5 h Pa时不同季节疑误检出率均超过90.00%,夏季疑误检出率最高,达98.00%;逐时本站气压分阶段空间一致性检查方法可以有效降低算法的时间复杂度,运行时效可以满足实时业务需求,并可有效检出疑误数据,检出率约为0.01%。     

新建地面气象自动站资料质量控制方法设计

随着观测系统的加强,中国陆续出现许多新建的地面台站、地面自动观测站,但对这些新出现的台站由于缺少长时间序列的历史观测资料,无法通过本站观测统计分析建立质量控制技术.本文在传统的质量控制方法基础上,将全国地面观测站按照地域和气候特征分为8个区域,利用过去25 a存档的地面观测资料建立一套适合于新建地面自动站资料控制技术,对气压和温度采用极值检查、时间一致性检查和空间一致性检查等方法进行质量控制.并利用该质量控制技术对华南、长江中下游及华北地区2005年地面资料进行质量控制,结果表明:该控制方案能有效地将有问题的资料标识出来,可为新建地面自动站资料的应用提供一定的质量保障.不同区域的资料质量控制检查需依据不同地区的气候特点进行划分和统计,这样更能保障质量控制后资料的质量.     

全国自动气象站实时观测资料三级质量控制系统研制

迄今,中国气象局已在全国建立了55000余个地面自动气象站（含国家级自动站和区域自动站）。为了促进众多台站观测资料质量提高,在实时业务中保障用户用到基本正确有效的数据,2009年底中国气象局启动了“全国自动站实时资料质量控制与综合评估系统建设”工程,旨在研制一套基本适用于全国自动站实时观测数据的质量控制技术方法,建立台站、省级、国家级资料部门的地面自动站实时资料三级质量控制与反馈业务系统。在探究自动站错误数据表现形式的基础上,研制了自动站实时观测数据质量控制技术;从业务分工与应用角度,设计建立了台站负责质量监控、省级负责质量控制和国家级主要负责质量评估的自动站实时资料三级质量控制系统。该系统已在2400多个国家级气象台站、31个省级和国家级资料部门安装部署与业务应用。通过系统建设与应用,实时上传的自动站数据质量得到明显改善。主汛期全国自动站逐小时气温、降水数据可用率分别从2009年的88%、83%提升到2012、2013年的98%左右。     

DZZ4新型自动站六要素传感器故障排查

为了保障自动气象观测站实时观测资料达到全国自动站实时观测资料质量考核要求,以DZZ4新型自动站为例,介绍了气压、温度、湿度、风向、风速、降水六要素传感器的日常维护及常见故障排查,为台站业务人员在自动站传感器突发故障时的应急处置提供帮助。     

自动与人工观测气压的差异及原因分析

利用全国373个基准基本站自动与人工平行观测期间的气压对比观测资料,进行了自动与人工观测气压的差异分析,重点从本站气压计算公式和环境温度方面分析了两种观测方式引起气压观测数据差异的原因。结果表明:(1)自动观测的气压值比人工观测气压值普遍偏低0.1～0.2 hPa。日最低气压差异最大,可达到0.34 hPa。自动与人工观测气压的差值有较明显的日变化和季节变化;(2)从分布区域看,自动与人工观测气压差异较大的区域位于海拔较高的西部地区,我国中东部地区则差异较小,绝大多数在0.2 hPa以内;(3)由于人工观测气压计算公式的问题,在2004年之前人工观测的本站气压值偏大,海拔高度越高的地方,偏大程度越高。统计结果还表明,30℃以上的高温环境和-30℃以下的低温环境,自动与人工观测气压差异明显。     

用气压比审法普查台站海拔高度

1974年我们试用全省台站海平面气压比审的方法,普查了全省台站的海拔高度,发现了一些问题并逐步作了纠正。 海平面气压比审的具体做法是: 1.列表 在台站上报的气表-1中,选了1973年10月和1974年1月两个月的月平均本站气压B,并根据各站水银槽海拔高度h和该月的月平均气温,求出各站的高度差C。再把各站的月平均本站气压B分别加上高度差C,得出各站的月平均海平面气压B_o。以甲站为例,列表如下(见附表):     

MDOS2.0海平面气压疑误信息分析与处理

气象资料业务系统MDOS2.0自2016年12月1日正式运行以来,自动气象站(国家级台站除外)海平面气压疑误信息频发,经过对比分析发现,海平面气压疑误信息的根源是观测设备端的气压传感器海拔高度设置有误,与实际海拔高度有很大的差别。通过修正气压传感器的海拔高度后,海平面气压疑误信息不再发生。     

基于海拔高度的质控方法本地化策略

中国气象局研制的三级质量控制业务系统中,质控方法本地化策略是按照陕北、关中、陕南的行政区域制定的,在此基础上,根据陕西省境内国家级自动气象站台站海拔高度的不同,修正其质量控制方法,对气象观测数据增加了省级质量控制标识,形成了基于海拔高度的自动气象站观测数据质量控制策略和流程。以临渭站和华山站(分别代表平原站和高山站)为例,针对2013年汛期中连续三个月(6—8月)的气温、气压、相对湿度、风速四种气象要素进行质量控制。结果表明,经过质量控制后的气象观测数据更加能够反映出每个台站真实的气象要素变化情况。     

区域自动气象站蓄电池异常状态判别方法

针对天津市一种常见的CAWS600型区域自动气象站对其供电及功耗进行了详细分析,利用对电池放电特性曲线的归一化处理,得到了针对12V38AH铅酸蓄电池的剩余容量估算方法,同时利用该站蓄电池工作电压的统计规律,提出了针对蓄电池工作电压的极值判定、时间/空间一致性质量控制方法,并对2017年逐10min观测数据进行检验。检验结果显示,文章提出的质量控制方法可以有效识别出蓄电池异常站点,针对2017年个站蓄电池持续放电情况可提前10d定位。     

复杂地形下地面观测资料同化Ⅲ.两种解决模式地形与观测站地形高度差异方法的对比分析

模式地形与观测站地形高度差异是地面资料同化方案设计中的一大难点.本文通过个例和单点试验对第Ⅰ和第Ⅱ部分(徐枝芳等,2007a,2007b)中涉及的两种解决模式地形与观测站地形高度差异的地面资料同化方法(即增加温度地形代表性误差和温度订正方法)进行对比分析,并将这两种方法应用于WRF_3DVAR,进行3个月的连续数值试验.研究结果表明:随着地形高度差异的增加,采用增加观测误差方法得到的估计值向其它资料同化分析值(背景场值)靠近,在一定的高度差异下则失去了同化分析地面资料的意义;温度订正方法对温度递减率的取值较为敏感,在有探空资料参与同化分析时,温度递减率取值敏感性相对减弱.当采用的订正值较为准确时,采用温度订正方法较增加观测误差方法能更好地处理两种地形高度差异,地面资料信息应用更充分,得到的估计值最有可能接近真实值.当模式地形与观测站地形高度差异较小(小于100 m)时,两种解决模式地形与观测站地形高度差异的方法达到的效果基本一致.单点及个例试验表明,有探空资料等高质量观测参与同化分析时,采用增加观测误差方法得到分析场更接近真实场.三个月连续试验也表明有探空资料参与同化分析时,采用增加观测误差方法比温度订正法改进的郭永润同化方案(Guo et al.,2002)同化地面资料效果好,且加入地面资料同化对所有量级降水预报都有所改善.当地面资料同化方案没处理好时,加入地面资料同化的效果反而不如不加地而资料同化.     

复杂地形下地面观测资料同化III. 两种解决模式地形与观测站地形高度差异方法的对比分析

模式地形与观测站地形高度差异是地面资料同化方案设计中的一大难点。本文通过个例和单点试验对第I和第II部分 (徐枝芳等, 2007a, 2007b) 中涉及的两种解决模式地形与观测站地形高度差异的地面资料同化方法 (即增加温度地形代表性误差和温度订正方法) 进行对比分析, 并将这两种方法应用于WRF_3DVAR, 进行3个月的连续数值试验。研究结果表明: 随着地形高度差异的增加, 采用增加观测误差方法得到的估计值向其它资料同化分析值 (背景场值) 靠近, 在一定的高度差异下则失去了同化分析地面资料的意义; 温度订正方法对温度递减率的取值较为敏感, 在有探空资料参与同化分析时, 温度递减率取值敏感性相对减弱。当采用的订正值较为准确时, 采用温度订正方法较增加观测误差方法能更好地处理两种地形高度差异, 地面资料信息应用更充分, 得到的估计值最有可能接近真实值。当模式地形与观测站地形高度差异较小 (小于100 m) 时, 两种解决模式地形与观测站地形高度差异的方法达到的效果基本一致。单点及个例试验表明, 有探空资料等高质量观测参与同化分析时, 采用增加观测误差方法得到分析场更接近真实场。三个月连续试验也表明有探空资料参与同化分析时, 采用增加观测误差方法比温度订正法改进的郭永润同化方案 (Guo et al., 2002) 同化地面资料效果好, 且加入地面资料同化对所有量级降水预报都有所改善。当地面资料同化方案没处理好时, 加入地面资料同化的效果反而不如不加地面资料同化。     

地面自动站资料质量控制方案及应用

为满足精细、 短时天气预报的需求, 我国地面自动站（AWS）观测系统的建设日趋完善。AWS资料在数值预报系统中没得到充分使用的原因之一是AWS观测资料的特殊性及数值预报系统缺少有效针对AWS观测资料的质量控制(QC)方案。本文AWS QC方案在参考国际先进的AWS QC方案基础上, 根据我国地面自动站的特点和数值天气预报模式对地面资料应用的要求设计。其目的是解决AWS观测资料在数值预报中应用的质量问题。本方案采用多种质量控制技术, 其中包括台站气候极值检查、 要素间一致性检查、 时间一致性检查、 持续性检查、 背景场一致性检查、 空间一致性检查、 综合决策算法、 自动统计评估反馈技术。本文从检查方法对错误资料的敏感度和确定性进行理论分析表明, 该方案具有更强的敏感度和确定性。将该方案应用于北京地区2006年8月AWS实际观测资料检验, 结果表明, 该方案能有效地识别观测资料中存在明显错误的资料, 有效地为地面自动站资料在数值模式中的应用提供客观质量依据。     

苏皖地面自动站资料的质量控制及结果分析

利用江苏和安徽2012—2014年151个国家站及2 600个区域站资料,对各类自动站资料的质量及其控制方法进行初步探讨。采用缺测资料统计、气候界限值检查、气候极值检查、内部一致性检查、二次迭代的空间一致性检查、时间一致性检查、持续性检查及综合决策算法分别对国家站和区域站资料进行系统的质量控制,并根据质量控制结果进行可疑站点的标记。结果显示:国家站各要素资料缺测率远低于区域站,且资料质量总体上均明显优于区域站;自动站各要素中温、压要素的质量最好,其次是相对湿度;除了空间一致性检查中风场资料的检查结果差别不大外,其余检查中区域站资料的未通过率均远高于国家站资料;将错误资料及可疑站点信息进行及时反馈,能改善实时资料质量,并为相应测站的检修与维护提供依据。     

基于观测数据的风向传感器故障检测方法设计与应用

当自动气象站观测仪器发生故障或运行性能下降,通常是利用专用设备进行维修和检定,但为安装在十数米或数十米高度的风观测仪器进行日常维护会有较大困难。为提高测风设备的维护能力,提出了基于观测记录的风向传感器故障检测方法。利用全国2009—2011年2420站逐小时极大风速的风向和瞬时风速的风向资料,基于风向传感器的格雷码盘的编码原理,设计了风向传感器格雷码失效故障的检测方法,对全国的风资料进行了质量控制,同时通过模拟格雷码失效后风向变化情况,评估了格雷码失效故障所造成的影响。检测分析结果表明：（1）采用逐时极大风速的风向和瞬时风速的风向资料,可检测格雷码失效故障;（2）格雷码第二至七位出现失效故障的台站在全国所占比例为0.4%～0.8%,格雷码第一位出现失效故障的比例为2.6%;（3）格雷码失效对风向观测数据的质量影响较大,特别是失效格雷码为第四至七位时,甚至会造成风向频率的分布完全失真。     

集合均方根滤波同化地面自动站资料的技术研究

模式地形与观测站地形高度差异一直是地面资料同化面临的棘手问题,合理的同化方案能够将地面自动站资料有效的同化到中尺度数值模式中。本文首先采用Guo et al.(2002)的方案实现了在WRF模式中应用集合Kalman滤波方法同化地面自动站资料;然后对方案进行调整,对10 m高度风场、2 m高度位温、2 m高度露点和地表气压进行同化。通过均方根误差分析,模拟结果和同化增量分析来确定集合平方根滤波(EnSRF)同化地面自动站资料的有效性,并进行敏感性试验分析检验模式对各要素物理量的响应状况。结果表明:在EnSRF同化系统中应用Guo et al.(2002)的方案将地面自动站资料进行同化到数值模式中,能够部分改善模拟结果;地面观测资料(温度、湿度、风场、地表气压)中各物理量分别同化到数值模式都能影响18小时降水预报,但各物理量所起作用大小不同,其中对结果影响最大的是露点;使用位温、露点分别代替温度、比湿进行同化模拟效果更好,对自动站资料的同化也更加有效。     

利用地面观测资料参考标定雷达VAD资料气压高度方法研究

针对雷达VAD资料因不包含气压高度信息而在使用中受到限制的问题,设计了VAD资料气压高度标定方案。提出了以雷达站所在地地面气象观测要素作为参考的标定方法。具体为在压高公式中引人多元大气温度递减方案,地面基础要素由雷达站配备的地面自动气象观测站提供。针对这个方案敏感的温度垂直递减率,利用2007年全年探空资料计算得到温度垂直递减率随高度、时间、区域变化的分布,并分别进行常数温度递减率、随高度变化、随时间变化的温度垂直递减率,以及随两者同时变化的温度垂直递减率对标定结果误差影响的敏感性分析,并与传统的气候标定方案误差进行对比。通过一年的实际观测资料试验,结果表明：相对于不引入观测的气候统计值标定方案,可大大缩减标定误差。尤其是随高度和时间同时调整的温度垂直递减率的地面观测要素参考标定方案的误差最小,适应VAD资料的特点。