地面综合观测要素状态监测及报警软件研究

为推进气象现代化，地面气象综合观测在智能化、自动化方面进行了大量的研究工作，并取得了显著的成果。因受到自然环境、设备状态、网络情况等影响，观测要素数据易出现异常，且台站业务人员无法24 h不间断监测地面综合观测软件，在设备故障、数据异常等情况发生时易导致市县级地面综合观测不能第一时间发现问题，影响故障点的及时排查和维修。基于此现状，运用“互联网+”模式，通过对地面综合观测要素状态监测及报警软件研究，在观测要素数据逾限、缺测及数据质控异常时红灯提示并发送短信给保障人员报警，实现地面气象观测要素数据的智能监控，切实提高基层装备保障及时性，更好的为气象信息服务与气象分析预测提供可靠的基础数据。     

基于Bayes判别法的结冰现象资料序列订正

针对安徽省81个国家级地面气象站1961—2018年结冰现象资料序列,采用要素一致性、内部一致性、空间一致性等方法进行数据质量控制,基于质量控制后的正常年份数据进行Bayes判别模型训练,应用训练所得模型完成异常年份结冰数据的订正。结果表明:安徽省共有38个台站累计84年的年结冰日数质量控制检查异常,年结冰日数异常年份主要集中在1961—1970、1988—1999和2015—2017年,造成年结冰日数异常的原因有部分台站历史观测任务简化、气象台站分类调整以及地面气象观测业务改革等。利用Bayes判别法构建了多个结冰现象判别模型,经检验发现,模型1和模型3具有较高的判识正确率、命中率、TS评分以及较低的误警率。考虑计算的简便性,选用模型1对异常年份结冰数据进行逐日订正。通过六安站、太和站和无为站异常年份结冰现象订正结果对比发现,基于Bayes判别法的结冰现象判别模型,对不同时间段内、不同原因造成的结冰现象观测记录异常的订正均较为合理,订正后的年结冰日数变化趋势更符合实际情况,表明采用Bayes判别模型订正结冰现象是合理、可行的。     

气象观测设备运行状态综合判定技术应用

从气象观测设备运行保障角度出发,基于各观测设备自身运行状态检测信息,结合气象观测数据、气象观测元数据信息以及各级气象观测技术保障业务人员人工填报业务数据,研制了我国气象观测设备运行状态综合判定技术;同时制订了各气象观测设备运行状态分类标准和显示标准,将设备运行状态分为正常、报警、故障和非观测4类状态,分别用绿色、橙色、蓝色和灰色标识.气象观测设备运行状态综合判定技术在一定程度上促进了我国气象观测装备技术保障工作的规范化、标准化开展.该技术贴合气象装备技术保障业务实际需求,设备运行状态判定真实率达100％,结果经实践证明科学合理有效,基于该方法开展的设备运行监控保障工作提高了观测系统稳定可靠的运行能力.     

省级气象装备运行监控系统设计开发

通过结合C#技术、数据库技术、自定义控件技术开发实现基于C/S架构的省级气象装备运行监控系统。运行监控系统具备气象装备运行时序图、观测数据查询、实时数据多样化显示、历史数据查询、运行状态监控、数据到报、评估分析等多功能。系统通过调取数据库的数据进行解析,对设备运行情况进行详细的分析,针对不同的应急响应将报警信息发送方式进行智能处理。确保重要的报警信息适时反馈保障人员,同时排除虚假报警以防影响正常的工作安排。信息发送方式通过短信形式采取点对点模式进行。通过对观测数据和状态文件的分析与判断,随时掌握自动气象站的运行状态,具备存储、统计、查询、报警等功能,系统具有稳定性强的特点。     

台站气象观测数据集成监控平台设计

通过对各类观测数据及运行状态的分析,结果表明:运用可视化编程工具进行台站气象观测数据集成监控平台设计,实现对网络状况及各种气象观测数据及报文的实时监控;当平台发现网络异常、数据异常、数据下载及上传失败时,能及时进行显示和智能语音、短信、电话报警,通过集成监控平台的使用,能有效提高设备运行稳定率、到报率、业务可用性,从而提高台站综合业务质量。     

公路交通气象自动观测系统设计

公路交通气象自动观测系统(RWIS)的设计以满足高速公路沿线天气预报和实况预警需求为出发点,在技术选取方面既保持与常规气象观测技术指标的一致性,又考虑了公路交通气象野外监测对数据时效性和可靠性的要求。与常规地面气象观测方法相比,该系统设计主要具有适应野外无人探测环境、观测要素按需选取、模块化设计灵活可配、传感器布局有特殊要求以及数据流、状态流和控制流兼容并行等特点。公路交通气象观测系统的硬件结构采用模块化设计集成各类传感器,通信传输采用数据对象字典方式组织气象观测数据和设备状态信息以数据流方式实时上传,观测信息和设备信息通过采集软件和中心站软件进行分析处理。目前该系统已在全国推广应用,数据上传至中国气象局,并形成业务化系统平台,观测产品已通过CMACast系统分发至全国各地共享应用。     

AMDAR观测资料分析及质量控制

随着中国气象局与民航总局AMDAR(Aircraft Meteorological Data Relay)合作项目的开展,气象部门获得的AMDAR观测资料逐渐增加.为获取高质量的AMDAR观测资料和充分合理地使用这些观测资料,必须对AMDAR观测资料时空分布、飞行状态信息、观测资料质量等信息进行充分调研分析,并开发设计出具有实际运用价值和能力的质量控制(QC)技术,使AMDAR观测资料在数值预报业务模式系统中发挥更大作用.AMDAR QC方案在参考国际先进AMDAR QC方案的基础上,根据AMDAR资料的特点和数值天气预报模式对AMDAR资料应用的要求而设计,其目的是解决AMDAR观测资料在数值预报中应用的质量问题.文中方案采用多种质量控制技术,其中包括气候极值检查、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,并将该方案应用于2007年6-8月的实际观测资料.试验结果表明: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AMDAR资料在数值模式中的应用提供客观质量依据.     

中国自动土壤水分观测资料质量控制方法设计与效果检验

土壤湿度资料对气候变化、农业干旱监测、农业气象预报与服务等研究具有重要意义,为剔除土壤湿度观测资料中的异常数据,本文提出了一套适用于全国自动土壤水分观测资料的质量控制方法。首先,以2014年全国自动土壤水分观测资料为基础,根据资料中异常数据的特征将异常数据分为四类。其次,从界限值检查、内部一致性检查、时间一致性检查等方面提出:异常极值检查、异常增大检查、异常减小检查、异常恒定检查四类方法。最后,利用2014—2015年全国观测资料以及中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS)土壤体积含水量数据集产品(V2.0)对各检查方法应用效果进行检验,结果表明:(1)四类检查方法均可判断出自动土壤水分观测资料中的疑误数据;(2)四类检查方法的判定结果在时间连续性及空间分布上具有一定的一致性;(3)该质量控制方法可减小观测数据与CLDAS数据之间的均方根误差(RMSE)。目前,该方法已应用于我国气象资料处理业务系统。     

贺州市区域自动气象站监控平台设计与实现

运用C#语言,通过CIMISS大数据平台,建立区域自动气象监测站网监控平台,通过对观测数据的质量控制及运行状态的分析判断,设计信息储存、统计、查询、提示、报警等功能,并利用手机语音和短信方式提示技术保障人员及时有效处理故障,以保障区域自动站观测数据的真实和准确。     

基于MapGuide的区域站运行监控系统

介绍了一种以MapGuide技术为核心,以Delphi语言和SQL Server 2005数据库为编程工具研发的区域站运行监控系统。该系统改进了以往对设备状态进行直接监控的方式,采用探测数据质量为监控对象,通过气象观测数据本身的时间连续性和空间一致性等规律判断数据的准确性,进而评估气象探测设备的运行状态。文章详细介绍了软件的体系架构、关键技术、实现方法和功能模块等。     

综合气象观测运行监控系统

为了提高我国气象装备运行保障能力和观测数据质量,中国气象局气象探测中心从2006年起创建了综合气象观测运行监控系统,并依此逐步建立了监控业务。文中围绕气象装备保障业务关于台站、省级和国家级的三级用户需求,明确了以探测设备运行状态监视、技术保障信息管理、观测数据质量监视为主线的监控业务设计思想,并奠定了监控业务系统的技术框架,提出了＂两级布设、三级应用＂的分布结构,基于互联网和WebGIS技术,建立了一套实时气象观测网运行监控和分析系统,具备实时设备运行状态监控、装备保障信息管理、观测数据质量监视、基础信息管理、运行统计评估等功能。在此基础上,文中介绍了气象观测运行监控业务概况,通过监控系统实现了对全网设备运行状况的实时掌握,开展监控产品分析服务,定期评估装备运行效能和数据质量状况,使重要气象装备如天气雷达的可用性大幅提升,为提高气象装备运行效能发挥了重要作用。     

气象监测中降水资料的质量控制

自动气象站监测资料中,降水资料的质量控制方法较温度、气压等资料更为复杂。本文分析自动气象站每分钟、逐小时及累计降水资料异常的成因,提出了质量控制的具体方法和判别流程。流程对实时数据进行界限值检查,经空间一致性、时间一致性和要素匹配一致性作精细化正误判别,最后由人机结合综合决策、判别和处理后录入二级数据库。通过统计分析,结合交通气象能见度要素与降水量间的相关性,拟定了降水资料质量控制的判别算法及相关阈值。上述质量控制不仅使预报人员避免错误数据的应用,而且为形成准确、完整的降水历史资料提供了切实可行的方法,也为装备的维护和及时维修提供了依据。     

地面自动气象观测设备运行状态信息检测技术

地面自动气象观测设备运行状态检测机制不足一直是困扰我国地面气象观测运行保障工作的一大难题。本研究从运行监控实际业务需求角度出发,在梳理现有业务运行地面自动气象观测设备结构基础上,结合部分研究成果,从数据采集模块、气压观测模块、温湿度观测模块、风观测模块、地温观测模块、雨量观测模块、供电系统模块、软件模块、能见度观测模块和称重降水观测模块共10个方面逐一细化了每一主要部件的状态检测点,并对其进行了分类和编码,同时参考现行业务运行设备长Z数据报文,制定了地面自动气象观测设备运行状态报文规范,最终研制了地面自动气象观测设备运行状态信息检测技术。通过统一规范、标准,研究结果可解决目前我国地面自动气象观测设备监控信息设计规范缺失的问题,可缓解当前厂家多、型号杂、设备不统一的不利局面,有利于推进地面自动气象观测设备运行监控技术规范化建设工作。     

云南省L波段探空系统运行监控平台的开发与应用

基于云南省L波段探空系统提供的监控信息与探空资料,通过云南省气象局宽带信息网络,建立了云南省L波段探空系统运行监控平台,该平台由FTP下载系统、数据录入系统和运行监控系统3部分组成。对平台的结构和主要技术方法进行了详细介绍,并着重对L波段探空系统的数据质量进行了研究,提出相应的数据质量控制方法。近一年的业务运行情况表明,该平台实现了对云南省高空探测系统的探空雷达和探空数据的监控,对于加强观测业务管理、保证观测资料质量、改进观测技术及提高观测资料应用效果发挥了积极的作用,但数据质量控制还需要在资料积累过程中对阈值范围和方法进行改进。     

2019年辽宁及内蒙古冻土自动观测及其分钟数据的时间一致性检测

在辽宁省喀左站、辽阳站和内蒙古满洲里站统一安装5种型号冻土自动观测仪进行外场试验,采集2019年3—6月逐分钟冻土数据,采用纵横极值集合法,对采样数据进行时间一致性质量控制,与3站的人工定时数据进行对比分析。根据同期人工观测数据,判断冻土自动观测异常可疑数据和异常数据阈值,分别为5 cm和11 cm,据此开展验证。结果表明: 冻土自动观测仪分钟数据完整率为99.59%;冻土自动观测仪平均冻土层数与人工观测基本一致,符合冻土业务数据分布特性; 5种类型冻土自动观测仪均能较好地反映不同气候区域的冻土的分钟数据变化,冻土自动观测分钟数据质量控制阈值合理可靠。     

四川地区自动土壤水分站数据质量控制方法研究

本文利用各类人工、自动土壤水分资料,统计得到不同层次土壤水分各观测要素的气候极值和时变阈值,研发了适用于四川地区自动土壤水分资料的质量控制方法,具体包括站点参数信息检查、数据缺测检查、体积含水量界限值检查、气候极值检查、时间一致性检查(时变检查和持续性检查)。并对2014年21个自动土壤水分站218个S文件进行了检查测试,检查数据约500万个,质控结果显示,数据缺测约占总数据量的1.6%,超过气候极值数据约占总数据量9%,未通过时间一致性检查的数据约占0.5%,超出体积含水量界限值的数据约占0.3%。在所有疑误信息中,超过气候极值所占比例最大,土壤水分各要素历史气候极值有待进一步完善。      

台站级CINRAD/SA雷达数据质量检测技术及应用

新一代天气雷达产品均由雷达基数据直接或通过算法等生成的,可能会出现数据质量问题,因此,利用雷达基数据和雷达主要状态信息,开展数据质量检测,能及时发现雷达回波强度异常值、无回波、奇异回波图等问题。本文对CINRAD/SA雷达运行的性能参数、监控信息、报警信息进行梳理,形成判据及阈值,并对江苏省SA雷达异常回波、基数据进行统计、分析,以解决由于雷达本身原因造成的回波异常,构建台站级雷达数据质量检测的方法,重点对雷达基数据进行数据质量检测,及时发现异常回波、无回波等数据质量问题,通过短信预警,指导台站进行维护维修,从而限制由于雷达自身原因造成的异常回波资料进入预报领域。     

基于DKPCA的气象卫星遥测故障检测方法

针对气象卫星遥测数据在阈值范围内变化发生异常,简单的阈值法无法检测出来的问题,本文提出基于动态核主元分析法(DKPCA)对气象卫星遥测数据进行故障检测。首先采集卫星正常运行的遥测数据,建立DKPCA模型求得统计量的控制限,然后对当前的遥测数据进行检测,判断是否有故障发生。该方法通过初始数据的动态化表示解决了观测值间存在序列相关性的问题,引入的核主元分析法能够将复杂的遥测数据的非线性问题转化为线性问题。通过在轨运行的气象卫星FY3C的实际数据进行效果验证,结果表明利用正常状况下的观测数据,可以实时检测卫星遥测数据出现的异常,有效避免故障漏报。     

自动站实时数据质量控制失败的案例分析

通过2次自动站实时数据质量控制失败的案例,分析总结了自动气象站实时数据质量控制的经验教训。结果表明:(1)值班员必须严格执行地面气象观测规范和各项规章制度;必须充分认识建立和运行实时自动气象站的目的,打破传统地面气象观测侧重于定时观测的思维定势,牢固树立随时要对自动站实时数据进行质量控制的意识。(2)要灵活运用自动气象站监控软件(SAWSS)实时分析观测数据的质量,并及时正确地处理异常数据。(3)自动站实时数据质量控制最好按照如下顺序依次进行:时间一致性检查,内部一致性检查,气候一致性检查。(4)解决台站实时数据质量控制问题的最好方法是研制以保证数据真实准确为核心目标的自动化质量控制软件。     

宝坻太阳辐射资料可用性研究

应用典型的辐射资料质量检验方法、辐射数据变化特征分析、人工与器测日照对比分析及太阳总辐射与相关辐射要素间的统计分析对天津市宝坻国家级基本气象站站内的太阳辐射观测系统试运行期间的辐射观测数据进行了质量分析,结果表明,试运行期间数据到报情况理想,总、散射辐射观测数据的BSRN的质量检验合格率为100%,直接辐射合格率为85%,净辐射通过了仪器阀值质量检验;太阳辐射值及变化特征符合理论实际;人工与器测日照时数具有很好的线性相关性(R2=0.96),总辐射与日照时数及散射辐射之间的线性变化与历史经验结论吻合。总体来看,宝坻太阳辐射系统观测数据可用性较高,能够满足日常业务需求。