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。     

船舶海平面气压观测资料质量控制

随着数值预报模式不断发展,各类观测资料在数值模式中发挥着越来越重要的作用,船舶观测资料是海上3类观测系统 (卫星、飞机、船舶) 资料之一。为了保障船舶观测资料质量并有效地应用于数值模式,该文依据船舶观测资料的时空分布特征,以及2011年1月和7月T639分析场与观测资料对比分析结果,建立了一套船舶海平面气压资料质量控制方案,包括要素极值范围检查、缺测和冗余资料剔除、背景场一致性检查、测站黑名单建立等,并将该方案应用于2011年2月、6月、8月的观测资料。结果表明:船舶观测资料在时间上不连续且空间分布不均匀,会影响时间一致性检查和空间一致性检查质量控制效果;船舶海平面气压观测资料在所有观测要素中资料量最大,但其缺测和冗余资料量约占50%;黑名单资料的质量控制方案能够有效识别和剔除黑名单资料,且有利于对各测站的检查与维修工作;由于五大湖和大奴湖地区地形高度的影响,在背景场一致性检查过程中需对这些区域的背景场资料进行订正。     

自动气象站实时资料自动质量控制方法及其应用

利用气候极值范围检查、内部一致性检查、时间一致性检查、空间一致性检查,对自动气象站的实时资料进行了自动质量控制。为了降低气象要素误检率,还研制了单站大幅降温事件检测方法。应用上述质量控制方法,对湖北省2005年7月—2006年9月共15个月近80个自动气象站数据进行了质量控制,错误检出率为0.48‰。经自动质量控制后,特别是采用基于空间插值方法的空间一致性检查后,实时气象数据质量有较大程度提高。最后分析了错误随时间、项目及台站的分布情况。试验表明,湖北省81站1个时次数据可以在2分钟内完成质量控制,能保证实时业务运行时效。     

自动站正点地面数据质量控制方法

在观测台站根据正点要素的特点,利用气候极值范围检查、内部一致性检查、时间一致性检查.对自动气象站的正点资料进行质量控制.     

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。      

北京自动气象站实时数据质量控制应用

自动气象站(AWS)观测资料是中尺度、短时效天气预报不可缺少的重要资料源之一.但由于AWS观测资料的特殊性,其质量问题不同程度地阻碍了它的使用.因此,AWS观测资料的质量控制越显重要.北京市气象局设计的自动气象站观测数据质量控制的方案主要是物理极值检查、历史极值检查、内部一致性检查、时间一致性检查、空间一致性检查等方法并把它应用于北京地区2007年奥运气象服务演练,取得了令人鼓舞的效果.结果表明:该质量控制方案的建立,能够实时反映北京市气象局自动站观测数据的可靠性,同时也反映出数据的缺测和及时性也存在一些问题.此系统的运行对2008年奥运气象服务,特别是对INFO2008和城市运行实时数据服务的可靠性将会发挥重要作用.     

区域气象站实时资料问题分析与质量控制

通过对区域气象自动站历史资料的统计分析,发现甘肃省区域站实时资料存在时钟突跳、部分站点要素及全要素报文缺测、部分站温度长时间异常、风要素长时间不变等问题。应用气候极值检查、内部一致性检查、时间一致性检查、空间一致性检查及格式检查等多种质量控制方法,通过计算机高级语言编程,实现了对甘肃省区域站整点实时观测资料的自动化质量控制。算法在实现时,充分考虑实时气象资料的传输特点,将不同的质量控制算法提交在资料处理的不同环节,既保证了传输和共享的及时性,又保证了资料的可靠性。在实现区域站实时资料自动化质量控制的基础上,通过对质量控制结果的分析,总结出区域站实时资料的常见问题,并提出了相关的解决办法和建议。通过办法的实施,区域自动气象站实时资料的数据质量得到了一定的提高。     

敦煌戈壁气象塔站资料的质量控制

讨论了气象观测资料的质量问题,并分析和强调了塔站资料质量控制的重要性,结合地面观测资料的质量控制方法,提出了逻辑极值检查、僵值检查、时间一致性检查、相似一致性检查、决策算法、质量控制码的标注和人工干预检查等组成的一套针对塔站资料的质控方法。利用提出的质量控制流程,对敦煌戈壁塔站2001年4月至2009年4月共9a的资料进行质量控制。结果表明:该流程能很好的找出缺测、错误、可疑的数据并给与标注,特别是在处理过程中,结合了综合判别法,使得该检验结果更为可靠。结果表明:塔站观测资料的质量是比较好的,正常数据占总数据的91.2%,非正常数据只是少数情况,其中大部分为缺测数据,占其78.7%。错误数据占总数据的1.93%,其中大部分为僵值数据,占其87.02%,其次分别为一致性和逻辑极值错误。     

乌鲁木齐市气象塔梯度观测资料质量控制与处理

本文介绍了乌鲁木齐市建成区内5座100 m气象塔地理位置,根据逻辑极值检查、僵值检查、时间一致性检查、空间一致性检查和人工干预检查等组成的一套针对气象塔观测资料的质量控制方法和四点滑动平均插值、要素垂直分布拟合和线性回归方法组成的数据插值方法,对乌鲁木齐市从南至北5座100 m气象塔2012年4月1日至2014年4月30日的资料进行质量控制和数据插值。结果表明:该套方案能很好地找出缺测、错误和可疑的数据,结合人工干预,使得检验结果更为可靠。5座气象塔资料的质量是比较好的,正常数据占总数据的97.17%,其中红光山数据质量最好(正常数据占总数据的99.01%)。非正常数据只是少数情况(占总数据的2.83%),包括缺测和错误数据,其中缺测数据占非正常数据的6.23%(出现在米东和燕南立交),错误数据占非正常数据的93.77%。虚假数据占错误数据的89.99%(大部分为风速、风向),僵值数据占错误数据的5.47%(大部分为气温和湿度).超出逻辑极值数据占错误数据的0.41%(只出现在水塔山气温),不符合一致性数据占错误数据的4.13%(主要为湿度,主要在燕南立交)。利用四点中央插值法、每座气象塔要素垂直分布拟合和不同气象塔之间线性回归方法插值气温和相对湿度的效果较好。     

我国地面气温极值和地面风速极值的渐近分布

利用1951—1982年期间我国173个测站的地面最高气温年极值记录,158个测站的地面最低气温年极值记录和83个测站的地面最大风速年极值记录,通过统计推断,找出了我国地面最高、最低气温年极值和地面最大风速年极值遵循的渐近分布——Weibull分布和Gumbel分布,并简要讨论了它们的形状。     

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.     

上海沿岸海域风场质量控制与预报检验

利用2016年上海沿岸海域19个站点的风场资料,进行了风场质量控制,包括完整性检查、内部一致性检查、持续性检查和高度订正。同时挑选10个站点作为实况对2016年风场模式预报进行检验,包括风速预报误差、风速预报准确率和风向预报检验,对比了风场观测资料质量控制前后的检验结果,最后对两次大风过程进行了检验。结果表明:预报检验结果均随着预报时效的增加而变差;整体误差秋季和冬季较小,6月和7月误差较大;分级检验0～5级风速准确率在0.9～1之间,预报值比实况偏大,6级以上风速预报准确率逐渐降低,且预报值比实况偏小;风向检验呈现明显的季节性,冬季12月、1月误差小,准确率最高,夏季6月误差最大,准确率最低;质量控制后检验结果都得到正面提升;两次大风过程预报准确率均在70%以上。     

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。     

利用北极地区定时风观测资料推算年最大风速的重现期

北极地区风观测资料较少,工程气象参数的分析主要依靠国际交换站资料。但是,国际交换站资料为定时资料,并且存在较多质量问题。因此,在利用国际交换站资料时,需先对其进行质量控制,并且要考虑定时资料的转换。由于缺少其他参考资料,国际交换站资料的质量控制主要根据北极地区天气气候特征,通过时间一致性、空间一致性和要素间一致性检验进行。由于重现期风速需用年最大风速(通常是10 min平均风速)计算,鉴于定时资料中可能没有出现年最大风速,而目前又没有较好的定时资料向逐时资料转换的方法,因此,主要通过从定时资料统计得到的年最大值计算的重现期风速进行订正得到重现期风速。订正的方法是根据我国部分风速较大地区的观测结果,引入风速方差,建立定时资料与年最大风速资料计算的重现期风速之间的关系,然后利用此关系订正北极喀拉海和拉普捷夫海沿岸定时资料计算的重现期风速,得到了50年和100年一遇的风速。     

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。     

华北高速天津段公路气象数据质量控制分析

应用缺测分析、气候学界限值检查、历史极值检查、时间一致性检查、要素一致性检查和利用要素时间曲线人工检查等方法,对华北高速公路天津段公路自动气象站的能见度、相对湿度、气温、地温、风速等气象要素的数据质量进行分析,通过分析发现由于仪器故障造成数据缺测及在一定时间内恒定不变或变率太小是自动气象站存在的主要问题。在极少数情况下,存在超过界限值的错误数据;历史极值检查、时间一致性检查和要素时间曲线人工检查等方法对可疑数据错误检出率不高,现有检查域值还需要不断完善。     

综合一致性质量控制方法及其在气温中的应用

由于历史逐日气温资料在气候分析、气候变化研究中的基础性作用,其数据质量状况日益受到关注。利用邻近参考站日平均气温、最高气温和最低气温资料及线性回归模型,设计了基于线性回归数据估计方法的质量检查算法,该算法同时包含了时间一致性和空间一致性两种检查方法。通过数据植入误差检测以及与单一空间回归检查方法的比较,该算法的错误数据检测性能较高,可检测出与正确日气温数据相差3℃左右的可疑值。在该算法的基础上,研制了综合一致性数据质量控制方法,该方法具有以下特点:第一类错误发生率较低;保持了时间、内部和空间一致性的逻辑关系;参考了天气因素。因此,与一般的数据质量控制方法相比,综合一致性数据质量控制方法具有较高的错误数据检测性能。经过在华中区域湖北、湖南和河南三省251个站1961—2009年逐日气温资料的应用,取得了较好效果。各要素奇异值检出率平均气温为0.001%,最高气温为0.05%,最低气温为0.04%。     

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.     

自动站温度、雨量数据的质量控制方法和应用研究

针对南宁市自动站布设的特点,结合多年来在自动站温度、雨量监测和数据传输所遇到的问题,分析了影响自动站数据质量的原因;在总结以往自动站数据质量控制方面的成功经验和借鉴近年的研究成果的基础上,提出了利用统计检验、极值检验,时间一致性、空间一致性和内部一致性检验等对南宁市自动站温度、雨量数据的质量进行控制方法,为防灾减灾天气预报和气象服务提供及时、准确的自动站资料.     

地基微波辐射计探测资料质量控制方法

微波辐射计具有24 h不间断工作、时间分辨率高等优点,是常规探空的有益补充。天线罩上的积水、无线电干扰等会导致微波辐射计探测数据出现错误。因此,开展质量控制是合理使用微波辐射计探测资料的基础。该文利用上海宝山站历史探空资料和世博园站MP-3000A型地基微波辐射计温湿度数据,设计了极值、时间一致性、空间一致性检查等适用于微波辐射计探测资料的质量控制方法,针对2012年1月-2013年12月降水、有云（有云无降水）、晴空等不同天气条件下得到的微波辐射计探测资料分别开展质量控制,并对质量控制效果进行定量分析。结果表明:上述方法能有效查找温（湿）度超过极值、温（湿）度突变、温度层际变化大等各类疑误廓线,疑误廓线类型和频数与天气条件有关,其中降水天气的各类疑误廓线频数远远高于无降水天气（有云和晴空）。去除疑误廓线后,与同期探空资料的相关系数增加,均方根误差减小。