基于多源数据的地面降水质量控制方法研究北大核心

本文在研究地面小时降水量与自动站其他观测要素的关联关系和雷达定量估测降水的基础上,提出从自动站关联要素和雷达估测降水两个角度对地面降水进行综合质量控制的多源质量控制方法。利用该方法对2019年5至6月江苏省国家级自动站小时降水量进行质量控制,结果表明:1 h相对湿度变化值、1 h变温,相对湿度与小时降水量关联关系较好;基于SFLA-BP的雷达定量估测降水结果与Z-I关系法相比精度更高,提升了天气雷达对降水质量控制的有效性;多源降水质量控制方法比MDOS准确率提高1.45%,产生可疑数据量下降67.16%,该方法能有效提升现有降水质量控制方法的准确性。     

基于多源数据融合的降水数据质量控制技术研究

【目的】降水为非连续性观测要素,利用常规的质量控制方法无法很好地检查降水观测数据的正确性,因此需要开展自动气象站降水观测数据质量控制技术研究。【方法】提出一种基于雷达、卫星等多源数据融合的地面自动观测降水数据质量控制方法,研究基于标准Z-R关系的雷达定量降水估测产品加工算法,生成宁夏全区地面自动观测站1 h雷达定量估测降水量,建立基于雷达、卫星估测降水产品的自动气象站降水观测数据质量控制技术流程,开展自动气象站降水观测数据质量控制,并对质量控量结果进行分析评估。【结果】（1）对于国家级站,多源数据融合的地面自动观测降水数据质控方法与MDOS对降水量数据的质控均为“正确”的一致率较高,平均达到94.88%;对于区域站,均为“正确”的一致率明显比国家级站低,平均达到51.57%;（2）多源数据融合的地面自动观测降水数据质控方法质控出“可疑”和“错误”数据明显比MDOS多,对“可疑”和“错误”数据的检出率更高;（3）多源数据融合的地面自动观测降水数据质控方法对错误降水数据的质量控制较MDOS质量控制更符合实际。【结论】多源数据融合的地面自动观测降水数据质控方法可以较好地解决宁夏降水要素自动观测数据的质量问题,为降水数据质量控制提供技术和理论支撑。     

适用于全国自动站小时降水资料的质量控制方法

区域自动站逐小时降水资料对于气象预警、决策服务、预报验证等非常重要。资料在提供使用前其质量状况应是可知的。在制作的区域自动站逐小时降水资料数据集基础上,并结合国家级台站观测的小时降水资料,通过深入分析错误数据的存在方式,研制形成全国自动站逐小时降水资料质量控制方案。该方案适用于全国范围内区域站和国家站,实时和非实时上传的逐小时降水资料自动质量控制。最后介绍了利用该方案对2006—2009年实时上传的全国自动站小时降水资料的质量评估结果。     

国家级地面自动站A文件质量控制方法及软件开发

地面自动站A文件是以站月为单位的气象观测综合资料，具有要素多、信息量大的特点。为了实现有效的质量控制，研究了更为全面的国家级的质量控制方法并遵循软件工程理论，采用模块化的设计方法完成了应用软件的开发，这对保证我国地面自动站观测数据的质量起到了重要作用。     

雷达反射率数据质量控制方法初探

地物、超折射等非降水回波是影响雷达定量探测降水和其他产品的重要因素,利用降水和非降水回波反射率三维结构的特征可以对雷达数据进行质量控制。通过对合肥、广州、濮阳、烟台等多部雷达的体扫资料的统计,结果表明：降水和非降水的水平反射率结构（T）和垂直反射率差（V）在反射率的低值和高值区体现出不同的分布特征,因此为这两个判据在反射率低值和高值区设定不同的判别指标。实验表明,此方法可以改善降水和非降水回波的识别效果。     

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.     

天气雷达与地面自动站降水观测一致性校验分析

将地面观测的降水划分为10～25、25～50、50～100mm/h3个量级区间,利用2010年5-10月天气雷达组网小时降水量产品和综合气象观测系统运行监控平台(ASOM)中国家级台站自动气象站小时降水量资料,采用3倍标准差法,按上述3个等级逐月分别确立了两类设备降水观测差值的阈值参数,进而建立了天气雷达与地面自动气象站降水观测结果的一致性实时校验技术.采用该技术进一步对2011年5-10月国家级台站自动气象站观测的降水结果进行了检验,结果表明:自动站降水数据正确率可达85％以上,可以有效进行自动站观测降水实时检验.     

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。      

多普勒雷达降水产品与自动站降水实况对比分析

以2005年9月台风“卡努”的一次暴雨过程以及2005年梅雨期的降水为例,通过对多普勒雷达的累计降水量估计的图像产品与自动站实况的对比分析,定性研究雷达产品与实况的偏差程度及原因,并提出改进意见。     

降水条件下风廓线雷达数据质量分析及处理

风廓线雷达是当前获取大气三维风场信息的有效途径,但受其本身探测原理的约束,降水时的观测数据(尤其是边界层风廓线雷达的观测数据)将受到较大影响。为提高降水时边界层风廓线雷达数据的可信度,依据五波束探测和三波束探测原理,结合风廓线雷达功率谱再分析,建立了风廓线雷达数据筛选、填补的重处理方法,通过选取不同降水强度下的从化、潮州、阳江三个边界层风廓线雷达站的观测数据,开展了基于该方法的数据质量评估。研究结果指出:降水时虽能提高风廓线雷达的数据获取率,但风场数据质量并不一定较好(尤其是在特大暴雨时数据质量较差);经过数据重处理后,风廓线雷达的有效数据获取率得到提高,且内陆站点提升的幅度超过沿海站点;降水对2 km以下的观测数据影响较小,对于2 km以上的数据,若降水只是对部分高度造成数据缺失,则经过重处理后数据质量仍可以保持较好,但若连续多个高度数据缺失,则经过数据重处理后也不能较好地提高数据质量。     

地面气象观测数据实时传输及质量控制程序实现

通过VB编程,研制了自动气象站地面气象观测数据实时传输及质量控制系统,替代了通信组网接口软件。不仅解决了备份拨号不通时,通信软件终止的问题,而且能对实时观测要素进行审核。文件未传输及数据异常时,通过Modem拨叫设定的移动电话报警,及时提醒值班人员进行处置。并与通信组网接口软件兼容,第6分钟还有文件未传输时,也可自启动通信组网接口软件。该软件最大限度地减少了自动站观测数据的缺测、异常情况,提高了资料的传输及时率。     

区域自动站雨量资料质量控制方法及应用

针对翻斗式雨量计测量地面降雨量时出现误差的原因,介绍了石家庄市区域自动站雨量资料质量控制系统流程、有关质量控制技术及最终数据的输出。提出均值与范围值检查方法,并将时间一致性与内部一致性检查纳入空间一致性检查过程中。该系统人机交互界面友好,自动化程度高,能较好地检出自动站中雨量资料的异常值,保证了区域自动站雨量资料在决策及公共气象服务中的准确、及时和可视性。     

自动气象站资料动态多进程处理模型的设计与应用

针对目前气象预报及资料同化等业务对数据服务时效的需求,设计给出一种动态多进程的调度模型。该模型根据配置文件确定进程处理自动站资料的范围,同时采用带参数进程对重点区域进行处理。应用结果表明,动态多进程调度模型能够简单方便地根据应急保障需求调整自动站资料的处理策略,以保障具有最高时效要求的资料的处理性能。通过在应对甘肃舟曲泥石流灾害等三次应用证明能使资料处理时效提高80％左右。     

自动气象站数据实时质量控制业务软件设计与实现

介绍了一种面向天气监测预报实时业务的自动气象站数据质量控制软件。该软件综合应用数据质量控制、网络消息即时通信等技术,将数据质量控制纳入气象信息业务流程,建立了省、市、县三级气象台站联动的自动站数据实时质量控制业务流程,实现了对江西省89个国家自动气象站和1531个区域自动气象站观测数据的实时质量控制,有效降低了自动站疑误数据对天气监测预报业务服务可能造成的不利影响。     

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.     

自动站实时数据质量分析及质控算法改进

自动气象站实时资料对于气象预警、决策服务、预报验证等方面具有重要意义,为确保自动站实时资料的科学性和准确性,开展实时资料质量控制工作十分必要。对综合气象观测系统运行监控平台中国家级自动气象站2013年的数据质量情况进行了统计和分析,并基于自动站历史数据研究了特殊天气事件发生时气象要素的变化规律以及要素之间的内部一致性,提出了高湿事件和单站天气突变事件的判断条件以改进自动站质量控制算法,最后给出了新算法的应用情况,结果表明改进后的质控算法有效地降低了数据误判率,取得了较好的控制效果。     

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。     

多传感器自动站的数据融合效果及优势分析

采用三个同类型的温度、湿度和雨量传感器分别对气温、相对湿度以及降雨量进行测量。通过计算同一气象要素三个测量值之间的离散度以及数据集中度,结合观测数据的时间序列变化趋势,融合得到一个更具有代表性,更加准确的数据作为该气象要素的观测值。对三种气象要素多种天气状况下的融合数据进行业务对比,一致率计算结果证明,多传感器融合结果与业务观测数据一致性比较高。对差值的规律和异常数据进行分析,显示多传感器具有以下优势：在单一传感器故障时保障观测数据连续不间断,剔除由信号干扰或者误操作导致的错误数据,增加强对流过程中奇异数据的可信度,及时反映单个传感器性能变化。因此多传感器自动站不但可以作为业务使用,而且对解决业务观测中部分数据不可信的问题具有重要意义。