通信論文發(fā)表期刊推薦《中國新通信》，雜志是由工業(yè)和信息化部主管，電子工業(yè)出版社主辦，《中國新通信》雜志社編輯出版的信息通信技術(shù)專業(yè)期刊，原《中國數(shù)據(jù)通信》（月刊）。自 1999年創(chuàng)刊以來，受到了廣大讀者和作者的關(guān)心和支持，2005年被科學(xué)技術(shù)協(xié)會評為優(yōu)秀期刊，于2006年1月改名為《中國新通信》。

　　摘要：在觀測臺站根據(jù)正點要素的特點，利用氣候極值范圍檢查、內(nèi)部一致性檢查、時間一致性檢查、對自動氣象站的正點資料進(jìn)行質(zhì)量控制。本文以單站質(zhì)量控制為例,闡述了自動氣象站的觀測資料的四層質(zhì)量控制流程,并對誤差類型進(jìn)行了簡單的歸類。

　　關(guān)鍵詞：自動氣象站,質(zhì)量控制,檢驗方法,誤差

　　自動氣象站數(shù)據(jù)質(zhì)量控制主要根據(jù)氣象學(xué)、天氣學(xué)、氣候?qū)W原理，以氣象要素的時間、空間變化規(guī)律和各要素間相互聯(lián)系的規(guī)律為線索，分析氣象資料是否合理。質(zhì)量檢查的主要目的是檢測數(shù)據(jù)的有效性，并做到對錯誤資料及時糾正。氣象觀測資料質(zhì)量控制的重要性已經(jīng)為所有使用氣象資料的科學(xué)家所公認(rèn)。氣象觀測資料是氣象業(yè)務(wù)和氣象研究的基礎(chǔ)資源，各種數(shù)據(jù)序列的質(zhì)量直接影響著氣象業(yè)務(wù)和氣象研究的應(yīng)用效果、準(zhǔn)確性和可靠性。

　　1．觀測臺站誤差類型

　　觀測臺站氣象數(shù)據(jù)誤差主要有3種：1）粗大誤差：主要由自動站觀測儀器異常及在數(shù)據(jù)編碼、處理、傳輸、存儲及解碼等業(yè)務(wù)流程中產(chǎn)生的誤差；2）隨機誤差：在相同條件下對同一被測量進(jìn)行多次測量，由于受到大量微小隨機因素影響，測量誤差大小和符號沒有一定規(guī)律，且無法估計，即為隨機誤差。隨機誤差是無法避免的，其總體服從正態(tài)分布。3）微氣象誤差：由小尺度天氣系統(tǒng)擾動引起，由于觀測系統(tǒng)時空分辨率原因，這些天氣系統(tǒng)一般不會被完全觀測到，但當(dāng)觀測到這種天氣系統(tǒng)時，其觀測數(shù)據(jù)就可能誤判為異常數(shù)據(jù)。

　　2．基本的質(zhì)量控制流程

　　自動站觀測資料的有效性檢驗應(yīng)該出現(xiàn)在數(shù)據(jù)進(jìn)入業(yè)務(wù)應(yīng)用之前。基本的質(zhì)量控制主要設(shè)計成消除異常的錯誤信息,從而保存有效地傳感信息。在現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),根據(jù)測量數(shù)據(jù)的高采樣率和可能產(chǎn)生的噪音,需要系統(tǒng)檢查樣本數(shù)據(jù)和即時數(shù)據(jù)（一般指一分鐘數(shù)據(jù)）。基本質(zhì)量控制應(yīng)該貫穿于整個原數(shù)據(jù)進(jìn)入到氣象應(yīng)用的每個階段。質(zhì)量控制的范圍在很大程度上依賴于自動站自身的探測范圍和能力。在完成以上質(zhì)量控制后,自動氣象站將測量值傳輸?shù)接嬎銠C主站。在計算機地面自動氣象站業(yè)務(wù)系統(tǒng)軟件中,還將開展進(jìn)一步的質(zhì)量控制,根據(jù)本站的長期氣候資料統(tǒng)計值,在業(yè)務(wù)軟件中設(shè)定氣候觀測閾值,如果測量值超過氣候閾值,則標(biāo)定為可疑值。根據(jù)質(zhì)量控制的一般規(guī)律,質(zhì)量控制可以分為4層（圖1）。

　　第一層:主要是由觀測站點的各項要素決定,包括站點海拔高度、儀器的安裝、數(shù)據(jù)收集和傳輸系統(tǒng)、質(zhì)量控制方法以及自我診斷系統(tǒng)。

　　第二層:通過實時監(jiān)測系統(tǒng)執(zhí)行在線實時數(shù)據(jù)檢查,包括觀測值范圍和極值檢測、內(nèi)部一致性檢查、時間連續(xù)性檢查。

　　第三層:非實時質(zhì)量控制,主要執(zhí)行在實時質(zhì)量控制之后,主要指與周邊站點進(jìn)行比較的空間連續(xù)性檢查,可以使用統(tǒng)計分析和內(nèi)插方法進(jìn)行質(zhì)量控制檢驗。

　　第四層:人工質(zhì)量控制。人工質(zhì)量控制其實出現(xiàn)在質(zhì)量控制的各個層面,在各個層進(jìn)行人工檢驗之后,最終由人工檢查在前面幾層所出現(xiàn)的可疑值。

　　圖1質(zhì)量控制流程圖

　　3．?dāng)?shù)據(jù)質(zhì)量控制方法

　　在質(zhì)量控制的各個層面,排除自動站本身所造成誤差,一般質(zhì)量控制檢驗主要可分為:時間連續(xù)性檢驗、空間連續(xù)性檢驗、氣候極值檢驗、內(nèi)部一致性檢驗、時間一致性檢驗等。通過這些檢驗,從而使觀察數(shù)據(jù)達(dá)到可使用的目的。

　　3.1時間連續(xù)性檢驗方法

　　目的是檢驗觀測值的時間變化率,剔除不真實的跳躍值。這種檢查最適合高時間分辨率的連續(xù)觀測檢驗,根據(jù)采樣率,通過檢查相鄰樣本之間的相關(guān)性,確定當(dāng)前樣本的真實性。在每一次測量完畢,當(dāng)前的樣本應(yīng)該與前一個樣本進(jìn)行比較。假如兩個樣本的差值超過指定的限制,可以標(biāo)注當(dāng)前樣本缺失,而不進(jìn)入所有樣本值的平均計算。

　　3.2空間連續(xù)性檢驗方法

　　在一定的空間范圍通過各種方法估算期望值。空間檢驗主要是與鄰近站點的觀測值比較,也可以通過多個不同站點觀測值之間的插值進(jìn)行統(tǒng)計分析。該檢驗包含某個單站同一時間的單個參數(shù)值,也可包括某個時間序列的多個觀測值。目前使用較多的空間一致性分析方法有空間插值方法、空間回歸檢驗法等。利用鄰近氣象站按四方位進(jìn)行分組,然后將被檢站的氣象資料與各組分別進(jìn)行比較分析,并根據(jù)大氣規(guī)律進(jìn)行判斷。在冷空氣或雷暴等天氣系統(tǒng)影響下,當(dāng)氣象資料的水平分布出現(xiàn)明顯的不連續(xù)現(xiàn)象時,使用該方法可以降低誤檢率。

　　空間一直性檢驗方法一般是假設(shè)被檢站與鄰近站處于同一天氣系統(tǒng)中。但事實上,由于中小尺度天氣的影響,經(jīng)常會造成某一個站在某一時刻可能與鄰近站不受同一天氣系統(tǒng)影響,導(dǎo)致觀測結(jié)果出現(xiàn)較大的差異。所以在實際業(yè)務(wù)中,對于相鄰站點觀測值所出現(xiàn)的較大差異,一方面要根據(jù)歷史氣候資料和地形特點,檢驗觀測資料的可用性和真實性;另外一方面,要結(jié)合觀測時候的天氣形勢,判斷誤差是否是由于中小尺度天氣系統(tǒng)造成的。在日常的業(yè)務(wù)工作中,各個觀測要素均有可能由于天氣系統(tǒng)的原因造成較大的誤差。對于溫度、風(fēng)向風(fēng)速等要素,可以通過檢驗天氣形勢。

　　3.3氣候極值范圍檢驗方法

　　氣象資料進(jìn)行氣候極值檢查前一般要經(jīng)過界限和要素允許值范圍檢查，考慮到正點資料時效性，將氣候極值檢查和界限值結(jié)合在一起進(jìn)行，即氣候極值范圍檢查。

　　3.4內(nèi)部一致性檢驗方法

　　在進(jìn)行單個氣象要素觀測質(zhì)量控制的基礎(chǔ)上,可以根據(jù)氣象要素之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行內(nèi)部一致性檢查,確認(rèn)測量值的合理性。該檢驗一般包括某個單站所觀測的2個或更多不同參數(shù)的邏輯關(guān)系比較。例如假如地面溫度超過10℃,而當(dāng)時的天氣現(xiàn)象為下雪,可以肯定溫度觀測值是錯誤的。

　　3.5時間一致性檢驗方法

　　觀測要素中的有些數(shù)據(jù)與時間具有良好的一致性，將此類數(shù)據(jù)與其時間上前、后的測值相比較，來判斷其數(shù)據(jù)是否發(fā)生異常。要素時間變化檢查主要是根據(jù)要素在某一時段內(nèi)可能變化范圍判斷該要素值質(zhì)量。通過對臺站歷史資料分析，建立各要素1h時變檢查上下界值如表1,對數(shù)據(jù)進(jìn)行1h要素時間變化檢查,設(shè)置相應(yīng)質(zhì)量控制碼。

　　表1各要素1h時變檢查上下界值

　　4．結(jié)束語

　　本文初步分析了自動站資料可能的誤差原因,并在此基礎(chǔ)上介紹了一個基本的四層質(zhì)量控制流程。在觀測資料質(zhì)量控制的各個層面,排除自動站本身所造成誤差,一般質(zhì)量控制檢驗主要可分為:時間連續(xù)性檢驗、空間連續(xù)性檢驗、氣候極值檢驗、內(nèi)部一致性檢驗、時間一致性檢驗。通過對各種檢驗的分析可知:質(zhì)量控制應(yīng)該貫穿在整個數(shù)據(jù)采集到可用的氣象參數(shù)等整個過程。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程,應(yīng)盡可能減少由于轉(zhuǎn)換過程或者計算本身所造成的誤差。各種質(zhì)量控制檢驗方法應(yīng)互為補充,并貫穿在整個四層質(zhì)量控制流程是提高質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵。

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