南极气象资料处理查询与统计系统的建立与应用

刘志刚 许淙 吴丽侠 张洁 逯昌贵 李松

（1河北省青龙县气象局，河北秦皇岛066599；2国家海洋环境预报中心，北京100081；3中国极地研究中心，上海200136；4中国气象科学研究院，北京100081）

0 引言

南极是全球气候变化的重要组成部分，现场观测数据是科学研究的依据。1985年中国南极长城站开始现场观测气象数据，并成为世界气象组织观测网的主体台站，至今已积累了近30年完整的地面气象资料。由于南极长城站位于地球另一端，资料审核周期长，出现部分数据不准确、格式不规范等现象，而且查询统计极为不便，这些现状严重影响了数据的真实性和使用价值。同时大部分南极气象科考队员都是一次性短期考察，无法积累预报南极天气的经验，长城站历史气象资料的统计结果在制作天气预报中具有很大的参考价值。为了保证南极气象观测数据的准确性，方便应用和共享，使宝贵的资料发挥更大作用，我们建立了这套南极气象资料处理查询与统计系统，并按照中国气象局资料处理规范［1］对南极长城站的历史资料进行了审核纠错，从而建立了数据库。现南极长城站气象数据全部通过审核，以统一格式存放于数据库中，可进行多种查询及统计计算。

1 南极气象资料处理查询与统计系统

南极气象资料处理查询与统计系统用Delphi7［2-3］编程软件编写，由审核纠错、数据导入和查询统计输出3个可独立使用的子系统集合而成（图1）。数据导入与站上使用的全国统一地面测报业务软件连接读取相关数据文件；查询统计一键输出，方便快捷。系统备有远程通信功能，可将查询结果输出共享。

2 南极长城站气象资料的审核纠错

2.1 南极长城站气象观测和数据现状

南极长城站属于国家基本气象站，站号为“89058”［4］，每天4次定时观测，使用全国统一的地面测报业务软件。南极长城站观测项目：云、能见度、天气现象、气压、空气的温度和湿度、风向和风速、降水、日照、地面温度、浅层和深层地温、辐射。其中实现自动采集的有气压、空气的温度和湿度、风向和风速、日照、辐射。

图1 南极气象资料处理查询统计系统功能流程图Fig.1.Technological process of the meteorological data system of the GreatWall Station

站内近30年的观测数据以A文件月报和Y文件年报［5］格式形式存放。

2.2 审核及错误更正

按照审核纠错子系统流程（图2）对长城站建站以来的336个月的月报表和28份年报表进行逐个审核和错误更正，最终形成完整无错的报表数据。

图2 审核纠错系统功能流程Fig.2.Technological process of the examining and verifying unit

审核系统对数据进行逐条审核，发现错误进行提示并显示错误类别。如显示系统性错误（台站参数设置错、反查计算错、降水量和降水现象配合错等），即可使用审核程序进行更正，若显示逻辑分析性错误（天气现象和其他要素搭配错误、云量云状搭配错误、定时风和大风数据错误等），则需要人工进行判断修改，最终形成完整无误的观测资料。

经系统审核并与原始报表校对，长城站气象资料存在的主要错误有：（1）参数设置、封底封面、数据格式和指示码等错误；（2）天气现象和其他要素搭配错误，天气现象记录起止时间错误；（3）降水现象与降水量配合错误；（4）云状、云量错误，包括云状顺序排列，总低云量和云状配合，云状和天气现象配合等错误；（5）风向超出360°及出现 M、Z、Q等风向，风速错位，最大风速与十分钟风速矛盾等；（6）气象要素日极值与定时值矛盾，数据临近时次变化异常；（7）计算和反查要素结果错误（计算海平面气压、反查露点温度和水汽压）；（8）日照时间超出真太阳时［6］，时日照大于 1.0；（9）蒸发量反常。

3 数据导入处理

将完整无误的月报表按年导入Access数据库，数据库命名原则“BIIiii.YYYY”，其中 IIiii是台站号，YYYY是年份，该文件每站每年一个。将定时数据存入hourdata表，日数据存入daydata表，参数和其他数据存入系统文件“Set＿Serve＿System.ini”和“BYIIiii.INI”中，为查询统计建立原始数据库数据（图3）。

图3 数据导入处理流程Fig.3.Technological process of the data input

hourdata表由59个字符型字段记录每天24个正点数据，daydata表由65个字符型字段存储日平均、日极值、日总量值和天气现象等逐日数据，每个字段长度分配科学，数据均不带小数点存入。

4 数据查询统计

数据查询统计按照《地面气候资料30年整编常规项目及其统计方法（国标）QX／T22—2004》标准和气象行业规范［5-6］的要求，根据用户需要，运用SQL语句［7］和网络技术等对本地数据库或远程自动站数据进行查询统计计算等操作（图4），其结果可以通过“数据显示”窗口显示，也可以传送到服务器实现数据共享，或根据“系统输出设置（图5）”查询统计气象要素范围，选择输出为TXT文本文件、Excel文件或BMP图片文件。

图4 数据查询统计子系统技术设计方案图Fig.4.Technological design plans of the data query system

数据查询统计的主要功能和技术要点：

（1）选择日期和时次查询。选择日期和时次可查询当日的实时数据、定时数据和该日统计数据等；也可利用通信功能直接读取自动站业务软件的实时ZZ文件、大风FJ文件、正点Z文件、日数据B文件和降水R文件［8］等。选择此类查询，系统按照本地数据库、本地自动站文件和远程自动站文件的先后顺序进行搜索访问，并在查询结果中注明数据来源；

（2）选择不同气象要素查询。基于SQL语句查询统计功能，输入要素查询的条件（如：最低气温＜－5.0℃ and极大风速≥17.0 m·s－1or天气现象＝雪暴……），界定时间区间（如：1991—2010年……），在本地数据库中检索符合条件的所有数据；

（3）基本气象要素统计。选择相应的气象要素和日期时次，利用本地数据库数据统计该要素的时、日、旬、月、年平均值、极值或合计值，也可显示该要素在输入时间范围内的变化曲线图；历史再现该日各气象要素特征；逐年或多年统计各气象要素的平均、合计和极值等；通过数据查询导出到Excel，形成定时风向频率、平均风速和最大风速的统计表，并自动绘制逐月、季度和全年的风向风速玫瑰图；根据气候学要求统计气温年较差［1］、标准差［9］和昼夜温差等；

（4）现象日数统计。根据逐日天气现象记录，统计多年（或单年）逐年（或逐月）各种天气现象日数（包括大风、吹雪、大雾、降水等近40种单一或混合现象）；由日降水量统计不同降水量等级日数和连续有（无）降水日数；利用4次定时能见度和视程障碍天气现象统计不同能见度等级日数；根据日极大风速或日最大风速统计不同大风等级（5—11级）日数；利用总云量统计天气状况（阴天、多云或晴朗）日数；

图5 系统输出设置Fig.5.Output system

图6 数据查询系统主界面Fig.6.Themain interface of the data query system

（5）其他对比统计。选择不同台站之间时、日、旬、月相同气象要素进行对比统计；保存年报表数据统计多年各时段最大降水量、最长连续降水日数、最长连续无降水日数和日照时数旬月年统计。

查询统计结果分为文本和表格2种，根据所需可导出为TXT文本文件或Excel文件。图6是数据查询系统主界面。

5 结语

（1）气象资料处理查询与统计系统利用全国统一使用的地面测报业务软件A或B文件形成数据库，具有统一的数据来源，可对南极中山站、昆仑站的气象资料进行上述处理，也可在国内任意台站推广使用。通过增加台站信息参数，实现更多台站数据查询统计对比。

（2）本系统具有数据审核纠错，数据库存档和查询统计等多项功能，使用灵活，可视化界面操作简便。数据导入导出能与现用的气象测报系统相接，输出端形式多样，实现了南极气象资料的共享。

（3）利用该系统，对南极长城站近30年的现场观测数据进行整理审核，并纠正错误，存入数据库。保证了南极气象观测资料具有代表性、准确性、比较性［6］。通过对数据错误的归纳分类，有助于今后观测设备和观测技术的改进。

1 中国气象局.地面气候资料30年整编常规项目及其统计方法（国标）QX／T 22-2004.北京：中国标准出版社，2005.

2 曹蕾，李光明，傅蓉，等.Delphi7程序设计与上机指导.北京：冶金工业出版社，2003.

3 Cantu M.Mastering Delphi7.USA：John Wiley and Sons，2003.

4 陈善敏.中国南极长城站的气象科学考察.北京：气象出版社，1985.

5 中国气象局.地面气象观测数据文件和记录簿表格式.北京：气象出版社，2005.

6 中国气象局.地面气象观测规范.北京：气象出版社，2003.

7 Stephens R，Plew R，Jones A D，et al.SQL入门经典（第5版）.北京：人民邮电出版社，2011.

8 中国气象局监测网络司.地面气象测报业务系统软件操作手册.北京：气象出版社，2005.

9 国家气象局.陆地测站地面天气报告电码.北京：气象出版社，1991.