贾晨刚,李亚丽
(陕西省气象信息中心,西安 710014)
基于海拔高度的质控方法本地化策略
贾晨刚,李亚丽
(陕西省气象信息中心,西安710014)
摘要:中国气象局研制的三级质量控制业务系统中,质控方法本地化策略是按照陕北、关中、陕南的行政区域制定的,在此基础上,根据陕西省境内国家级自动气象站台站海拔高度的不同,修正其质量控制方法,对气象观测数据增加了省级质量控制标识,形成了基于海拔高度的自动气象站观测数据质量控制策略和流程。以临渭站和华山站(分别代表平原站和高山站)为例,针对2013年汛期中连续三个月(6—8月)的气温、气压、相对湿度、风速四种气象要素进行质量控制。结果表明,经过质量控制后的气象观测数据更加能够反映出每个台站真实的气象要素变化情况。
关键词:质量控制海拔高度本地化策略陕西
2010年和2011年,中国气象局在各省分别建设“省级自动气象站实时数据质量控制系统”(以下简称:省级质控系统)和国家级“地面实时和历史资料一体化数据质量控制系统”(以下简称:MDOS系统),要求各省根据本省的气象资料整编数据集制定本省的质控系统本地化策略。而这两套系统中对陕西省国家级自动气象站实时观测数据的质控方法,均采用中国气象局在2004开始研制的由台站到省级、国家级三级质量控制业务系统的质控本地化策略,即基于陕北、关中、陕南的行政区域制定,该质控本地化策略在宏观层面上对陕西省所辖的自动站进行了划分,需要考虑辖区范围内所有站点,选取的阈值范围较为宽泛。因此,有必要结合陕西省特有的地形和各台站气象观测要素的极值资料,研究一套基于海拔高度为质控标准的质控方法本地化策略,以满足气象业务和科研工作对观测资料的质量要求。
1抽样站点
因海拔高度为选站标准,故选取陕西省境内两个在海拔高度上有地域特点的观测台站,临渭站(站号57045)代表平原站,华山站(站号57046)代表高山站。对两站在2013年汛期中连续3个月(6—8月)的观测资料中常用的气温、气压、相对湿度、风速等四种基本要素进行质控。
2质量控制标识
质量控制标识(Quality Control,以下简称QC)是对某类数据中某一要素真实可靠性的描述,通过QC能够判断数据是正确、可疑还是错误,使用户在使用数据时能够迅速剔除错误数据,对可疑数据进行甄别。对气象观测数据实施质量控制后,为数据增加QC,是被广泛采用的方法。作为省级气象部门,气象观测数据的用户主要是气象科研人员和气象资料服务人员,因此也采用加QC码的方法,即利用4个数字代码(表1)表示每个时次每个观测台站不同气象要素的质量。
如果某一气象要素数据的QC码置2或8,视该数据为错误或者缺测数据,将不参与后续的质量控制过程;如果QC码置0或1,那么视该数据为正确或可疑数据,仍参与后续质控流程。
表1 质量控制标识的含义
3质量控制方法
传统的气象资料QC方法是依据天气学、气象学、气候学原理,以气象要素的时间和空间变化规律和各要素之间相互联系的规律为出发点,对不同的气象要素采用不同的QC方法,需要根据具体的要素分别对待。在本次研究中,针对日常业务中使用的气温、气压、相对湿度和风速4类要素进行QC,质量控制所检查的项目见表2。
表2 气象要素质量控制检查项目
4本地化策略
结合抽样台站特点,并在相应的时间段内,制定出适合于陕西平原站和高山站质控方法的本地化策略。这种以海拔高度为质控标准的策略,能够反映陕西特有的地形特点。陕西省境内的气象观测台站,即使同一行政区域的两个台站,由于海拔高度的不同,各自的气温、气压、相对湿度和风速4类要素的气候界限值、区域极值、台站极值以及内部一致性等也会不同,经过质量控制后的气象数据更能反映出每个台站真实的气象变化情况。
4.1要素缺测检查
质量控制时,首先对所有要素数据进行缺测检查,并初始化质量控制码(简称QC码)。缺测检查采用三种方式:①凡是文件格式不符合中国气象局地面气象观测数据文件格式的,一律认为该站该时次所有要素均缺测;②参考该站该时次上传的自动站状态文件,如果状态文件中某要素的传感器状态错误,则认为该要素缺测;③直接检查数据文件的要素内容,如果要素内容为“/////”等缺测标志时,则认定其缺测。如果数据为缺测,QC码设置为‘8’(缺测),非缺测数据其QC码暂时设为‘N’(未作质量控制)。只有QC码为‘N’的数据才分别进行气候界限值、区域极值、台站极值以及内部一致性等检查。
4.2气温检查
气温要素包括正点气温、小时最低气温和小时最高气温3个要素。
(1)气候学界限值检查
6—8月气温要素的气候界限值范围为-25~50 ℃,超过气候界限值范围的数据QC码置2。
(2)区域界限值检查
陕西省位于全国分区的3区和5区,根据抽样台站资料总结出6—8月的气温区域界限值见表3。
表3 抽样台站气温区域界限值的范围 ℃
超出该界限值的数据QC码置1。
(3)台站极值检查
对于通过台站极值(表4)检查的数据,QC码置0;未通过的数据,QC码置1。
表4 抽样台站气温极值 ℃
(4)要素内部一致性检查
检查规则为小时最高气温≥正点气温≥小时最低气温,符合条件的数据,QC码置0;否则,相比较的数据,QC码均置1。
4.3气压检查
检查对象包括小时正点气压、小时最高气压和小时最低气压等3个要素。
(1)气候学界限值检查
气压气候界限值范围为520~1 080 hPa,超过气候界限值范围的数据,QC码置2。
选取的抽样台站,临渭站观测场的海拔为349.8 m,华山站观测场的海拔高度为2 046.9 m,因此临渭站的台站气压界限值范围为850~1 010 hPa,华山站的台站气压界限值范围为680~860 hPa。超出相应气压界限值范围的数据,QC 码置2。
(2)内部一致性检查
检查规则为小时最高气压≥正点气压≥小时最低气压,符合条件的数据,QC码置0;否则,相比较的数据,QC码均置1。
(3)台站极值检查
对于通过台站极值(表5)检查的数据,QC码置0;未通过的数据,QC码置1。
表5 抽样台站气压极值 hPa
4.4相对湿度
相对湿度要素检查对象有:正点相对湿度、小时最小相对湿度2个要素。
(1)气候学界限值检查
气候界限值范围为0<相对湿度≤100%。超过气候界限值范围的数据,QC码置2。
(2)内部一致性检查
检查规则为正点相对湿度>小时最小相对湿度。若违反规则,则相比较的数据,QC码均置1。
(3)台站极值检查
对于通过台站极值(表6)检查的数据,QC码置0;未通过的数据,QC码置1。
表6 抽样台站相对湿度极值 %
4.5风速检查
检查对象包括正点2分钟风速、正点10分钟风速、小时最大风速、小时极大风速、极值及其出现时间等5个要素。
(1)气候学界限值检查
风速气候学界限值范围[0~65 m/s],且极值出现时间应在对应时次时间范围内。超过气候学界限值范围的数据,QC码置2。
(2)风速区域界限值检查
6—9月风速变化范围[0~48] m/s。未通过的数据,QC码置1。
(3)内部一致性检查
对于同一时次,要素之间的规则为:小时最大风速-正点10分钟风速≥0 m/s;当小时最大风速出现时间不在该小时开始9分钟时,小时极大风速-小时最大风速≥0 m/s;当小时最大风速出现时间在该时次开始9分钟时,小时极大风速-小时最大风速≥—0.3 m/s。各项风要素数据之间若违反以上规则时,相比较的数据,QC码均置1。
(4)台站极值检查
对于通过台站极值(表7)检查的数据,QC码置0;未通过的数据,QC码置1。
石璞欣.气象资料及产品综合服务平台用户界面设计[J].陕西气象,2015(6):29-31.
表7 抽样台站风速极值 m/s
5质量控制结果分析
对2013年6—8月抽样台站观测数据的抽样要素按照上述方法进行质控,各要素检测出的可疑和错误数据为:气温55个,气压146个,相对湿度32个,风速41个。将结果与“省级质控系统”和“MDOS系统”质控结果进行对比,正确率均为100%。
由于“省级质控系统”在2013年底停止运行,故与中国气象局的两套质控系统的对比数据只选取2013年的数据,对比结果有一定局限性。随着观测资料的积累,台站的地域特点
会在今后的对比分析中展现出来,但基于海拔高度的本地化质控数据只能与MDOS系统的质控数据对比。
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作者简介:石璞欣(1988—),男,陕西西安人,学士,助工,从事气象数据资源开发与数据库维护。
收稿日期:2015-07-08
文章编号:1006-4354(2015)06-0029-03
中图分类号:P416.2
文献标识码:B