万州区域自动气象站资料整编分析及应用

周英 袁久坤

摘 要：随着气象现代化建设不断推进，万州区先后建成了89个自动气象站，大大增加了气象资料的空间、时间密度，能获取较为精细的地面气象观测资料，实现对短时突发性和局地性灾害天气的实时、连续监测。通过对这些区域自动气象站观测数据进行质量控制及其整理分析，可以清楚地了解整个万州的气温、降水量等气象要素的分布情况、变化规律，为气象服务、防灾减灾、农事活动、农业结构调整、农业气候区划等提供真实可靠的基础数据。

关键词：区域自动站；资料；整编；分析

中图分类号：P415.1+2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）22-0186-03

随着气象现代化建设的不断加快，近年来万州先后建成自动气象站89个，各监测站点平均间距6.16KM，每个镇乡至少有1个观测站点，实现了气象要素连续动态实时监测。

由于受观测设备、观测环境等因素影响，监测资料的代表性、准确性、比较性也受到了一定的影响。为进一步更好地获取精细的地面气象观测资料，实现对短时突发性和局地性灾害天气的实时、连续监测，为开展精细化气象预报和科研提供综合基础数据，需要对区域自动站资料先通过质量控制后再进行统计整编，以便为传统的农业气候区划进行订正，编制更加精细化的农业气候区划，为農业产业结构调整提供科学依据，最大限度地降低农业风险。

1 区域站资料收集

本文主要是通过重庆市气象信息共享平台→自动站资料A/J文件手工生成平台，按区域进行不同站点不同时间的A/J文件下载。

2 区域站资料质量控制

在进行区域站资料统计整编前，可利用地面气象测报业务系统软件（OSSMO 2004）和安徽报表审核软件（CDQC）以及人机交互审核对各站各月的A/J文件进行质量控制，在进行质量控制前必须对A/J文件进行处理后才能加载。

2.1 A/J文件处理

2.1.1 A/J文件格式处理

由于平台上下载的手工生成的A/J文件是未进行质量控制的原始数据文件，且大部分不能用OSSMO软件直接读出，有些在格式上还需进行处理，比如A/J文件首行参数的观测场拔海高度、气压感应器拔海高度单位错误，均应修改成单位以“0.1m”进行记录。观测方式和测站类别（S11）应修改成S15[1]，如图1、图2所示。

2.1.2 A文件要素处理

为便于对资料进行年度整理统计，利用月数据文件（A文件）生成年报表数据文件（Y文件）进行统计，由于部分区域站为两要素，要素太少，不能直接生成Y文件，需要对月数据文件A文件进行要素添加。通过对比发现，四要素的A文件能生成Y文件，故只需对两要素的所有A文件风向风速段进行风向风速模拟数据追加，同时将首行参数的观测项目标识组中风要素的标识码0修改为1，然后进行统计，统计完后忽略追加的模拟数据。

2.2 A/J文件质量控制

2.2.1 质量控制方法

首先建立精细化的审核规则库，主要是根据各种质量控制方法建立阈值和质控标准。地面气象资料的质量控制技术方法主要是根据天气学、气象学、气候学原理，以及气象要素的时间、空间的变化规律和各气象要素间相互联系的规律，从而分析气象资料是否正确，其方法主要包括：气候界限值检查、气候极值检查、内部一致性检查、时间一致性检查、相关要素综合判断检查及人机交互检查等[2]。

（1）气候界限值检查。气候界限值检查主要是检查气象要素值是否超出其临界值范围。超出其临界值范围的气象要素值则视为错误的记录，应予以剔除。

（2）气候极值检查。气候极值是指在固定的气象台站历史上曾出现过的气象要素的最大值或最小值，或者是在一定时间范围内出现的概率很小的气象记录。对于超出气候极值的数据应视为可疑数据，再进行相关要素综合判断检查。

（3）内部一致性检查。由于同一时间气象要素之间的关系具有一定的物理联系，根据此特性，内部一致性检查主要是针对同一测站同一时间的同类气象要素或不同气象素观测值之间的物理关系进行检查，从而判断数据是否异常[5]。同一时间气象要素记录之间的关系应符合一定的物理联系，如：各要素的正点观测数据应小于或等于日最大值，同时大于或等于日最小值。极大风速≥最大风速，极大风速≥瞬时风速，极大风速≥平均风速。不同要素中某些气象要素之间有着紧密联系，比如若风向为C时，则风速应为≤0.2m/s；若风速为0.0时，则风向应为C。

（4）时间一致性检查。时间一致性检查包括最大变率检查和最小变率检查。气象要素变化的最大变率检查是检查在一定的时间间隔内，各气象记录是否超出一定时间间隔内的最大波动值范围。最小变率检查是从气象要素时间变化率的另一角度检查观测值的合理性，主要是检查因仪器失灵或其它故障而引起的观测值的不变或是变化太小。时间一致性检查主要是针对在时间上的相关性较高的气象要素进行检查。

2.2.2 疑误记录处理方法

根据《地面气象观测规范》[5]及《地面气象观测规范》技术问题综合解答（第1号）常用的有以下几种处理方法。

（1）气压、气温、相对湿度、地温异常值的处理：某一正点数据异常时，用前、后两正点数据内插求得，按正常数据统计；若连续两个或以上正点数据异常时，按缺测处理。一日中，自动观测记录有部分缺测时，如果能够判断所缺记录对该日日极值有影响，则该日日极值作缺，若无影响，则该日日极值从其它正常时次记录中挑取。

（2）风、降水量异常值的处理：当某一正点数据缺测时，按缺测处理。对于风的日极值，若能够判断所缺记录对该日日极值有影响，则该日日极值作缺，若无影响，则该日日极值正常挑取。对于降水量，若能判断为因其它原因（蚂蚁、风、人工调试等）或自动站故障而多记录时，应删除该时段内的分钟和小时降水量。

3 区域站资料统计整编

鉴于万州境内各区域站要素绝大部分为气温、降水、风向、风速，且年限较短，根据日常服务需要，本文只列举以上几个要素的统计整编方法及其主要内容。

统计整编项目：

3.1 氣温

统计整编历年各月逐候平均、逐旬平均、月平均、月平均最高/最低、月极端最高/最低及其出现日期，年平均、年平均最高/最低、年极端最高/最低及其出现月份、日期等。

3.2 降水

统计整编历年各月逐候总量、逐旬总量、月总量、日最大及其出现日期、年总量、日最大及其出现月份、日期；各级降水日数（≥0.1、1.0、5.0、10.0、25.0、50.0、100.0、150.0）；各时段年最大降水量（5、10、15、20、30、45、60、90、120、180、240、360、540、720、1440分钟）；历年各月最长连续降水日数、降水量和起止月份、日期，年最长连续降水日数、降水量和起止年、月、日；历年各月最长连续无降水日数和起止月份、日期，年最长连续无降水日数和起止年、月、日等。

3.3 风向风速

统计整编历年各月平均风速、年平均风速、各月（年）最大风速及风向和出现时间、各月（年）极大风速及风向和出现时间，各月（年）最多风向及出现频率等。

4 万州区域自动站与国家级台站资料对比分析

万州境内地势复杂，海拔相差较大，且各区域站建站时间不一致，资料缺失较多，根据地理位置环境等条件分别在长江南岸和北岸选取资料完整度较高的2个站，高海拔和低海拔各选一个代表站进行分析。其中长江北岸代表站为余家站（海拔310.0米）、孙家站（海拔966.0米），长江南岸代表站为新田站（海拔266.0米）、白土站（海拔930.5米）。

因各区域代表站2011年以来的资料比较完整，所以该研究主要用2011～2014年气象资料与万州国家基本气象站（万州站）同时段资料进行对比分析。区域自动站大多为2要素站，但是每一个站点都有气温与降水观测项目，所以重点分析气温、降水2个气象要素。

4.1 气温

通过对各区域代表站和万州站2011～2014年各月和各年的平均气温进行统计分析（如图3），发现各代表站点2011～2014年各月平均气温及年平均气温的变化趋势是基本一致的，说明区域自动站与国家自动气象站的气温资料具有很好的一致性。

4.2 降水

通过对各区域代表站和万州站2011～2014年各月和各年的降水量进行统计分析（如图4、图5），发现大部分站点变化趋势基本相同，只有孙家站变化趋势显得过于夸张，经审核该站降水资料，认为是正常的，这种突变可能和该站所处的山口台地容易引起抬升降水的特殊地理位置有关系。同时也说明资料均一性要从类似的地理环境来考虑，否则其均一性较差。统计结果也说明了降水资料的均一性较差。

5 区域自动站资料应用服务

（1）万州高密度的区域自动气象站观测网，实现了气象多要素的连续动态实时监测，提高对灾害性天气监测能力和突发公共事件应急救援气象服务保障能力，大大增强了灾害性天气的预警能力，为防灾、减灾赢得了宝贵时间。

（2）区域自动站具有更准确、更便捷收集小尺度范围的气象要素情况，掌握更精密的气象信息，提高了精细化定点、定时、定量预报的准确率，最大限度地提高了减轻与防御气象灾害的能力。

（3）覆盖全区的区域自动站丰富的气象要素资料，为编制更加精细化的农业气候区划，农业产业结构调整提供科学依据，最大限度地降低农业风险。

（4）区域自动站资料是国家的宝贵资源，目前许多台站的利用率还较低，大多数是雨情服务，在今后的工作中还有待于进一步开发利用。

参考文献

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

[2]QX/T66-2007，地面气象观测规范 第22部分：观测记录质量控制[s].

[3]胡毅，李平，杨建功，等.应用气象学[M].北京：气象出版社，2005.

[4]窦以文.自动气象站信息分析与评估[D].中国科学技术大学硕士学位论文，2008.

[5]中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003.