通信論文發(fā)表期刊推薦《中國(guó)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(guó)新通信》雜志社編輯出版的信息通信技術(shù)專(zhuān)業(yè)期刊，原《中國(guó)數(shù)據(jù)通信》（月刊）。自 1999年創(chuàng)刊以來(lái)，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(huì)評(píng)為優(yōu)秀期刊，于2006年1月改名為《中國(guó)新通信》。

　　摘要：在觀測(cè)臺(tái)站根據(jù)正點(diǎn)要素的特點(diǎn)，利用氣候極值范圍檢查、內(nèi)部一致性檢查、時(shí)間一致性檢查、對(duì)自動(dòng)氣象站的正點(diǎn)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(dòng)氣象站的觀測(cè)資料的四層質(zhì)量控制流程,并對(duì)誤差類(lèi)型進(jìn)行了簡(jiǎn)單的歸類(lèi)。

　　關(guān)鍵詞：自動(dòng)氣象站,質(zhì)量控制,檢驗(yàn)方法,誤差

　　自動(dòng)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(shí)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(cè)數(shù)據(jù)的有效性，并做到對(duì)錯(cuò)誤資料及時(shí)糾正。氣象觀測(cè)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(cè)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(cè)臺(tái)站誤差類(lèi)型

　　觀測(cè)臺(tái)站氣象數(shù)據(jù)誤差主要有3種：1）粗大誤差：主要由自動(dòng)站觀測(cè)儀器異常及在數(shù)據(jù)編碼、處理、傳輸、存儲(chǔ)及解碼等業(yè)務(wù)流程中產(chǎn)生的誤差；2）隨機(jī)誤差：在相同條件下對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量，由于受到大量微小隨機(jī)因素影響，測(cè)量誤差大小和符號(hào)沒(méi)有一定規(guī)律，且無(wú)法估計(jì)，即為隨機(jī)誤差。隨機(jī)誤差是無(wú)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(dòng)引起，由于觀測(cè)系統(tǒng)時(shí)空分辨率原因，這些天氣系統(tǒng)一般不會(huì)被完全觀測(cè)到，但當(dāng)觀測(cè)到這種天氣系統(tǒng)時(shí)，其觀測(cè)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(dòng)站觀測(cè)資料的有效性檢驗(yàn)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(jì)成消除異常的錯(cuò)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(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),根據(jù)測(cè)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(shí)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(gè)原數(shù)據(jù)進(jìn)入到氣象應(yīng)用的每個(gè)階段。質(zhì)量控制的范圍在很大程度上依賴(lài)于自動(dòng)站自身的探測(cè)范圍和能力。在完成以上質(zhì)量控制后,自動(dòng)氣象站將測(cè)量值傳輸?shù)接?jì)算機(jī)主站。在計(jì)算機(jī)地面自動(dòng)氣象站業(yè)務(wù)系統(tǒng)軟件中,還將開(kāi)展進(jìn)一步的質(zhì)量控制,根據(jù)本站的長(zhǎng)期氣候資料統(tǒng)計(jì)值,在業(yè)務(wù)軟件中設(shè)定氣候觀測(cè)閾值,如果測(cè)量值超過(guò)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(cè)站點(diǎn)的各項(xiàng)要素決定,包括站點(diǎn)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(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)執(zhí)行在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢查,包括觀測(cè)值范圍和極值檢測(cè)、內(nèi)部一致性檢查、時(shí)間連續(xù)性檢查。

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

　　第四層:人工質(zhì)量控制。人工質(zhì)量控制其實(shí)出現(xiàn)在質(zhì)量控制的各個(gè)層面,在各個(gè)層進(jìn)行人工檢驗(yàn)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(gè)層面,排除自動(dòng)站本身所造成誤差,一般質(zhì)量控制檢驗(yàn)主要可分為:時(shí)間連續(xù)性檢驗(yàn)、空間連續(xù)性檢驗(yàn)、氣候極值檢驗(yàn)、內(nèi)部一致性檢驗(yàn)、時(shí)間一致性檢驗(yàn)等。通過(guò)這些檢驗(yàn),從而使觀察數(shù)據(jù)達(dá)到可使用的目的。

　　3.1時(shí)間連續(xù)性檢驗(yàn)方法

　　目的是檢驗(yàn)觀測(cè)值的時(shí)間變化率,剔除不真實(shí)的跳躍值。這種檢查最適合高時(shí)間分辨率的連續(xù)觀測(cè)檢驗(yàn),根據(jù)采樣率,通過(guò)檢查相鄰樣本之間的相關(guān)性,確定當(dāng)前樣本的真實(shí)性。在每一次測(cè)量完畢,當(dāng)前的樣本應(yīng)該與前一個(gè)樣本進(jìn)行比較。假如兩個(gè)樣本的差值超過(guò)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(jì)算。

　　3.2空間連續(xù)性檢驗(yàn)方法

　　在一定的空間范圍通過(guò)各種方法估算期望值。空間檢驗(yàn)主要是與鄰近站點(diǎn)的觀測(cè)值比較,也可以通過(guò)多個(gè)不同站點(diǎn)觀測(cè)值之間的插值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。該檢驗(yàn)包含某個(gè)單站同一時(shí)間的單個(gè)參數(shù)值,也可包括某個(gè)時(shí)間序列的多個(gè)觀測(cè)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(yàn)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(shí),使用該方法可以降低誤檢率。

　　空間一直性檢驗(yàn)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(shí)上,由于中小尺度天氣的影響,經(jīng)常會(huì)造成某一個(gè)站在某一時(shí)刻可能與鄰近站不受同一天氣系統(tǒng)影響,導(dǎo)致觀測(cè)結(jié)果出現(xiàn)較大的差異。所以在實(shí)際業(yè)務(wù)中,對(duì)于相鄰站點(diǎn)觀測(cè)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(diǎn),檢驗(yàn)觀測(cè)資料的可用性和真實(shí)性;另外一方面,要結(jié)合觀測(cè)時(shí)候的天氣形勢(shì),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(gè)觀測(cè)要素均有可能由于天氣系統(tǒng)的原因造成較大的誤差。對(duì)于溫度、風(fēng)向風(fēng)速等要素,可以通過(guò)檢驗(yàn)天氣形勢(shì)。

　　3.3氣候極值范圍檢驗(yàn)方法

　　氣象資料進(jìn)行氣候極值檢查前一般要經(jīng)過(guò)界限和要素允許值范圍檢查，考慮到正點(diǎn)資料時(shí)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(yàn)方法

　　在進(jìn)行單個(gè)氣象要素觀測(cè)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(cè)量值的合理性。該檢驗(yàn)一般包括某個(gè)單站所觀測(cè)的2個(gè)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(guò)10℃,而當(dāng)時(shí)的天氣現(xiàn)象為下雪,可以肯定溫度觀測(cè)值是錯(cuò)誤的。

　　3.5時(shí)間一致性檢驗(yàn)方法

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

　　表1各要素1h時(shí)變檢查上下界值

　　4．結(jié)束語(yǔ)

　　本文初步分析了自動(dòng)站資料可能的誤差原因,并在此基礎(chǔ)上介紹了一個(gè)基本的四層質(zhì)量控制流程。在觀測(cè)資料質(zhì)量控制的各個(gè)層面,排除自動(dòng)站本身所造成誤差,一般質(zhì)量控制檢驗(yàn)主要可分為:時(shí)間連續(xù)性檢驗(yàn)、空間連續(xù)性檢驗(yàn)、氣候極值檢驗(yàn)、內(nèi)部一致性檢驗(yàn)、時(shí)間一致性檢驗(yàn)。通過(guò)對(duì)各種檢驗(yàn)的分析可知:質(zhì)量控制應(yīng)該貫穿在整個(gè)數(shù)據(jù)采集到可用的氣象參數(shù)等整個(gè)過(guò)程。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程,應(yīng)盡可能減少由于轉(zhuǎn)換過(guò)程或者計(jì)算本身所造成的誤差。各種質(zhì)量控制檢驗(yàn)方法應(yīng)互為補(bǔ)充,并貫穿在整個(gè)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。

　　參考文獻(xiàn)：

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