高空氣象探測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法論文
摘要：指出了高空氣象探測數(shù)據(jù)在天氣預報、氣候分析、氣象服務、科學研究等方面作用重大，對高空氣象探測數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制，為使用者提供相對準確的數(shù)據(jù)資料是新時代氣象科技發(fā)展的要求。闡述了質(zhì)量控制的內(nèi)涵，分析了影響高空氣象探測數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素，探討了高空氣象探測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的方法。
關(guān)鍵詞：高空氣象探測數(shù)據(jù)；質(zhì)量控制
１引言
氣象數(shù)據(jù)為天氣預報、氣候分析、氣象服務、科學研究等工作提供重要依據(jù)。在氣象觀測領(lǐng)域，高空氣象探測所獲得的第一手數(shù)據(jù)，揭示了各類天氣現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及其發(fā)生、發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律，因此常規(guī)高空氣象探測數(shù)據(jù)非常重要。高空氣象探測數(shù)據(jù)是通過每天施放無線電探空儀獲取的，數(shù)據(jù)質(zhì)量受到無線電探空儀、地理環(huán)境、無線電干擾、設備性能和各類異常天氣的影響，探測結(jié)果與真實情況有一定的差異。隨著氣象科學事業(yè)的發(fā)展，科技工作者需要更高質(zhì)量的觀測數(shù)據(jù)。因此，對高空氣象探測數(shù)據(jù)進行一定的質(zhì)量控制，給使用者提供相對準確的數(shù)據(jù)資料，是高空氣象探測人員必須思考和研究的課題。
２質(zhì)量控制
質(zhì)量控制是指為了達到質(zhì)量要求，而采取的作業(yè)技術(shù)和活動。具體而言，質(zhì)量控制是為了通過監(jiān)視質(zhì)量形成過程，消除質(zhì)量環(huán)上所有階段引起不合格或不滿意效果的因素，以達到質(zhì)量要求，獲取經(jīng)濟效益，而采用的各種作業(yè)技術(shù)和活動。高空氣象探測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制是指對觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量進行檢查以判斷是否達到一定要求的過程，目的是對數(shù)據(jù)進行合理性檢驗，找出缺測的、錯誤的、可疑的數(shù)據(jù)，進行標記或通過數(shù)據(jù)內(nèi)差等計算進行修正，確保提供的數(shù)據(jù)符合質(zhì)量要求。［１］原始數(shù)據(jù)的質(zhì)量對各項氣候統(tǒng)計結(jié)果的可靠性和正確性產(chǎn)生直接影響，因此，質(zhì)量控制是高空氣象探測數(shù)據(jù)庫建設非常重要的內(nèi)容。一般而言，數(shù)據(jù)質(zhì)量控制有以下兩種方式：一是對原始探測數(shù)據(jù)在統(tǒng)計前進行質(zhì)量檢查；二是探測數(shù)據(jù)在完成信息化后對其重點進行質(zhì)量控制。高空氣象探測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制分為自動和人工兩種，自動質(zhì)量控制是根據(jù)溫度、濕度、氣壓等曲線正常趨勢，刪除明顯錯誤值后，通過最小二乘法多項式曲線擬合進行平滑。人工質(zhì)量控制是操作員實時監(jiān)控，通過歷史數(shù)據(jù)資料庫、數(shù)據(jù)變化趨勢等對觀測數(shù)據(jù)進行對比分析，刪除明顯錯誤值。
３影響高空氣象探測數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素
高空氣象探測數(shù)據(jù)質(zhì)量受儀器精度、觀測環(huán)境、人為操作的影響［２］，因此，質(zhì)量控制貫穿于整個觀測活動。目前使用的Ｌ波段高空氣象探測系統(tǒng)主要由ＧＦＥ（Ｌ）１型二次測風雷達、ＧＴＳ１型數(shù)字式電子探空儀和數(shù)據(jù)處理計算機系統(tǒng)組成。地面設備包括：ＧＦＥ（Ｌ）１型二次測風雷達、ＪＫＺｌ型探空儀檢測箱、地面氣象要素觀測設備、數(shù)據(jù)處理計算機、ＵＰＳ不間斷電源。升空設備由ＧＴＳ１型數(shù)字式電子探空儀、攜帶探空儀的氫氣球組成。探測過程是由氫氣球攜帶探空儀自由升空，測量３萬多ｍ以下高空范圍內(nèi)，不同高度層次的溫度、濕度、氣壓、風向、風速等要素，通過無線電方式實時發(fā)送到地面的接收設備。高空氣象探測整個工作流程會因受到無線電探空儀、無線電干擾、設備性能的影響，造成探測數(shù)據(jù)有偏差。不同的地理環(huán)境，地形、土壤、氣候、水系、礦藏、動物、植物以及其他生態(tài)條件等不同，高空氣象探測數(shù)據(jù)也不同。天氣狀況，晴天、陰雨、雷暴、大風等，對于氣球升空的高度和速度產(chǎn)生影響，探測儀會采集到不同的數(shù)據(jù)。高空氣象探測人員技術(shù)水平及綜合素質(zhì)會影響探測數(shù)據(jù)的準確性，如業(yè)務人員不熟悉常規(guī)高空氣象觀測業(yè)務規(guī)范［３］，出現(xiàn)重放球和丟球［４］現(xiàn)象，都會影響數(shù)據(jù)質(zhì)量。
４高空氣象探測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法
高空氣象探測數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接影響天氣預報、氣候分析、氣象服務的準確性。高空氣象探測主要是Ｌ波段探空系統(tǒng)，觀測氣象要素為高空溫度、濕度、氣壓、風向和風速［１］。因此，本文主要對這５個氣象要素所進行的質(zhì)量控制進行闡述。
�。矗迸c歷史數(shù)據(jù)進行對比分析
高空氣象探測數(shù)據(jù)會受到地物、地形、人類活動、城市熱島效應等的影響，隨著探空高度的升高，影響就越小，氣象要素的變化越穩(wěn)定。在短期內(nèi)僅隨天氣系統(tǒng)影響而變化，但從長期來看，受季節(jié)變化和氣候變化影響大，不同的季節(jié)各等壓面的高度和溫度都有不同程度的變化，可以將探測到的數(shù)據(jù)與歷史上相應月份的數(shù)據(jù)進行比較分析，當超出歷史極值時進行標注。
�。矗脖日諝庀笠販y量極值
由電子探空儀的溫度、氣壓和濕度等傳感器感應到的電流、電壓、電阻等模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過發(fā)射裝置發(fā)射回地面的雷達。如探空儀設備故障或工作不穩(wěn)定、受無線電干擾等，地面接收的數(shù)據(jù)可能是錯誤的數(shù)據(jù)。不同的傳感器，測量范圍不同，因此，從傳感器性能來看，氣象要素有一個測量的極值。如果接收到的數(shù)據(jù)超過這個極值，則該數(shù)據(jù)明顯為錯誤數(shù)據(jù)，直接剔除處理。
�。矗硻z查氣象要素數(shù)據(jù)的一致性
高空氣象探測各個要素之間存在關(guān)聯(lián)性，而關(guān)聯(lián)性最高的數(shù)據(jù)探空高度與測風高度，兩者存在高度的一致性。對兩者的高度取差值，尋找該差值的變化規(guī)律。當探測數(shù)據(jù)兩者差異超出預設值時，進行預警提示，檢查分析原因。
４．４檢查是否符合
空間變化規(guī)律內(nèi)置溫度、氣壓和濕度感應器的探空儀在升空的過程中，實時將氣象要素每１．２ｓ一組發(fā)回地面的接收設備。氣象要素具有連續(xù)性變化的規(guī)律。每個等壓面的風向和風速通過采集到的仰角、方位角和斜距計算出來，而氫氣球升空過程由于受高空風的`作用，并非垂直上升。通過測量探空儀每分鐘的仰角、方位角和斜距，可以確定探空儀每分鐘位置的變化情況，而通過每分鐘位置變化又可以測算出每個高度的風速和風向。仰角、方位角和斜距每秒的變化是在一定的幅度內(nèi)連續(xù)變化的，在近地面高仰角時，仰角和方位數(shù)據(jù)變化較大，在高空低仰角時，仰角與方位的數(shù)據(jù)變化較小。如果探測得到的數(shù)據(jù)不符合變化規(guī)律，則需要進行預警提示。
４．５設定較寬的時間檢驗范圍
在高空氣象探測中，無法做到各高度上連續(xù)獲取探測數(shù)據(jù)，但是按中國氣象局高空氣象探測規(guī)范要求，探空站每天需進行兩次探測，分別是０７時１５分和１９時１５分，間隔１２ｈ。因受各種因素影響，在近地面，每次間隔１２小時的探測數(shù)據(jù)變化較大，可從時間的連續(xù)性上，設定較寬的檢驗范圍進行比較分析，對不同等壓面上的數(shù)據(jù)進行正確性判斷。
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對探空站特殊記錄分析發(fā)現(xiàn)，對記錄影響最多的問題是由于干擾造成的記錄不完整，以及探測終止。干擾出現(xiàn)，探空信號飛點增多，測風觀測示波器四條亮線變差，出現(xiàn)上下閃動，而且測風秒數(shù)據(jù)連線左右擺動。嚴重時計算出的風向風速數(shù)據(jù)異常，甚至無法使用，造成數(shù)據(jù)缺測或者測風觀測終止。干擾可能來自外來無線電信號、探空儀、雷達等，處置方法：飛點少，較容易判斷；飛點較多，仔細的判斷，通過上下正常記錄點之間連線，檢查中間飛點是否在連線之上，來進行取舍。測風記錄的影響往往在記錄的后期，可根據(jù)實際情況并結(jié)合前后時次的記錄，比較分析后進行取舍。探測過程出現(xiàn)雷達故障時，對探測接收到數(shù)據(jù)進行嚴格檢查，判斷數(shù)據(jù)是否正確。情況嚴重時，啟用Ｌ波段備份接收機來進行數(shù)據(jù)接收，使用光學經(jīng)緯儀進行測風數(shù)據(jù)的觀測［５］。探空氣球遇到強下沉氣流時，會出現(xiàn)一定程度的下降，在記錄時要將下沉階段的記錄進行刪除處理。刪除時根據(jù)氣壓的變化情況，做好上下氣壓點之間的銜接。因下沉記錄刪除后將無法恢復，需要仔細進行判斷。探空觀測中因探空儀故障或電池等原因，探空儀的無線電信號突然消失。在這種情況下記錄終止。
５結(jié)語
高空氣象探測數(shù)據(jù)在天氣預報、氣候分析、氣象服務、氣象科研等工作中起重要作用，資料的真實性、及時性和可用性及其關(guān)鍵。高空氣象觀測必須對采集到的數(shù)據(jù)進行非常嚴格的質(zhì)量檢查和處理，才能通過數(shù)據(jù)的分析，揭示出真實的大氣特征與規(guī)律。高空氣象探測數(shù)據(jù)多，分析量大，相似性高，需要排除特異點，設計一套質(zhì)量控制軟件，用自動化質(zhì)量控制來代替人工質(zhì)量控制，很有必要。實現(xiàn)自動質(zhì)量控制可以避免人為原因帶來的數(shù)據(jù)差異，便于對高空氣象探測數(shù)據(jù)進行質(zhì)量可靠性標注，并盡可能地保留原始數(shù)據(jù)，為其他工作和研究提供可靠的數(shù)據(jù)。
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