判别分析法评估绍兴地区区域站可靠性

陈开高翔

(浙江省大气探测技术保障中心，浙江杭州310017)

0 引言

从20世纪90年代末开始，全国各地气象部门根据当地气象服务需求，陆续开展了区域气象观测站(以下简称“区域站”)组网建设。截止到2010年底，全国建设各类区域站3万多个，在中小尺度天气系统的监测、预警、防灾减灾和各类专业气象服务中，发挥了重要的作用。

目前，绍兴地区共建区域自动气象站117个，达到每个乡镇有自动气象站。观测资料自动以GPRS的方式传送到市局中心站服务器上，但由于设备长年在野外工作，无人值守等种种原因，数据的利用价值有待进一步提高。笔者通过对绍兴地区区域站的资料可靠性评估，为天气应用提供可信性参考，以进一步提高中小尺度天气系统的预报准确率和预警能力，充分发挥这一现代化建设成果。

1 调查评估依据

本次区域站评估，主要依据以下技术性文件：

(1)《区域气象观测站建设指导意见(试行)》(气发〔2008〕123号文附件)

(2)《地面气象观测规范》(中国气象局，2003版)

(3)《气象探测环境和设施保护办法》

(4)《气象台(站)防雷技术规范(QX4—2000)》

(5)《区域气象观测站网调查评估方法(试行)》(中国气象局2009年9月)

2 单站评估标准及方法

2．1 要素类型选取与筛选

可靠性，是指设备在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。按照《区域气象观测站建设指导意见(试行)》的要求中对区域站数据缺测率，数据野值率，风一致性、降水均一性、气温均一性，数据传输质量提出的评估技术标准，同时考虑分析可靠性的数据，样本越随机，概率统计的偏差会越小，就越接近数据的准确值。所以我们选取绍兴地区各市、县年总值、平均值及年极值作为分析对象。本文选取了年总雨量、平均气温、最高气温、最低气温、最大风速、极大风速、平均湿度这几个要素来分析绍兴地区区域站的可靠性。由于是平均值，缺测率以及数据传输质量成为影响平均数值的因素。

数据来源于浙江省自动站质量控制软件、绍兴市区域站资料应用服务系统。(其中浙江省自动站质量控制软件数据与国家气象局数据相同，我们作为标准数据，而将绍兴市区域站资料应用服务系统提供的数据作为参考数据。)

2．2 数据分析及处理

按照《区域气象观测站建设指导意见(试行)》的要求以距离最近的国家级气象站各要素作为统计样本，如表1—表3所示。

表1 2007年绍兴地区各市、县要素值汇总

表2 2008年绍兴地区各市、县要素值汇总

表3 2009年绍兴地区各市、县要素值汇总

由以上这3组数据，我们按照《区域气象观测站网调查评估方法(试行)》中数据野值率统计方法和风一致性、降水均一性、气温均一性统计方法以距离最近的国家级气象站各要素为统计样本建立对应的本市可靠性数据范围区间集。(野值的判别规定和标准历史极值：以距离最近的国家级气象站的历史极值为准。气温：最高(低)气温高(低)于历史极值3℃或以上。降水量：大于历史极值20%或以上。风速：大于历史极值20%或以上。气压：大于历史极值1 hPa或以上)。

由于选取了年总雨量、平均气温、最高气温、最低气温、最大风速、极大风速、平均湿度这几个要素，我们参考区域站观测数据对野值的判别规定和标准数据处理修正建立了一组简单直观的各要素线性范围数值区间，在此区间内的相应要素数值，认为其是正常的，超出这个范围的，那么我们认为这个数据异常，同时以正常要素数量与应评要素的比值计算达标率。

对于某个区域站来说：

2．3 定性评估分类方法

根据达标率的高低，将区域站分为：好、一般、差3个类别。分类标准如下：

(1)好：达标率≥90．0%。

(2)一般：达标率 60．0% ～90．0%。

(3)差：达标率 ＜60．0%。

下面我们以浙江省自动站终端发布的2007，2008，2009年绍兴站各要素表为标准，以绍兴市发布的2007，2008，2009年绍兴各站要素表为参考来分析各站要素是否正常，以及达标率。由于新建站数据并非全年数据，不符合我们的统计标准，所以不在表格统计范围内。表4为要素线性范围数值区间表。

以2007年浙江自动站终端发布的数据为例，我们用星号标注出了年平均偏离要素线性范围数值区间的数据(详表略)。

表4 要素线性范围数值区间

由2007，2008，2009年绍兴地区各区域站要素表，我们可以得到2007年年平均偏离要素线性范围数值区间的数据相对比较多的站以及偏离要素线性范围数值区间的数据数量，这些站的达标率＜60．0%，如表5所示。

表5 统计结论

从绍兴市发布的2007，2008，2009年绍兴各站要素表，以及浙江省自动站终端发布的2007，2008，2009年绍兴站各要素表，可以获得3 a中几个非正常要数值的站，以及3 a来非正常要素值的变化情况。

3 可靠性评估

表格列出了2007—2009年绍兴区域站中，绍兴市发布的2007，2008，2009年绍兴各站要素表(表6)、浙江省自动站终端发布 2007，2008，2009年(表7)和绍兴站各要素表(表8)中达标率＜60．0%的站，以及偏离要素线性范围数值区间的数据数量。

2007—2009年年平均偏离要素线性范围数值区间的数据相对比较多的站的数量统计如表9。表10为2007—2009年绍兴区域站偏离要素线性范围数值区间的数据要素的总量。

表6 绍兴版区域站统计

表7 浙江版区域站统计

表8 2007—2009年绍兴区域站达标率≥90．0%的站

表9 两种版本对比统计结果

表10 2007—2009年绍兴区域站偏离要素线性范围数值区间的数据要素的总量

4 结语

(1)绍兴版和浙江版2007—2009年3 a结果统计，年平均偏离要素线性范围数值区间的数据相对比较多的区域站大致相同，证明了两版本的数据具有一致性，即绍兴版具有一定的可用性。

(2)同时比较两种终端统计数据，绍兴版的数据在数据野值率，风一致性、降水均一性、气温均一性，数据传输质量上明显低于浙江版，因此标准数据的选择和参考上应该以同国家气象局数据的浙江版统计数据为准。

(3)表6与表7列出了平均偏离要素线性范围数值区间的数据相对比较多的站以及偏离要素线性范围数值区间的数据数量。两表显示的站大致相同，这些站的数据在数据野值率，风一致性、降水均一性、气温均一性，数据传输质量有明显的偏差，表达标率小于60．0%，利用价值不高。同时对表8平均偏离要素没有偏离要素线性范围数值区间的数据达标率≥90．0%，可纳入国家站网管理，实现区域站分类管理。提高观测数据的利用价值，充分发挥区域站网的作用。

(4)2007—2009年3 a间数据对比分析后发现，随着使用年份的增加，要素偏离值的数量和区域站数均逐渐增加，表10中浙江版区域站偏离要素线性范围数值区间的数据要素的总量以60，73，99显示增长趋势。主要原因分析有两点：一是区域站设备随着时间增长而老化，测量精度发生变化，由此导致观测数据的不准确;二是随着城市的发展，区域站四周建筑逐渐密集，交通繁忙，一定程度上影响了观测环境，对数据的准确性带来一定的影响。

(6)根据结语(4)，建议表7中2009年绍兴站各要素表达标率＜60．0%区域站进行调整，调整可以分为观测设备和观测环境两方面同步进行。检测观测设备，不正常以及老化的进行维修或者更换，以符合观测要求。考察区域站周边观测环境，如果不符合观测要求的，进行整改或者迁站。注意由于正常环境因素如地形地势海拔等导致的年平均要素偏离要素线性范围数值区间，予以修正，即认为其是正确、准确的数据。

［1］ 中国气象局．区域气象观测站网调查评估方法(试行)．2009．

［2］ 中国气象局．区域气象观测站建设指导意见(试行)．气发〔2008〕123号文附件．

［3］ 中国气象局．地面气象观测规范［M］．北京：气象出版社，2003．

［4］ 高晓燕，郑雪梅．谈自动气象站转轨运行中日数据的处理与维护［J］．现代农业科技，2009(5)：279．

［5］ 李明香，宋长青，姚 文，等．区域自动气象站资料报表制作与共享系统［J］．气象与环境学报，2009，25(2)：50-53．

［6］ 蔡玲玲．提高地面遥测站月报表质量的对策［J］．广东气象，2008，30(2)：62．

［7］ 黎晓红，王 东，李秀艳．自动气象站数据质量控制软件的应用［J］．广东气象，2008，30(4)：64．