海洋水文气象实时数据质量控制

2014-12-08汪宁张晓慧海军北海舰队海洋水文气象中心山东青岛266003

中国科技纵横 2014年19期

汪宁张晓慧(海军北海舰队海洋水文气象中心,山东青岛 266003)

海洋水文气象实时数据质量控制

汪宁张晓慧(海军北海舰队海洋水文气象中心,山东青岛 266003)

在对海洋水文气象进行实时观测的过程中，观测数据处理过程包括采集、摘录、编报、通讯等。如果在处理的过程中出现错误的数据，将会对海洋气象预报的发布工作造成直接的影响。本文针对海洋水文气象实时数据的质量控制提出了两种方法，一种是极值控制法，一种是一致性检验控制法，通过这两种方法来确保数据的质量，提高气象预报的准确性。

海洋水文气象数据质量控制数据处理

在对海洋气象进行预报与研究的过程中,对水文气象实时观测数据的质量进行控制具有非常重要的影响。传统的实时数据质量控制方法为人工控制方式,随着科技的不断发展与实时数据的不断增多,计算机逐步取代人工。不同的数据质量控制方法具有不同的局限性,要依据不同的场合与要素对控制方法进行合理的选择。本文主要介绍了两种用于实时数据控制的方法,一种是极值控制法,一种是一致性检验控制法。

1 极值控制法

在海洋水文气象要素中,存在上限与下限。极值控制法就是利用水文气象要素所具有的这种特点,通过极值的确定来对数据的正确性进行判断。如果实时观测数据在极值范围之内,则数据是正确的;如果实时观测数据超过了极值的范围,则数据应该被剔除。

1.1 选取适当的极值

极值的确定是极值控制法的关键所在,极值适当与否对预期目标的实现具有决定性的作用。如果极值的范围过大,将削弱控制的质量;如果极值的范围过小,将对真实的数据造成误判。在对极值进行选取的过程中包括多种方法,要素物理特性、观测规范、历史极值等都可作为极值选取的依据。此外,“莱因达”准则计算方法也是一种极值选取的有效方法。

1.2 莱因达准则计算方法

莱茵带准则又可以称之为“3·准则”。在误差理论之下可以得出,随机误差·在一般个情况下是服从正态分布的,其中·表示的是未知的标准差。其中用S表示标准差,·X表示真值。如果观测数据Xi的残差Vi满足时,证明Xi是可疑的数据,该数据就应该被剔除掉。

当观测数据Xi满足上述两个公式中的任意一个公式时,证明该观测值是错误的,需要将其进行剔除。

1.3 莱因达准则中所需样本的选择

在运用莱因达准则对极值进行确定的过程中,其计算的前提为观测数据数量足够。因此莱因达准则在观测次数较多的场合较为适应,能够确保稳定的“弃真”概率。在对其所需样本进行选择的过程中,要将计算机性能、资料数量等作为选择依据。在样本选择的过程中,可以选择不同的年份中相同月份的资料,也可以选择不同年份中相同季度的资料。一般情况下,最佳的样板选择时间序列为大于15年,控制时段为1个月。此外,气温要素也是需要考虑的因素之一,可选择每天固定时间点的资料,一般情况下分为2点、8点、14点、20点四个时间点。在对样本选择完成之后就可以对极值进行计算。

2 一致性检验控制法

2.1 一致性检验控制法的操作过程

在对海洋水文气象实时数据质量进行控制的过程中,一致性检验控制法是应用较为广泛的方法之一。一致性检验控制法对质量进行控制的基本思想是检查要素之间的关系,通过关系的检查来对要素进行判断。要素之间的关系包括:天气现象与能见度、总云量与低云量、气温与露点、风速与浪高、浪高与周期等。当两个要素之间所存在的是矛盾关系时,可以判定两个要素之间存在一个错误的要素。但是在错误要素具体判断的过程中却存在一定的难度,不能够确切地判定哪个要素是正确的、哪个要素是错误的。在对海洋气象进行预报与科研的实际工作过程中,工作人员在对要素进行判断的过程中往往将图像或者经验作为判断依据。但是如果利用计算机来替代人工完成这项工作,软件的设计将是一项非常困难的工作。在数据处理的过程中,庞大的诊断软件不切实际,实现的可能性非常小。因此,在对一对存在矛盾关系的数据进行处理的过程中,一种处理方法就是两个要素全部删除,另外一种处理方法就是通过判断条件的附加进行进一步判断。例如,在判断的过程中可以选择5°×5°范围内的最邻近的测站来作为附件判断条件,对要素进行正误判断。如果在附近范围之内不存在邻站,就只能将要素全部剔除。此外,针对一些局域性的天气现象而言,即使能够找到邻站来辅助判断,在判断的过程中也不能确保判断的正确性,这种情况下就只能将两个要素全部剔除。