自动气象站数据质量人工控制浅析*

李红英，李四清（新疆石河子乌兰乌苏农业气象试验站，新疆　石河子　832000）

自动气象站数据质量人工控制浅析*

李红英，李四清
（新疆石河子乌兰乌苏农业气象试验站，新疆石河子832000）

新疆石河子乌兰乌苏农业气象试验站已运行十多年，业务软件经过专家多次升级优化，功能较为完善。但自动站硬件方面不尽人意，遇到特殊情况时：如对自动站设备维护不当、或仪器设备出现故障等常导致自动站出现错误的观测数据。本文针对自动站硬件设备方面存在的问题，结合工作经验，摸索出了一套“自动气象站数据质量”人工控制方法。该方法由业务学习、场地及仪器设备维护、数据质量人工控制3个部分组成，其中仪器设备维护是重点。

自动站；设备维护；数据质量；人工控制

2002年初，新疆石河子乌兰乌苏农业气象试验站安装了1套CAWS600型自动气象站，当年2月投入业务试运行，经过2年平行观测后，转入单轨运行。至此，乌兰乌苏农业气象试验站地面气象观测这项基础业务工作由繁琐的人工观测步入了自动化时代。自动气象站从初始运行至今已超过10年，十多年来，自动站业务软件经过专家多次升级优化，功能较为完善，正常情况下，完全能够监控自动站运行，并获取准确的观测数据。但自动站硬件方面不尽人意，如有时自动站设备没有按时维护或维护不当，或传感器出现故障，或其他非人为原因等常导致自动站的观测数据出现错误。这时就需要观测员对观测数据进行人工分析、人工补测和人工干预，继而保证自动站观测数据准确可用。那么基层台站如何操作才能监控好自动站观测数据质量，从而准确、及时地为上级天气预报机构及各行各业提供气象观测资料呢？作为基层台站1名观测员，监控操作自动站多年，结合平时工作经验，摸索出一套“自动气象站数据质量”人工控制方法。该方法分为业务学习、场地及仪器设备维护、数据质量人工控制3个部分。每个部分之间相互联系，不可分割，构成整体。现对各部分作详细叙述：

1　加强业务学习，为监控好自动站数据质量夯实理论基础

要做好自动站观测数据质量监控工作，必须坚持基础理论知识的学习，继而提高实际业务工作能力。为此，长期以来，本站坚持每周集体学习1次，学习内容有2个方面：

1.1学习《地面气象测报规范》及天气学基础知识

通过学习，业务人员懂得各种天气现象的成因与特点，能够准确判断台站出现的天气现象；了解各气象要素的日常变化规律，能够在自动站数据出现错误时迅速正确地处理疑误记录。

1.2学习自动站新装备新业务技术知识

通过了解自动气象站的基本工作原理、操作、维护和日常维修方法，能正确安装、操作和一般维修。

2　保护好观测环境、维护好自动站设备，确保自动站运行正常

自动站所获取的气象观测数据正确与否，与观测环境及自动站设备关系密切。只有保护好观测环境、维护好自动站设备，使自动站处在良好的运行状态之中，所获取的观测数据才能正确可靠。

2.1日常维护

每天上午由值班观测员对自动站现用仪器设备做1次小清洁维护，扫除仪器表面的灰尘、杂物。尤其注意清除雨量传感器承水漏斗中的堵塞物；保持地面温度传感器一半埋在土里，一半露出地面，不留缝隙；地温场保持裸地及土质疏松，雨后及时松土。

2.2月度维护

每月25日由站组长带领大家对自动站所有的现用仪器设备进行1次全面检查、清洁和维护。重点检查各传感器的安置和工作状况及电缆完好与否。如风传感器转动是否灵活，雨量传感器的翻斗翻转是否正常，上中下各个漏斗有堵塞物否。温湿度、地面温度、浅层地温传感器易改变位置，检查其安装高度或深度是否符合要求，超过误差范围的传感器重新安装校正。查看暴露在外的电缆有无老化开裂和鼠咬，电缆插头插座是否松动和生锈。电缆沟中的接线盒是否浸泡在水中，电缆沟出水口网罩有无锈烂和损坏。发现问题，及时采取措施处理。蓄电池、UPS不间断电源每月放电1次。自动站数据处理微机专机专用，并按规定操作维护。依法保护观测环境，保持观测场整洁、浅草平铺，4～9月期间，草高超过20 cm，观测人员要及时剪割。

2.3搞好自动站设备防雷

自动气象站是由多种高精密电子元件组成的能自动地观测和存储气象要素数据的设备。在其运行过程中，如受强电流干扰易损坏部件或使程序紊乱而造成自动站不能正常工作［1］。因此，要保持自动站处于正常连续的运行状态之中，免遭雷击和强电流干扰，台站必须构建防雷设施，并且要符合有关防雷技术要求。本站每年在3月底之前认真监测1次，确保防雷设施有效。

观测场地和自动站设备维护好，防雷工作做到位，才能使自动站处于正常连续的运行状态之中，才能取准取全第一手气象要素数据。

3　按照自动站观测程序工作，做好自动站数据质量人工控制

依照自动站日常工作流程办事，本站值班人员每日早晚巡视观测场和值班室内的自动站设备：查看各传感器是否正常；雨量传感器的漏斗有无堵塞；地温传感器的埋置是否正确，保持自动站设备处于正常连续的运行状态。值班期间每小时正点前10 min查看计算机显示的实时观测数据是否正常，如数据异常，在正点前不能修复，则及时采取补救措施。每日20时后必须认真检查当日数据有无缺漏，对缺漏数据能补则补，并做好当日数据文件的备份。尽管如此，特殊情况时自动站所测得的个别要素数据出现错误的现象依然发生，且业务系统软件不能判断正确与否，也就无法处理。加之有些日数据如天气现象完全需要人工观测和记录。这就需要我们观测员人工分析、人工观测、人工干预来处理好这些气象要素数据。特殊情况有如下几种：

3.1自动站雨量数据错误

一般有2种情况：第1种情况在冬春季出现较多，当某日空气湿度较大，从凌晨到上午有大雾出现，雾浓露水重，由于雾水、露水流经雨量传感器致使自动站出现0.1～0.2 mm的降水量；第2种情况是天空无降水，而是一些虫蚁等钻入雨量传感器的计数翻斗，引起计数翻斗翻动使自动站有雨量出现。以上2种情况出现的降水为错误数据，值守班期间，只要在正点前10 min查看计算机显示的自动站实时数据就能轻易发现。一经发现即在正点后1～2 min内进行定时数据维护、删除错误雨量数据，使自动站的观测数据正确无误后，再形成正确上传数据文件及时上传。

3.2自动站空气相对湿度数据错误

判断自动站空气相对湿度数据正确与否，需了解空气相对湿度的日常变化规律。一般在正常情况下，空气相对湿度的日变化规律非常明显，其日变化规律不外乎2类：一类即在雨天和大雾天时，一日当中空气的逐时相对湿度比较平稳、变化小。另一类是晴好天气，空气相对湿度夜间大，白天小，以08时为分界线，08时后逐时减小至18时后又逐时增大，但紧邻的时次数据没有太大的突变。表1为本站2012 年7月17日和18日部分时段实时空气相对湿度的观测数据。

表1　2012年7月17日11～17时各时实时空气相对湿度的观测数据　％

当日11时45分至16时01分下雨，累计雨量15.1 mm。12～15时在降水时段内，逐时相对湿度应比较平稳，且大于11时相对湿度值。但17日12～15时相对湿度原始数据起伏大，不平稳，是错误数据。由于我们在正点前查看计算机显示的自动站实时数据时，发现了相对湿度数据是错误的，随即进行人工补测，并形成正确的上传数据文件及时上传。17 日12～15时各时相对湿度正确数据系正点后人工补测值。

表2　2012年7月18日8～14时各时实时空气相对湿度的观测数据　％

该日为晴天，日照时数8.0 h，是晴好天气，空气相对湿度数据值应符合晴天的日变化规律。即夜间大，白天小，以8时为分界线，且相邻的时次数据没有太大的突变。但18日12时、13时相对湿度原始数据突变明显（见表2），数据错误不可用。12时、13时在正点前发现错误，正点后及时进行人工补测，并形成正确的上传数据文件。12时、13时正确数据系正点后人工补测值。

经检查，这2天部分时段相对湿度数据出错，是电缆线路故障所致，温湿度传感器无故障。更换新电缆后，相对湿度恢复正常。

3.3自动站某层次地温数据错误

地温传感器在长期使用过程中，所测得的地温数据有时会出现时高时低不稳定，有时会出现系统偏差［1］。发现异常后要及时更换传感器。如浅层地温分布规律：从0～20 cm其变化幅度越到深层越小；晴好天气13时、14时、15时地温越到深层越低，并且越往深层相邻的2支地温传感器所测的数据相差越小。了解了地温分布规律，就能轻易判断出每个地温传感器所测的数据正确与否。若某个层次地温值与0～20 cm整个层次地温分布规律不符合，如所测的数据时高时低或出现系统偏差，则某个层次地温传感器有故障。深层地温分布规律性更强，在同一层次中逐时地温数据值变化很小，任意相邻2个时次地温数据差一般≤0.3℃，超过0.3℃，或是传感器进了水，或是传感器有故障。为说明问题，现就浅层地温举例说明。

例如：本站2014年2月某日，天气现象夜间有0.1 mm的小雪，出现结冰，白天8时至8时31分有微量雪，8时42分至11时18分有日照，11时18分后无日照，但不排除有太阳。当日11时至15时0～20 cm地温传感器所测的原始数据如下：

表3　2014年2月某日11时至15时0～20 cm地温

从表3可以看出，0 cm地温逐时数据不稳定、变化大，因该日11时18分后虽无日照，但测站上空时阴时晴，故有此变化，属正常。5～15 cm地温传感器因埋在土中，受测站上空阴晴变化影响较小，其逐时地温数据在平稳中缓慢上升，也属正常。20 cm地温传感器也埋在土中，受测站上空阴晴变化影响应该更小，其逐时地温数据更应在平稳变化中缓慢上升，才符合浅层地温变化规律。而实际是12时4.1℃、13时2.2℃、14时5.1℃，相邻3个时次地温数据相差大，变幅不平稳，不符合浅层地温变化规律。从同一时次不同层次来看，13时0 cm地温因受测站上空阴云影响，数据偏低，略高于5 cm地温，5～15cm地温逐层降低，且越往深处相邻2支地温传感器所测的数据相差越小，符合浅层地温分布规律；而20 cm地温虽然低于15 cm地温，但20 cm地温与15cm地温相差2.0℃，远远大于15 cm与10 cm 0.2℃的地温差，故分析判断13时20 cm地温数据不正确，是错误数据。14时测站上空有太阳，0 cm地温较高，0～15 cm地温逐层降低，而20 cm地温与15 cm地温相比不但没有降低，反而高出0.5℃。分析判断14时20 cm地温数据也不正确，是错误数据。在2月10日8时前，20 cm地温数据也出现过时高时低。经过进一步分析和测试，20 cm地温传感器出现了故障。及时更换地温传感器后，20 cm地温数据恢复正常。

3.4漏记天气现象

目前，自动站的天气现象观测和记录完全靠人工方式来实现。《地面气象观测规范》规定值班观测员应随时观测和记录出现在视区内的全部天气现象；夜间不守班的气象站，对夜间出现的天气现象应尽量判断记录；凡与水平能见度有关的天气现象，均以有效水平能见度为准。《规范》条文虽然很明确，但有些天气现象仍然容易漏记。如晴朗微风的夜晚，且空气湿度较大，一般当空气相对湿度≥80％时夏秋季节有露；初春及冬天当空气相对湿度≥80％，同时最低地面温度≤0.5℃时有霜出现。空气相对湿度≥65％时，或出现间断降水，空气相对湿度较大，而能见度＜10.0 km，一般有轻雾。 空气相对湿度连续3 h或以上＜65％，且无降水，能见度小于10.0 km又无冷空气过境一般有霾出现。上述观测到的天气现象或经过判断分析而来的天气现象，都要输入自动站计算机里的相应栏目中，并形成完整日上传数据文件及时上传。

［1］姜新河，蔡洪梅，岳帮云.自动气象站数据质量控制［J］.北京农业，2014（A01）：167-168.

2016—05—05

*本文由中国气象局乌兰乌苏绿洲农田生态站资助。