气象观测数据质量控制方法的探讨

林 磊 任义方 张建飞 徐 杰 陈 明

（1.常州市气象局，江苏 常州213000；2.江苏省气象服务中心，江苏 南京210008；3.常州市金坛区气象局，江苏 常州213200）

引言

地面气象观测在观测气象数据和气象现象中有连续性及时间序列性的特点，地面气象观测数据在天气预报，气候预测，气候变化等研究中有着重要作用。气象观测数据表现为大气运动在诸多因素作用下的演化过程，它间接影响着人类的工作和生活方式。地面观测资料也是环境、水利、航空、军事等部门关注的数据对象，对这些部门的业务开展是最重要的一个关键要素。各时次的气象观测资料为气象服务、气象减灾、地质灾害研究、气候分析等研究提供了重要的依据。气象数据的准确性和稳定性是利用好这些数据的关键和保证。在现实条件下，气象数据受到传感器故障、采集器故障、计算机故障甚至是人为因素造成数据的可疑或错误。这些气象数据的疑误严重影响气象观测数据的质量。一些非正常跳变引起的数据错误在灾害性天气发生时期会误导预警发布，严重时甚至导致人民群众的生命财产损失。因此，提高观测数据的质量是地面气象观测的重中之重，对整个地面气象观测的业务起着决定性作用。

1 质量控制的内容和操作

各级台站对观测数据的质量控制主要包括以下内容：实时采集的观测数据、各类数据采集文件(包含分钟数据文件和整点数据文件)、利用软件形成的每月A文件 、J文件及年报数据Y 文件。台站的数据质量控制软件既使用一个独立的质量控制软件，也可使用地面测报业务系统软件ISOS的组件—实时自动站采集数据质量控制组件。

从数据的质量控制具体操作来说：检验采集观测数据的时间的合法性；对观测要素的数值进行允许范围值或气候极值检查, 当数值超过允许范围值的时候，相关的数据记为却侧；对数据文件进行字合法性字符检查，如果数据中有缺测字符或非法数据时， 相关的数据应记为缺测；对观测数据进行内部的一致性检查，例如：总辐射、净辐射、散射辐射三者之间一致性的检查；采集时间和最值出现时间的一致性、整点观测值和最值一致性的检查；利用各观测数据的变化曲线时序图，通过观测员的经验进行人工判断处理。

实时采集的自动站观测数据在进行以上的数据质量控制后产生自动站观测数据文件。对这些观测数据文件的质量控制具体应该包括如下方面：对观测数据文件检查文件；对观测要素的数值进行允许范围值或气候界限值检查；根据台站的地理位置，进行气候极值检查；文件中各观测数据内部的一致性检查；对文件中各观测数据进行时间的一致性检查, 具体为观测数据的逐日、逐小时、逐分钟的时间变化率检查；观测员利用观测数据的日变化时序图, 人工判断与处理。

每月A文件、J文件及每年的Y文件的质量控制的具体操作和实时采集的自动站观测数据的质量控制过程基本相似。但是质量控制的软件的设计中，交互界面不同，以不同的方式显示疑误数据、疑误信息以及与其相关的观测数据，方便观测员或台站人员判断与处理。

2 各级别质量控制的方法

国家级或省级对台站的数据质量控制时，不对实时观测数据进行质量控制，仅对每月A文件、J文件及每年的Y文件进行数据质量控制。国家级或省级进行数据质量控制的技术, 除了台站级所使用的质量控制技术之外，还有空间的一致性检查和该台站的参数检查。软件设计中，交互界面中除了显示疑误数据、疑误信息以及与其相关的观测数据之外，还可以添加显示多个观测数据时间变化趋势时序图以及观测数据的空间分布图。在省级对观测数据的质量控制中，空间的一致性检查只涉及到省内的全部台站，包括一般站、基本站、基准站。这样虽然质控区域范围小，但台站密度更密，质控效果好。国家级观测数据的质量控制，空间的一致性检查只包括所有的基准基本站, 虽然这样台站密度低,可是质控范围更大, 可以跨区域、跨省市质量控制。

从台站采集的原始气象观测数据开始到形成数据文件到传输到省信息中心最后传输至国家级气象信息中心，每一个具体环节中都有数据质量控制。每月A文件、J文件及每年的Y文件，台站级、省级、国家级三级的所使用的质量控制技术基本相似。可是在一些数据质控细节上略有不同。质量控制参数省级和台站级非常细致，国家级参数比较宽泛。因此，台站级数据质量控制检查出的错误最多，而国家级质量控制检查出的错误数据最少。

3 质量控制检查数据方法

台站人员或质量控制人员在具体进行地面气象数据质量控制检查方法中通常采用以下几种方法对气象观测数据进行质量控制。

3.1 文件格式检查

文件格式检查为对数据的顺序、格式、体例按照存储规范进行检查。这项核查让文件可以顺利地进入数据库。文件格式检查依据了地面气象数据规范的要求，核查进入数据库的文件的格式、每个要素的长度、每个要素允许的范围。上述数据能否符合观测规范的规定。核查文件名中的台站号、年月日是否和文件中的台站号、年月日一致。海拔高度、纬度、经度是否一致。

3.2 气候界限值或要素允许值检查

从气候学考虑绝无可能出现的要素上下限阈值定义为要素的气候界限值。如果文件中的要素数据超出要素的气候界限值或允许值范围的资料为错误资料。以具体数据为例：气压400～1100hpa，气温-70～70，地温-85～90，露点-70～40，相对湿度0%～100%，风速 0～75m/s，风向 0～360，日降水量0～1700mm，日照 0～1/h。

3.3 站内极值检查

站内极值是指某站原来历史记录中某要素曾出现过的极限大小值,核查数据要素值会否超过极值定义为站内极值检查。如果气象要素数据值在极限大小值以外，需经过观测员按实际情况和经验人工判断，判断资料正确与否。站内极值在应用过程中要不断地及时更新。

3.4 内部一致检查

不同的要素和观测项目间有特定的物理或逻辑联系，对数据要素的该项核查叫做内部一致检查。以具体数据为例子：最大风速要小于极大风速，瞬时风速大于17m/s时须出现大风，如果风向为C，风速必须小于0.3m/s,每日任意时刻的相对湿度应该大于等于最小相对湿度，每日任意时刻的气温应介于最高气温和最低气温之间。

3.5 时间一致检查

要素数据随时间的推移变化的范围是在某个区间的。不可能数据变化特别大，如果数据随时间变化特别大，那可以认为数据不正常跳变，观测员要从自身的经验出发加以判断，予以修改或订正。例如：气温每分钟的变化不能超过3℃，相对湿度每分钟的变化不能超过5%，气压每小时的变化不能超过3hpa。

4 结语

提高观测数据的质量是地面气象观测的重中之重，对整个地面气象观测的业务起着决定性作用。随着时代的发展，做好观测数据的质量控制的任务对于台站和各级信息中心而言将成为重要任务。各级台站要明确数据质量控制的具体内容和操作方法，要认清各级别质量控制的范围。在平时的日常工作中，运用不同质量控制检查数据方法，检查出数据的可疑或错误，修改或订正疑误数据，提高观测数据的准确率和可用率。