广西地面气象观测站无人值守业务改革成效分析

谢非 华琦孜 梁洪嶂 陈欣

摘 要 广西91个国家级地面气象观测站均已建有双套自动站，采用自动化新技术从根本上提高了大气探测现代化水平，提高了地面观测资料的可靠性，为天气预报、气象信息、气候分析、科学研究和气象服务提供了重要的数据资料。基于此，简要介绍了广西地面气象观测站无人值守业务改革的部分流程、配套的软硬件设施及获得的成效，并以百色探测站的温度要素为例进行分析，得出相关结论进而说明其成效。

关键词 地面气象观测站;无人值守;业务改革;广西

中图分类号：P412.1 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.33.085

地面气象观测资料必须具有代表性、准确性、比较性，但是在实际业务工作中发现，由于观测仪器型号不同导致准确度和分辨力不同，即便仪器设备在相同的运行环境下，主与备之间的记录存在一定的差异，有必要对其差异进行系统性的检测和分析;在设备运行环境异常，或是仪器因为日常维护不到位，其差异表现得更加明显;甚至使用双DZZ5作为一主一备的新建气象站，在使用同型号的仪器设备情况下，其状态和性能也会有所差别。根据桂气测函〔2017〕52号文，应《广西地面气象观测业务无人值守改革工作方案》要求，广西自治区气象技术装备中心完成了《广西台站级观测设备监控系统》研发，使得广西在全国率先开展地面观测无人值守改革。该系统对观测设备运行、观测数据传输和供电系统的监控时限达到“分钟级”，现已对全区所有的国家级地面气象观测站进行相关布设。无人值守运行模式与县级综合业务改革相辅相成，在一定程度上解决了基层台站人少事多的局面，解放了劳动力，使身兼数职的基层台站的人员能腾出更多的精力从事气象事业的其他工作[1-2]。

1 地面气象观测站一体化及无人值守运行模式数据处理流程

地面气象资料一体化业务于2015年7月10日正式运行，并建立了气象资料业务系统（MDOS），实现了观测数据实时滚动质量控制、疑误数据快速处理、台站元数据管理、产品实时滚动生成等功能;于2016年11月1日实现了与CIMISS数据库的无缝集成，使得“台站-省-国家”的数据同步、实时滚动更新。

广西91个国家级地面气象观测站均已建有双套自动站并双机同时运行，依靠“广西台站级观测设备监控系统”“地面气象观测无人值守监控告警平台”以及较为完善的实景监控系统，对设备的运行状态、观测数据的传输状态以及设备供电系统进行分钟级监控。

2 地面观测数据对比

2.1 现用站与备份站的设备情况

2014年1月1日，广西百色国家基本气象站正式启用了DZZ5新型自动站，自动气象站的仪器得以更新，并把CAWS600型自动站作为备份站使用，实现了“一主一备”的运行模式[3-4]。

2.2 分析资料

分析的时间段自2014年1月1日至2017年12月31日，资料的分辨率为逐分钟（异常值经人工筛选剔除）。基于此，仅选取温度要素为例子进行分析。

2.3 分析方法

2.3.1 缺测率

缺测率反映了资料的完整性，从侧面反映了仪器的稳定性和台站的维护能力。

（1）

2.3.2 对比差值与对比差值的平均值

某气象要素第i分钟观测得到的值，新型站该要素的时间序列为Ai，备份站为Bi，则该气象要素的第i分钟的主、备站之间的对比差值为xi，即xi=Bi-Ai，而对比差值的平均值如下。

（2）

2.3.3 标准差值

标准差值σ反映了现用站观测要素值与备份站观测要素值之间偏差的离散程度。

（3）

2.3.4 粗差率

粗差率反映了数据异常值出现的多少，可以很好地反映主用站和备用站观测数据异常的多寡程度，应小于2%。粗差是指主用站与备用站的对比差值与对比差值的平均值之差的绝对值大于3倍标准差值的数据。

计算粗差次数的方法：首先根据全部数据计算标准差值σ，逐个检查对比差值，若有|xi-x|>3σ时，剔除其中一个最大的粗差，重新计算新的标准差，若还有差值|xi-x|>3σ，再剔除其中的一个最大者，重复上述过程，一直到没有数据需要剔除为止。被剔除的个数，即为粗差次数。

（4）

2.4 气温数据对比

取气温数据进行分析，统计了缺测率、对比差值、标准差和粗差率，希望能从多个角度、多个技术指标对新型站和备份站的数据进行对比和分析。通过对气温数据的计算分析，得出表1、表2的结果。

从缺测率来看，按照筛选原则，2014年有效样本数为520 436个（缺测率为0.98%），2015年有效样本数为519 432个（缺测率为1.17%），2016年有效样本数为523 619个（缺测率为0.65%），2017年有效样本数为523 586个（缺测率为0.38%）。缺测率均小于参考值2%，说明台站的资料还是比较完整的，且缺测率基本呈逐年递减状态，2017年的缺测率更是达到了最低，为0.38%，这与设备的性能、台站及时维护的能力密不可分。

从对比差值来看，新型站与备份站在气温这一要素上确实存在一定的差异，2014-2016年对比差值均大于0.2 ℃，超过了参考值（±0.2 ℃）允许范围，差值为正偏差，说明备份站温度高于新型站温度，2017年对比差值最小，为-0.02 ℃，在参考值允许范围内，新型站与备份站气温差值基本持平。由于新型站与备份站仪器型号不同，新型站型号HYA-T，备份站型号HMP45D，设备在性能、测量精度存在较大的差异，导致对比差值大于参考值允许范围的情况较多。

标准差反映了新型站和备份站数据的离散情况。从结果来看，2015年标准差最大（0.30），2017年最小（0.07），除2015年的标准差超过了误差允许范围外，其余3年的均在参考值允许范围内，标准差越小，表明数据更稳定。

粗差率反映了异常值出现的程度。从结果来看，2014年和2016年的粗差率超过了2%，2015年和2017年在参考值允许范围内。这能与本站仪器两年一大检大修很好地对应上，也体现了仪器两年一大检大修的必要性和重要性，能更好地保证气象资料的“三性”。

从总体来分析，无论是缺测率、对比差值、标准差还是粗差率，2017年的气温质量评估都是最好的。这与2017年7月1日广西在全国率先开展地面观测无人值守改革有着密不可分的关系，无人值守改革在观测设备运行状态、观测数据传输状态和供电系统运行状态做到了分钟级的监控，将设备故障、未到报信息和供电状态及时通过短信或电话的形式发送到台站值班员手机上，确保台站值班员能在第一时间处理故障，为气象资料的完整性和准确性提供了强大的技术支撑。

3 结语

通过数据分析结果显示，无人值守业务改革的实施具有一定的成效，在减少业务工作量、解放劳动力的同时，还保证了观测数据的“三性”及质量。在保证观测业务质量的前提下，推进了观测自动化，以增强基层的综合业务能力、提高业务运行保障能力、提升观测数据质量为目标，使地面观测业务发生了质的飞跃，在加快气象现代化建设过程中具有重要的意义。

参考文献：

[1] 覃爱金，陈韦菊，胡祖权.广西地面气象观测站无人值守运行模式探讨[J].气象研究与应用，2017（4）：58-61.

[2] 郭艳梅.三次厄尔尼诺年1—5月份气象要素对比分析[J].农技服务，2017，34（14）：72.

[3] 孟宪群.文安县气象局新站与旧站气象资料对比分析[J].现代农业科技，2017（5）：174-175.

[4] 吳玉川，胡德凤.都江堰气象站CAWS 600S与DZZ5自动气象仪器及其观测数据对比分析[J].安徽农业科学，2016，44（32）：177-178.