地面气象观测数据异常的分析与处理

郁雪文 侯苏玲 邢苏丹

摘 要 针对地面气象观测中出现的气温等极值挑选错误、蒸发、降水、能见度数据异常等问题进行分析，提出了地面气象观测常见数据异常的处理方法，供观测业务值班人员参考。

关键词 数据异常；蒸发；降水；能见度

中图分类号：P412.1 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.29.077

地面气象观测是一项十分严谨的工作，对环境、仪器以及业务软件自动化水平的要求很高。随着地面综合观测业务软件（以下简称ISOS软件）的不断升级改进，仪器设备的不断更新换代，观测业务自动化程度也越来越高[1]。由于环境因素的影响、观测仪器设备的智能化水平受限以及ISOS观测业务软件尚存在可改进和提升的空间。在地面观测业务值班过程中，不可避免地会遇到外界环境影响、仪器故障以及ISOS软件BUG等引起观测数据异常的问题，因此，观测数据还需要进行人工质控[2]。基于此，针对地面气象观测业务值班过程中常见的温度等极值挑选错误、蒸发、降水以及能见度数据异常等问题进行分析，并提出了地面气象观测常见数据异常的处理方法，供观测业务值班人员参考。

1 地面气象观测常见数据异常的情况

由于新型自动站的仪器设备都是安装在户外，长年的风吹日晒，加上极端恶劣天气、自然界的昆虫、仪器故障以及ISOS软件本身存在BUG等因素影响。观测业务值班过程中也经常会遇到不同的问题，常见数据异常的情况有以下4种。

1）ISOS软件本身存在BUG造成数据异常。①由于温度、相对湿度、气压、草温、地温极值及时间有质控要求，最小应该变化的速率系统默认设置均为1.0，ISOS软件经常会出现极值及时间挑取错误的问题。②夜间栏天气现象符号手动输入相应数字时容易出现逗号缺失，会影响日数据，省局MDOS经常会因此而下发反馈信息，例如夜间栏中天气现象电码人工输入（10，60，）时后面的“，”容易被误删除。③视程障碍现象。某一时段内出现雾的最小能见度数值有两个都是一样时，如雾

1002-1208[350] 1951[350]，目前ISOS软件不会自动删除，定时观测时次如不删除其中一个软件无法保存。

2）蒸发水位过低或过高、强降水、仪器故障等容易引起蒸发异常，常见的有两种。①小时累计蒸发量超过1.0可判断为异常偏大。②正点一小时内持续降水且湿度较大且风不大的情况下，小时累计蒸发量超0.3或以上可判断为异常偏大。

3）降水现象停止后，仍有降水量，传感器翻斗会出现滞后现象（其量一般为0.1 mm、0.2 mm、0.3 mm，且滞后时间不超过2 h），有时还会出现降水野值，即无降水现象出现降水量的情况。

4）由于能见度分钟跳变，会影响到10 min的滑动平均值，ISOS软件中的10 min最小能见度、CW、最小能见度值等可能会受影响，且会出现视程障碍判断出错的情况。

2 地面气象观测常见数据异常的处理方法

2.1 ISOS软件异常分析与处理

由于地面气象自动观测过程中会出现一小时内气温、地温、相对湿度等不变的情况，如该数值持续出现在下个时次时，采集软件会把该数值自动识别为可疑数据，在最高值和最低值以及出现的时间上就会出现挑选出错的情况。且夜间出现错误的频率较高，白天偶尔也会出现，给观测值班人员增加了许多工作负担。解决方法主要有两种。

1）对质量控制参数进行修改设置。①读取或设置各要素质量控制参数（QCPM）。气温极值的下限为-75 ℃，

上限为80 ℃，存疑的变化速率为3 ℃，错误的变化速率5 ℃，当最小应该变化的速率系统默认值为1.0 ℃。②读取气温质量控制参数，键入命令为：QCPM T1。

③查看最小应该变化的速率值，如为1.0则易出现最高、最低值及出现时间挑取错误的情况，将最小应该变化的速率设为0.0，则键入命令为：

QCPM T1 -75.0 80.0 3.0 5.0 0.0

返回值为T时表示设置成功。

相对湿度、气压、草温、地温等参数修改同气温。

2）对ISOS软件的代码进行修改完善。对最小应该变化的速率可疑的数据，按值的大小选取。针对夜间栏天气现象符号手动输入数字时易出现逗号缺失以及视程障礙现象某一时段内出现雾的最小能见度数值有两个都是一样的问题，可对ISOS软件的代码进行优化，在夜间栏天气现象手工输入保存时弹窗提醒，软件可自动补齐或删除多余的逗号，当能见度出现两个相同值时软件可自动判断并删除[3]。

2.2 蒸发数据异常分析与处理

一般来说，晴天、高温、干燥、气压较小、风速较大的情况下，蒸发量较大；阴天、连续降水、低温、有雾或相对湿度大、气压较高、风速较小时，蒸发量较小；判断蒸发是否异常的可以参考周边台站、前一天的总蒸发量以及天气现象来综合判断数据是否异常，具体处理方法如下。

1）天气晴好稳定，蒸发量日合计正常，一日中在连续数小时蒸发量0.0 mm后出现1 h蒸发量超过1.0 mm跳变的，连续降水、相对湿度很大时，小时蒸发量大于

0.4 mm的，均按0处理。

2）因降水（蒸发桶溢流等）或维护导致小时蒸发量异常，则按0处理。

3）设备故障时，若备份自动站记录正常，小时蒸发量用备份自动站记录代替。无备份自动站时，若只缺测

1 h，该时次内插处理；若连续缺测2 h及以上，相应时次作缺测处理。

4）设备故障短期无法修复时，应及时恢复人工观测，蒸发降水量用自动（人工）降水记录代替。

5）自动蒸发日合计缺测用人工观测的日蒸发量代替时，把日蒸发量记录在19：00—20：00。

因此，要做好蒸发的日常维护工作，保持蒸发器内的水质清洁；保证蒸发器桶内、外围水圈水位尽量一致，以减少溅水对蒸发的影响；蒸发的加水、取水尽量避开正点、避开强降水，一小时内用尽可能短的时间完成取水、清洗、注水、调整水位；清洗工作尽量选在上午气温较低或阴天蒸发较小的时候进行[4]。

2.3 降水数据异常分析与处理

1）若无降水现象，因其他原因（昆虫、风、沙尘、树叶、人工调试等）或自动站故障造成多余记录时，应删除该时段内的全部分钟和小时降水量并在值班日记中说明。

2）降水现象停止后，仍有降水量，若能判断为滞后（量一般为0.1 mm、0.2 mm、0.3 mm，且滞后时间不超过2 h），可将该量累加到降水停止的那分钟和小时时段内，否则将该量删除。夜间（20：00—8：00）能够判断为滞后降水的，按前述处理；无法判断的，按正常处理。如降水结束时间为16：40，17：02有0.2 mm的滞后降水，ISOS软件中将1 h降水量重新统计16：40的位置输入“2”，17：00先发一份更正报，再将17：02有0.2 mm的滞后降水删除，18：00再发一份更正报。如顺序相反则会影响6小时以及日数据中的降水量合计。

3）称重式雨量传感器在降水过程中，伴随有沙尘、树叶等杂物时，按正常降水记录处理；液态降水溢出或固态降水堆至口沿以上，或降水过程中取水，该时段降水按缺测处理。

4）称重式雨量传感器承水口内沿堆有积雪或雨凇时，应及时清理到收集容器内。由此产生的异常数据，若能判断降水结束时间的，加入到降水结束的时次，该时次降水时段内的分钟数据按缺测处理；不能判断降水结束时间的，加入到有降水量的最后一个时次，该时次内分钟数据按缺测处理[5]。

2.4 能见度数据异常分析与处理

造成能见度数据异常的情况通常有：仪器设备电源、通信故障；环境因素影响，如蜘蛛、虫子等；镜头脏污；强降水引起数据异常跳变。能见度数据异常会影响10 min最小能见度、CW、最小能见度值，且会出现视程障碍判断出错的情况。能见度数据异常处理方法如下。

1）由于降水现象影响，人工观测能见度小于10.0 km，不必加记视程障碍现象；由于降水现象影响，自动观测能见度小于7.5 km，对误判的视程障碍现象，应在定时观测时次进行删除。

2）当能见度设备故障或数据异常，非定时观测时次的正点数据中所有能见度数据均按缺测处理；定时观测时次进行人工补测，人工观测值存入长Z文件CW段能见度和VV段10 min平均能见度，其他VV段自动能见度数据按缺测处理；A文件中使用人工观测值。

3）能见度自动记录缺测时不做内插处理，不用正点前后10 min接近正点的记录代替。

4）能见度自动观测的台站，当视程障碍现象自动判识出现明显错误时，仅对定时时次的天气现象记录进行人工订正，能见度记录仍以自动观测为准，允许自动能见度记录与该类天气现象不匹配。

3 结语

地面观测业务值班过程中经常会遇到一些數据异常的情况，观测业务人员应根据遇到的实际问题，参照业务规定及实际情况，结合天气现象进行综合判定，及时正确的处理，确保地面气象观测数据的真实性、完整性、准确性。

参考文献：

[1] 邢芝芳.浅析新型自动站异常数据记录处理方法[A].第33届中国气象学会年会S20气象信息化——业务实践与技术应用[C].2016.

[2] 文强，张兴云，孙松，等.正点地面观测数据维护中数据异常的分析处理[J].气象科技，2013，41（3）：484-489.

[3] 王淑，王行松，张振顺.ISOS软件使用中常见问题与处理方法[J].科技创新与生产力，2016（6）：73-74.

[4] 葛庆云，夏志芬，袁学所，等.ISOS软件正点观测异常数据的处理方法[J].安徽农学通报，2017，23（8）：160-162.

[5] 中国气象局综合观测司.观测司关于印发《地面气象观测业务技术规定（2016版）》的通知[Z].北京：中国气象局，2016

（责任编辑：刘昀）