内蒙古自动气象站观测要素缺测原因分析

杨明华 郭海平

摘 要：在自动气象站长时间监控过程中发现大量观测要素缺测，且2016年以来呈现增加趋势，为了查找观测要素缺测原因，本文通过分类描述统计和相关统计分析方法对2012—2018年内蒙古ASOM平台上国家自动气象站观测要素缺测进行统计分析。结果表明：国家自动气象站设备故障是导致观测要素缺测的主要影响因素，电磁干扰及设备运行不稳定为次要影响因素；DZZ4型自动气象站设备故障率较低，但其抗电磁干扰能力及运行稳定性较弱，DZZ5型自动气象站故障率相对较高，但抗电磁干扰能力及运行稳定性较强。

关键词：国家自动气象站；观测要素缺测；影响因素；分类描述统计分析；相关统计分析

中图分类号：S163+.7 文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190515057

引言

自动气象站是地面气象观测网络的主要组成部分。自动气象站运行过程中，经常出现单個观测要素缺测或多个观测要素同时缺测现象，一定程度上影响了自动气象站观测数据质量。目前，国内针对某种或某时次观测要素变化特征[1]和数据异常处理方法已有大量研究，但对多站点、长时间序列自动气象站观测要素缺测原因分析较少。本文对ASOM（运行监控业务系统）2012—2018年119个自动气象站1001个时次观测要素缺测数据进行了统计，并分析得出内蒙古自动气象站观测要素缺测主要原因。

1 观测要素缺测数据的统计分析

本文针对自动气象站观测要素缺测的无序资料，运用描述统计和相关分析方法进行了数据集中趋势、影响因子和相关特性分析。

1.1 影响因素的相关分析

本文整理了近7a内蒙古自动气象站观测要素缺测数据，发现自动气象站观测要素缺测影响因子主要包括设备故障、电磁干扰及观测设备运行不稳定、降水影响和业务调整，并对上述影响因子出现频次进行了统计（如图1）。结果表明：2012年自动气象站观测要素缺测较多、2013—2015年观测要素缺测较少，但2015年前观测要素缺测主要由设备故障所致；2016年起，观测要素缺测频次显著上升，主要原因集中在设备故障、电磁干扰及设备运行不稳定方面。

统计学中，协方差、相关系数的计算公式为：

协方差：covX，Y=∑ni=1Xi-X-Yi-Y-n-1

相关系数： ρXY=covX，Y ∑Xi-X-2n-1 ∑Yi-Y-2n-1

其中：X和Y为2个变量，X-和Y-是X和Y的平均值，n为变量值的数量。本文，利用协方差和相关系数2个指标统计分析了自动气象站观测要素缺测与各影响因子之间关系。将观测要素缺测量设定为变量Y，将设备故障影响量、电磁干扰及不稳定影响量、降水影响量、业务调整量设定为变量Xi。计算变量X1、X2、X3、X4与变量Y的协方差和相关系数如表1所示。

表1中，协方差值均为正，表明设备故障、电磁干扰及设备运行不稳定、降水和业务调整影响因子的变化趋势均与观测要素缺测量变化趋势正相关。从相关系数值（ρ）来看，设备故障影响量与观测要素缺测量的相关系数最大（0.94），相关性最强；电磁干扰及不稳定影响量和降水影响量与观测要素缺测量的相关系数次之，相关性较强；业务调整数据量与观测要素缺测累计量的相关系数非常小（0.07），可以忽略不计。

1.2 缺测要素分类统计分析

在整理近7a内蒙古自动气象站观测要素缺测数据过程中，发现观测要素缺测主要集中在地温、风向风速、小时降水量、气压等要素部分或全部缺测，且观测要素缺测量在秋冬季节明显增加，这与风向风速、气压、降水要素缺测量突增有关。同时，设备故障为主要影响因子，电磁干扰及设备运行不稳定为次要影响因子。

1.3 设备性能分析

内蒙古国家自动气象站主要使用中国华云技术开发公司DZZ5型设备和江苏省无线电科学研究所有限公司DZZ4型设备。其中，DZZ4型设备使用比率为12.6%，DZZ5型设备使用比率为87.4%。本文对2种型号自动气象站设备故障比率、故障影响数据比率、干扰及设备运行不稳定影响数据比率进行了计算（结果如图2），计算公式如下。 故障比率=硬件故障次数+软件故障次数故障总次数×100%

故障影响数据比率=硬件故障影响数据量+软件故障影响数据量故障影响数据总量×100%

干扰及设备运行不稳定影响数据比率=单一型号设备干扰及设备运行不稳定影响数据量干扰及设备运行不稳定影响数据总量×100%

从图3可以得出：DZZ4型设备故障比率、故障影响数据比率均低于设备使用比率，表明DZZ4型设备故障率较低，干扰及设备运行不稳定影响数据比率高于设备使用比率、故障比率和故障影响数据，表明该型号设备稳定性相对较差，抗干扰能力及运行稳定性较弱；DZZ5型设备故障比率、故障影响数据比率均高于设备使用比率，表明DZZ5型设备故障率较高，干扰及设备运行不稳定影响数据比率低于设备使用比率、故障比率和故障影响数据，表明该型号设备稳定性较好，抗干扰能力及运行稳定性较强。

2 结论

内蒙古自动气象站观测要素缺测主要表现为风向风速、气压、地温、降水5个观测要素单要素或多要素缺测，主要原因为设备故障和电磁干扰造成的设备运行不稳定所致。每年的9—12月内蒙古自动气象站观测要素缺测多发，主要原因为秋冬季气压传感器和称重降水传感器故障较多。同时，通过对比分析得出DZZ4型设备故障率较低，抗干扰能力及运行稳定性较弱；DZZ5型设备故障率较高，抗干扰能力及运行稳定性较强。

3 结束语

本文的研究结果表明自动气象站观测要素缺测与设备运行状况密切相关，提高设备保障维修技术能力，降低设备平均故障维修时间和平均故障持续时间是减少观测要素缺测的有效途径，同时还应加强自动气象站运行状况监控。

参考文献

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