气象探测环境调查评估数据审核工具的编制

程伟，邹福玉

（兴安盟气象局，内蒙古 乌兰浩特 137400)

0 引言

气象观测资料必须具有代表性、准确性和连续性，不仅取决于观测仪器、观测方法和观测人员技术水平，更依赖于观测仪器所在的环境状况。气象探测环境调查评估对全面了解气象观测站探测环境现状，进行观测数据的质量控制，加强对气象观测站探测环境的保护与管理，都具有重要的意义。2022 年，中国气象局组织全国地面气象观测站开展了探测环境调查评估，包含：气象台站基本情况、地形、障碍物控制区内障碍物情况、观测场四周500米范围内影响源、观测场四周规定范围内高度大于1米障碍物、观测场四周2 米范围内人为破坏下垫面情况、观测场围栏外2米以内人工护坡、观测场日出方向和日没方向内障碍物最大仰角和相关图像资料等内容，形成了《地面气象观测站探测环境调查评估报告书》（以下简称“评估报告”) 。评估报告数据量大、各工作表间又相互关联，为发现并纠正人工编制过程中出现的差错和疏漏，各省（市、自治区）气象局组织对评估报告进行了集中审核。气象探测环境调查评估数据审核工具（以下简称“审核工具”) 的编制使用为评估报告集中审核提供了支持，减轻了人工检查的工作量，为保证评估报告质量和提高审核工作效率发挥了积极作用。

1 审核范围和工具设计

评估报告由Excel表格编制，除封面、封底外有13个工作表。通过分析气象探测环境调查评估方法和评估报告结构，选取了数据量大、相互有关联的观测场周围20千米范围内土地使用情况、观测场四周可视范围内障碍物仰角数据、观测场四周障碍物控制区内障碍物仰角和斜距数据、观测场四周2 000 米范围内障碍物个体情况等作为自动审核的内容，涵盖了人工录入数据的97%。评估报告自动计算生成的图表和评分不进行检查，气象台站基本情况、观测场四周全景照片等各类图片仍由人工进行检查。

审核工具也使用Excel 表格进行编制，参考评估报告数据填报规定，结合探测环境调查评估工作中常见问题设计了12项检查内容，基本涵盖了评估报告编制工作中可能出现的各类问题。气象探测环境数据直接调用评估报告的数据，能够引用评估报告工作表中的计算公式和数据计算结果的直接引用，以便提高运行速度和减少误差；评估报告中没有的数据自行计算和进行比较判别，通过Excel 表格内置函数的嵌套使用和编辑表达式来实现相应目的。数据调用和计算设置为自动更新，以便于启动审核工具后能够自动读取数据，同时也避免了审核过程中因个别数据的更正对相互关联的其他计算、比较结果准确性的影响。审核结果参照评估报告相应数据表格式输出，利用Excel表格自带的“条件格式”功能设置对有疑误的数据进行突出显示，以便于起到提示作用和方便对照评估报告查找、修正原始数据。

2 探测环境数据审核

2.1 观测场周围20千米范围内土地使用情况审核

评估报告将观测场四周按16个方位划分出了40个区域，每个区域可以录入1～3种土地类型和所占面积比例，表示站址四周不同距离范围内土地使用情况。审核内容主要包括：⑴每个区域录入的土地类型是否有重复；⑵土地面积合计是否为100%；⑶是否存在有土地类型无土地面积或无土地类型有土地面积情况；⑷有无漏填报内容。

使用IF 函数和编辑逻辑表达式对每个区域的土地类型进行比较，如果同一区域土地类型重复出现、有土地类型无占地面积或无土地类型有占地面积，则显示“类型栏有误”，否则不显示。计算每个区域的土地面积合计，如果不等于100%，显示合计值，否则显示数字1。本地人口密度、经济发展水平栏空白提示漏填报。各项显示内容性质、数据处理见表1。

表1 观测场周围土地使用情况审核结果及数据处理

2.2 观测场四周障碍物仰角和斜距数据审核

评估报告“观测场四周可视范围内障碍物仰角记录表”按每2°间隔记录了观测场四周可视范围内地形、植物、建筑物的仰角测量值，用于绘制地形、植物、建（构）筑物仰角图，了解观测场四周实际状况。同时，按照台站障碍物控制区范围，一般气象站填报了“观测场四周800 米范围内障碍物仰角和斜距记录表”、基本气象站填报“观测场四周1 000 米范围内障碍物仰角和斜距记录表”、基准气候站填报“观测场四周2 000米范围内障碍物仰角和斜距记录表”，用于计算障碍物控制区内不符合要求的障碍物的遮挡面积、遮挡方位和日出、日没方向最大仰角。审核内容主要包括：⑴各记录表之间相同方位的障碍物仰角是否存在矛盾；⑵填报的障碍物是否超出了台站障碍物控制区范围；⑶是否存在有障碍物仰角无斜距或无仰角有斜距现象。

编辑公式计算观测场四周可视范围内障碍物仰角与对应方位障碍物控制区内障碍物仰角的差值，差值大于0 在仰角栏显示两者的差值，差值小于0 突出显示两者的差值，差值等于0不显示。障碍物距观测场围栏距离的计算，由于对障碍物进行测量时经纬仪架设在了25 米（东西向）×25 米（南北向）观测场的中心，首先按照障碍物所在方位计算出经纬仪距离围栏的距离，然后再用三角函数和障碍物仰角、斜距计算出障碍物距围栏的距离。如果障碍物距围栏的距离大于台站障碍物控制区范围，在斜距栏显示斜距值，否则不显示。某方位有障碍物仰角无斜距或无仰角有斜距显示“#VALUE!”。各项显示内容性质、数据处理见表2。

2.3 观测场四周2 000米范围内障碍物个体数据审核

评估报告“观测场四周2 000 米范围内障碍物登记表”填报了观测场四周2 000米范围内，距高比＜10的所有障碍物（建（构）筑物、植物和自然地形）个体情况，包括障碍物名称、开始方位、终止方位、最高点方位及仰角、斜距等内容。审核内容主要包括：⑴障碍物个体的开始方位、终止方位和最高点方位之间是否存在矛盾；⑵障碍物录入的先后顺序是否正确；⑶是否录入了距高比大于10或距离观测场围栏大于2 000米的障碍物；⑷人工录入的障碍物个体最大仰角、所在方位和斜距与台站障碍物控制区内的障碍物仰角和斜距数据是否矛盾；⑸障碍物个体是否有前后重叠。

此项审核严格讲应该使用观测场四周2 000米范围内障碍物仰角和斜距数据进行对比，而评估报告中只有基准气候站和个别一般气象站、基本气象站填报了“观测场四周2 000 米范围内障碍物仰角和斜距记录表”，大部分一般气象站和基本气象站仅按要求按照各自障碍物控制区范围填报了“观测场四周800米范围内障碍物仰角和斜距记录表”或“观测场四周1 000米范围内障碍物仰角和斜距记录表”，数据没有完全覆盖观测场四周2 000 米范围内的全部障碍物。为此，作者分析了31份一般气象站和基本气象站评估报告样本，发现其所填报的距高比小于10 的障碍物98.9%集中在各台站障碍物控制区范围之内，仅个别障碍物超过了800米或1 000米距离，使用台站障碍物控制区内的障碍物仰角和斜距数据对障碍物个体数据进行审核仍具有一定意义。因此，此项审核优先使用“观测场四周2 000 米范围内障碍物仰角和斜距记录表”数据，未填报此表的一般气象站和基本气象站使用本站障碍物控制区内障碍物仰角和斜距记录表数据，对于个别超出障碍物控制区范围的障碍物个体不进行检查。此项审核的实现除了使用IF 函数对相关数据进行比较，还使用INDIRECT、ADDRESS、MATCH、COLUMN、LARGE等函数完成了复杂的数据定位、字符提取转换、挑取最大值等计算。观测场四周障碍物个体数据审核流程如图1所示。

图1 观测场四周障碍物个体数据审核流程图

审核结果由两个表格给出，表格上部同时显示观测站的区站号、台站类别和数据处理方法说明。左侧表格显示台站人工填报的障碍物名称、所在方位、视宽度角、最高点方位、仰角和斜距以及数据矛盾检查结果，相邻两个障碍物个体录入顺序有误时显示“顺序错”；障碍物开始方位、终止方位和最高点方位之间无矛盾显示相关数值，有矛盾显示“方位错”。距高比大于10 在“距离、距高比检查”栏显示距高比数值，障碍物距离观测场围栏大于2 000米的显示“>2 000”，否则不显示。

右侧表格显示依据障碍物名称自动识别的障碍物类别、自动挑取的障碍物最大仰角、所在方位、对应斜距以及与人工填报数据矛盾检查结果。由于障碍物的名称千差万别，为避免障碍物类别自动识别错误需要对照检查确认，如果识别有误通过修改障碍物名称使其准确识别。人工填报的障碍物个体最高点相关数据与审核工具挑取的数据不一致时，分别在方位比较、仰角比较、斜距比较栏显示“？”，否则不显示。相邻两个障碍物个体所在方位有重叠时，在备注栏提示“与下一障碍物有重叠”；如果录入的障碍物个体超出了审核工具使用数据的范围，在备注栏提示“超出审核范围”。各项显示内容性质、数据处理见表3。

表3 观测场四周障碍物个体数据审核结果及数据处理

3 障碍物距高比计算

这是审核工具的辅助功能。评估报告中台站障碍物控制区内障碍物仰角和斜距记录表只给出了每2°间隔的各方位障碍物最小距高比，无法区分出地形、植物和建筑的距高比分别是多少。为了能够快速、准确确定哪些方位、哪类障碍物的距高比小于10，方便台站填报“观测场四周2 000 米范围内障碍物登记表”和集中审核时检查是否有明显漏填报障碍物现象，审核工具分别计算给出了台站障碍物控制区内每2°间隔各方位地形、植物和建筑的距高比。距高比计算引用评估报告中的公式，距高比大于100（无障碍物）不显示，大于10、小于100 用显示距高比值，小于10用突出显示距高比值。

4 总结

气象探测环境调查评估数据审核工具通过Excel表格内置函数的嵌套使用和编辑表达式完成了数据提取、计算和矛盾判断，实现了对评估报告书主要环境数据的自动审核，涵盖了人工录入数据的97%。总结了12项检查内容，基本涵盖了探测环境调查评估工作中可能出现的各类问题，并对应给出了数据处理方案。审核工具检查结果展现方式直观，对有疑误的数据进行突出显示便于起到提示作用，结合人工分析处理能够快速完成对评估报告的审核修改。审核工具首先在内蒙古自治区兴安盟气象局所属台站气象探测环境调查评估工作中进行了试用，经完善后在各省（市、自治区）集中审核工作中进行了应用，减轻了人工检查的工作量，提高了集中审核工作效率，为保证气象探测环境调查评估工作进度和数据质量发挥了积极作用。