高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法論文
摘要：指出了高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)在天氣預(yù)報(bào)、氣候分析、氣象服務(wù)、科學(xué)研究等方面作用重大，對(duì)高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制，為使用者提供相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料是新時(shí)代氣象科技發(fā)展的要求。闡述了質(zhì)量控制的內(nèi)涵，分析了影響高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素，探討了高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的方法。
關(guān)鍵詞：高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)；質(zhì)量控制
１引言
氣象數(shù)據(jù)為天氣預(yù)報(bào)、氣候分析、氣象服務(wù)、科學(xué)研究等工作提供重要依據(jù)。在氣象觀測(cè)領(lǐng)域，高空氣象探測(cè)所獲得的第一手?jǐn)?shù)據(jù)，揭示了各類(lèi)天氣現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及其發(fā)生、發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律，因此常規(guī)高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)非常重要。高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)是通過(guò)每天施放無(wú)線電探空儀獲取的，數(shù)據(jù)質(zhì)量受到無(wú)線電探空儀、地理環(huán)境、無(wú)線電干擾、設(shè)備性能和各類(lèi)異常天氣的影響，探測(cè)結(jié)果與真實(shí)情況有一定的差異。隨著氣象科學(xué)事業(yè)的發(fā)展，科技工作者需要更高質(zhì)量的觀測(cè)數(shù)據(jù)。因此，對(duì)高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的質(zhì)量控制，給使用者提供相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料，是高空氣象探測(cè)人員必須思考和研究的課題。
２質(zhì)量控制
質(zhì)量控制是指為了達(dá)到質(zhì)量要求，而采取的作業(yè)技術(shù)和活動(dòng)。具體而言，質(zhì)量控制是為了通過(guò)監(jiān)視質(zhì)量形成過(guò)程，消除質(zhì)量環(huán)上所有階段引起不合格或不滿意效果的因素，以達(dá)到質(zhì)量要求，獲取經(jīng)濟(jì)效益，而采用的各種作業(yè)技術(shù)和活動(dòng)。高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制是指對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行檢查以判斷是否達(dá)到一定要求的過(guò)程，目的是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性檢驗(yàn)，找出缺測(cè)的、錯(cuò)誤的、可疑的數(shù)據(jù)，進(jìn)行標(biāo)記或通過(guò)數(shù)據(jù)內(nèi)差等計(jì)算進(jìn)行修正，確保提供的數(shù)據(jù)符合質(zhì)量要求。［１］原始數(shù)據(jù)的質(zhì)量對(duì)各項(xiàng)氣候統(tǒng)計(jì)結(jié)果的可靠性和正確性產(chǎn)生直接影響，因此，質(zhì)量控制是高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)非常重要的內(nèi)容。一般而言，數(shù)據(jù)質(zhì)量控制有以下兩種方式：一是對(duì)原始探測(cè)數(shù)據(jù)在統(tǒng)計(jì)前進(jìn)行質(zhì)量檢查；二是探測(cè)數(shù)據(jù)在完成信息化后對(duì)其重點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)量控制。高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制分為自動(dòng)和人工兩種，自動(dòng)質(zhì)量控制是根據(jù)溫度、濕度、氣壓等曲線正常趨勢(shì)，刪除明顯錯(cuò)誤值后，通過(guò)最小二乘法多項(xiàng)式曲線擬合進(jìn)行平滑。人工質(zhì)量控制是操作員實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)歷史數(shù)據(jù)資料庫(kù)、數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)等對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，刪除明顯錯(cuò)誤值。
３影響高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素
高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量受儀器精度、觀測(cè)環(huán)境、人為操作的影響［２］，因此，質(zhì)量控制貫穿于整個(gè)觀測(cè)活動(dòng)。目前使用的Ｌ波段高空氣象探測(cè)系統(tǒng)主要由ＧＦＥ（Ｌ）１型二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)、ＧＴＳ１型數(shù)字式電子探空儀和數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。地面設(shè)備包括：ＧＦＥ（Ｌ）１型二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)、ＪＫＺｌ型探空儀檢測(cè)箱、地面氣象要素觀測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)、ＵＰＳ不間斷電源。升空設(shè)備由ＧＴＳ１型數(shù)字式電子探空儀、攜帶探空儀的氫氣球組成。探測(cè)過(guò)程是由氫氣球攜帶探空儀自由升空，測(cè)量３萬(wàn)多ｍ以下高空范圍內(nèi)，不同高度層次的溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速等要素，通過(guò)無(wú)線電方式實(shí)時(shí)發(fā)送到地面的接收設(shè)備。高空氣象探測(cè)整個(gè)工作流程會(huì)因受到無(wú)線電探空儀、無(wú)線電干擾、設(shè)備性能的影響，造成探測(cè)數(shù)據(jù)有偏差。不同的地理環(huán)境，地形、土壤、氣候、水系、礦藏、動(dòng)物、植物以及其他生態(tài)條件等不同，高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)也不同。天氣狀況，晴天、陰雨、雷暴、大風(fēng)等，對(duì)于氣球升空的高度和速度產(chǎn)生影響，探測(cè)儀會(huì)采集到不同的數(shù)據(jù)。高空氣象探測(cè)人員技術(shù)水平及綜合素質(zhì)會(huì)影響探測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，如業(yè)務(wù)人員不熟悉常規(guī)高空氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)規(guī)范［３］，出現(xiàn)重放球和丟球［４］現(xiàn)象，都會(huì)影響數(shù)據(jù)質(zhì)量。
４高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法
高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接影響天氣預(yù)報(bào)、氣候分析、氣象服務(wù)的準(zhǔn)確性。高空氣象探測(cè)主要是Ｌ波段探空系統(tǒng)，觀測(cè)氣象要素為高空溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向和風(fēng)速［１］。因此，本文主要對(duì)這５個(gè)氣象要素所進(jìn)行的質(zhì)量控制進(jìn)行闡述。
�。矗迸c歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析
高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)受到地物、地形、人類(lèi)活動(dòng)、城市熱島效應(yīng)等的影響，隨著探空高度的升高，影響就越小，氣象要素的變化越穩(wěn)定。在短期內(nèi)僅隨天氣系統(tǒng)影響而變化，但從長(zhǎng)期來(lái)看，受季節(jié)變化和氣候變化影響大，不同的季節(jié)各等壓面的高度和溫度都有不同程度的變化，可以將探測(cè)到的數(shù)據(jù)與歷史上相應(yīng)月份的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，當(dāng)超出歷史極值時(shí)進(jìn)行標(biāo)注。
�。矗脖日諝庀笠販y(cè)量極值
由電子探空儀的溫度、氣壓和濕度等傳感器感應(yīng)到的電流、電壓、電阻等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)發(fā)射裝置發(fā)射回地面的雷達(dá)。如探空儀設(shè)備故障或工作不穩(wěn)定、受無(wú)線電干擾等，地面接收的數(shù)據(jù)可能是錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。不同的傳感器，測(cè)量范圍不同，因此，從傳感器性能來(lái)看，氣象要素有一個(gè)測(cè)量的極值。如果接收到的數(shù)據(jù)超過(guò)這個(gè)極值，則該數(shù)據(jù)明顯為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，直接剔除處理。
�。矗硻z查氣象要素?cái)?shù)據(jù)的一致性
高空氣象探測(cè)各個(gè)要素之間存在關(guān)聯(lián)性，而關(guān)聯(lián)性最高的數(shù)據(jù)探空高度與測(cè)風(fēng)高度，兩者存在高度的一致性。對(duì)兩者的高度取差值，尋找該差值的變化規(guī)律。當(dāng)探測(cè)數(shù)據(jù)兩者差異超出預(yù)設(shè)值時(shí)，進(jìn)行預(yù)警提示，檢查分析原因。
�。矗礄z查是否符合
空間變化規(guī)律內(nèi)置溫度、氣壓和濕度感應(yīng)器的探空儀在升空的過(guò)程中，實(shí)時(shí)將氣象要素每１．２ｓ一組發(fā)回地面的接收設(shè)備。氣象要素具有連續(xù)性變化的規(guī)律。每個(gè)等壓面的風(fēng)向和風(fēng)速通過(guò)采集到的仰角、方位角和斜距計(jì)算出來(lái)，而氫氣球升空過(guò)程由于受高空風(fēng)的`作用，并非垂直上升。通過(guò)測(cè)量探空儀每分鐘的仰角、方位角和斜距，可以確定探空儀每分鐘位置的變化情況，而通過(guò)每分鐘位置變化又可以測(cè)算出每個(gè)高度的風(fēng)速和風(fēng)向。仰角、方位角和斜距每秒的變化是在一定的幅度內(nèi)連續(xù)變化的，在近地面高仰角時(shí)，仰角和方位數(shù)據(jù)變化較大，在高空低仰角時(shí)，仰角與方位的數(shù)據(jù)變化較小。如果探測(cè)得到的數(shù)據(jù)不符合變化規(guī)律，則需要進(jìn)行預(yù)警提示。
�。矗翟O(shè)定較寬的時(shí)間檢驗(yàn)范圍
在高空氣象探測(cè)中，無(wú)法做到各高度上連續(xù)獲取探測(cè)數(shù)據(jù)，但是按中國(guó)氣象局高空氣象探測(cè)規(guī)范要求，探空站每天需進(jìn)行兩次探測(cè)，分別是０７時(shí)１５分和１９時(shí)１５分，間隔１２ｈ。因受各種因素影響，在近地面，每次間隔１２小時(shí)的探測(cè)數(shù)據(jù)變化較大，可從時(shí)間的連續(xù)性上，設(shè)定較寬的檢驗(yàn)范圍進(jìn)行比較分析，對(duì)不同等壓面上的數(shù)據(jù)進(jìn)行正確性判斷。
�。矗秾�(duì)特殊記錄的處理方法
對(duì)探空站特殊記錄分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)記錄影響最多的問(wèn)題是由于干擾造成的記錄不完整，以及探測(cè)終止。干擾出現(xiàn)，探空信號(hào)飛點(diǎn)增多，測(cè)風(fēng)觀測(cè)示波器四條亮線變差，出現(xiàn)上下閃動(dòng)，而且測(cè)風(fēng)秒數(shù)據(jù)連線左右擺動(dòng)。嚴(yán)重時(shí)計(jì)算出的風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)異常，甚至無(wú)法使用，造成數(shù)據(jù)缺測(cè)或者測(cè)風(fēng)觀測(cè)終止。干擾可能來(lái)自外來(lái)無(wú)線電信號(hào)、探空儀、雷達(dá)等，處置方法：飛點(diǎn)少，較容易判斷；飛點(diǎn)較多，仔細(xì)的判斷，通過(guò)上下正常記錄點(diǎn)之間連線，檢查中間飛點(diǎn)是否在連線之上，來(lái)進(jìn)行取舍。測(cè)風(fēng)記錄的影響往往在記錄的后期，可根據(jù)實(shí)際情況并結(jié)合前后時(shí)次的記錄，比較分析后進(jìn)行取舍。探測(cè)過(guò)程出現(xiàn)雷達(dá)故障時(shí)，對(duì)探測(cè)接收到數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格檢查，判斷數(shù)據(jù)是否正確。情況嚴(yán)重時(shí)，啟用Ｌ波段備份接收機(jī)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，使用光學(xué)經(jīng)緯儀進(jìn)行測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的觀測(cè)［５］。探空氣球遇到強(qiáng)下沉氣流時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一定程度的下降，在記錄時(shí)要將下沉階段的記錄進(jìn)行刪除處理。刪除時(shí)根據(jù)氣壓的變化情況，做好上下氣壓點(diǎn)之間的銜接。因下沉記錄刪除后將無(wú)法恢復(fù)，需要仔細(xì)進(jìn)行判斷。探空觀測(cè)中因探空儀故障或電池等原因，探空儀的無(wú)線電信號(hào)突然消失。在這種情況下記錄終止。
５結(jié)語(yǔ)
高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)在天氣預(yù)報(bào)、氣候分析、氣象服務(wù)、氣象科研等工作中起重要作用，資料的真實(shí)性、及時(shí)性和可用性及其關(guān)鍵。高空氣象觀測(cè)必須對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行非常嚴(yán)格的質(zhì)量檢查和處理，才能通過(guò)數(shù)據(jù)的分析，揭示出真實(shí)的大氣特征與規(guī)律。高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)多，分析量大，相似性高，需要排除特異點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套質(zhì)量控制軟件，用自動(dòng)化質(zhì)量控制來(lái)代替人工質(zhì)量控制，很有必要。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)質(zhì)量控制可以避免人為原因帶來(lái)的數(shù)據(jù)差異，便于對(duì)高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量可靠性標(biāo)注，并盡可能地保留原始數(shù)據(jù)，為其他工作和研究提供可靠的數(shù)據(jù)。
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