通信論文發表期刊推薦《中國新通信》，雜志是由工業和信息化部主管，電子工業出版社主辦，《中國新通信》雜志社編輯出版的信息通信技術專業期刊，原《中國數據通信》（月刊）。自 1999年創刊以來，受到了廣大讀者和作者的關心和支持，2005年被科學技術協會評為優秀期刊，于2006年1月改名為《中國新通信》。

　　摘要：在觀測臺站根據正點要素的特點，利用氣候極值范圍檢查、內部一致性檢查、時間一致性檢查、對自動氣象站的正點資料進行質量控制。本文以單站質量控制為例,闡述了自動氣象站的觀測資料的四層質量控制流程,并對誤差類型進行了簡單的歸類。

　　關鍵詞：自動氣象站,質量控制,檢驗方法,誤差

　　自動氣象站數據質量控制主要根據氣象學、天氣學、氣候學原理，以氣象要素的時間、空間變化規律和各要素間相互聯系的規律為線索，分析氣象資料是否合理。質量檢查的主要目的是檢測數據的有效性，并做到對錯誤資料及時糾正。氣象觀測資料質量控制的重要性已經為所有使用氣象資料的科學家所公認。氣象觀測資料是氣象業務和氣象研究的基礎資源，各種數據序列的質量直接影響著氣象業務和氣象研究的應用效果、準確性和可靠性。

　　1．觀測臺站誤差類型

　　觀測臺站氣象數據誤差主要有3種：1）粗大誤差：主要由自動站觀測儀器異常及在數據編碼、處理、傳輸、存儲及解碼等業務流程中產生的誤差；2）隨機誤差：在相同條件下對同一被測量進行多次測量，由于受到大量微小隨機因素影響，測量誤差大小和符號沒有一定規律，且無法估計，即為隨機誤差。隨機誤差是無法避免的，其總體服從正態分布。3）微氣象誤差：由小尺度天氣系統擾動引起，由于觀測系統時空分辨率原因，這些天氣系統一般不會被完全觀測到，但當觀測到這種天氣系統時，其觀測數據就可能誤判為異常數據。

　　2．基本的質量控制流程

　　自動站觀測資料的有效性檢驗應該出現在數據進入業務應用之前。基本的質量控制主要設計成消除異常的錯誤信息,從而保存有效地傳感信息。在現代化的數據自動數據采集系統,根據測量數據的高采樣率和可能產生的噪音,需要系統檢查樣本數據和即時數據（一般指一分鐘數據）。基本質量控制應該貫穿于整個原數據進入到氣象應用的每個階段。質量控制的范圍在很大程度上依賴于自動站自身的探測范圍和能力。在完成以上質量控制后,自動氣象站將測量值傳輸到計算機主站。在計算機地面自動氣象站業務系統軟件中,還將開展進一步的質量控制,根據本站的長期氣候資料統計值,在業務軟件中設定氣候觀測閾值,如果測量值超過氣候閾值,則標定為可疑值。根據質量控制的一般規律,質量控制可以分為4層（圖1）。

　　第一層:主要是由觀測站點的各項要素決定,包括站點海拔高度、儀器的安裝、數據收集和傳輸系統、質量控制方法以及自我診斷系統。

　　第二層:通過實時監測系統執行在線實時數據檢查,包括觀測值范圍和極值檢測、內部一致性檢查、時間連續性檢查。

　　第三層:非實時質量控制,主要執行在實時質量控制之后,主要指與周邊站點進行比較的空間連續性檢查,可以使用統計分析和內插方法進行質量控制檢驗。

　　第四層:人工質量控制。人工質量控制其實出現在質量控制的各個層面,在各個層進行人工檢驗之后,最終由人工檢查在前面幾層所出現的可疑值。

　　圖1質量控制流程圖

　　3．數據質量控制方法

　　在質量控制的各個層面,排除自動站本身所造成誤差,一般質量控制檢驗主要可分為:時間連續性檢驗、空間連續性檢驗、氣候極值檢驗、內部一致性檢驗、時間一致性檢驗等。通過這些檢驗,從而使觀察數據達到可使用的目的。

　　3.1時間連續性檢驗方法

　　目的是檢驗觀測值的時間變化率,剔除不真實的跳躍值。這種檢查最適合高時間分辨率的連續觀測檢驗,根據采樣率,通過檢查相鄰樣本之間的相關性,確定當前樣本的真實性。在每一次測量完畢,當前的樣本應該與前一個樣本進行比較。假如兩個樣本的差值超過指定的限制,可以標注當前樣本缺失,而不進入所有樣本值的平均計算。

　　3.2空間連續性檢驗方法

　　在一定的空間范圍通過各種方法估算期望值。空間檢驗主要是與鄰近站點的觀測值比較,也可以通過多個不同站點觀測值之間的插值進行統計分析。該檢驗包含某個單站同一時間的單個參數值,也可包括某個時間序列的多個觀測值。目前使用較多的空間一致性分析方法有空間插值方法、空間回歸檢驗法等。利用鄰近氣象站按四方位進行分組,然后將被檢站的氣象資料與各組分別進行比較分析,并根據大氣規律進行判斷。在冷空氣或雷暴等天氣系統影響下,當氣象資料的水平分布出現明顯的不連續現象時,使用該方法可以降低誤檢率。

　　空間一直性檢驗方法一般是假設被檢站與鄰近站處于同一天氣系統中。但事實上,由于中小尺度天氣的影響,經常會造成某一個站在某一時刻可能與鄰近站不受同一天氣系統影響,導致觀測結果出現較大的差異。所以在實際業務中,對于相鄰站點觀測值所出現的較大差異,一方面要根據歷史氣候資料和地形特點,檢驗觀測資料的可用性和真實性;另外一方面,要結合觀測時候的天氣形勢,判斷誤差是否是由于中小尺度天氣系統造成的。在日常的業務工作中,各個觀測要素均有可能由于天氣系統的原因造成較大的誤差。對于溫度、風向風速等要素,可以通過檢驗天氣形勢。

　　3.3氣候極值范圍檢驗方法

　　氣象資料進行氣候極值檢查前一般要經過界限和要素允許值范圍檢查，考慮到正點資料時效性，將氣候極值檢查和界限值結合在一起進行，即氣候極值范圍檢查。

　　3.4內部一致性檢驗方法

　　在進行單個氣象要素觀測質量控制的基礎上,可以根據氣象要素之間的邏輯關系進行內部一致性檢查,確認測量值的合理性。該檢驗一般包括某個單站所觀測的2個或更多不同參數的邏輯關系比較。例如假如地面溫度超過10℃,而當時的天氣現象為下雪,可以肯定溫度觀測值是錯誤的。

　　3.5時間一致性檢驗方法

　　觀測要素中的有些數據與時間具有良好的一致性，將此類數據與其時間上前、后的測值相比較，來判斷其數據是否發生異常。要素時間變化檢查主要是根據要素在某一時段內可能變化范圍判斷該要素值質量。通過對臺站歷史資料分析，建立各要素1h時變檢查上下界值如表1,對數據進行1h要素時間變化檢查,設置相應質量控制碼。

　　表1各要素1h時變檢查上下界值

　　4．結束語

　　本文初步分析了自動站資料可能的誤差原因,并在此基礎上介紹了一個基本的四層質量控制流程。在觀測資料質量控制的各個層面,排除自動站本身所造成誤差,一般質量控制檢驗主要可分為:時間連續性檢驗、空間連續性檢驗、氣候極值檢驗、內部一致性檢驗、時間一致性檢驗。通過對各種檢驗的分析可知:質量控制應該貫穿在整個數據采集到可用的氣象參數等整個過程。在數據轉換過程,應盡可能減少由于轉換過程或者計算本身所造成的誤差。各種質量控制檢驗方法應互為補充,并貫穿在整個四層質量控制流程是提高質量控制標準的關鍵。

　　參考文獻：

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