判別分析法評估紹興地區(qū)區(qū)域站可靠性

陳開高翔

(浙江省大氣探測技術(shù)保障中心，浙江杭州310017)

0 引言

從20世紀90年代末開始，全國各地氣象部門根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀蠓?wù)需求，陸續(xù)開展了區(qū)域氣象觀測站(以下簡稱“區(qū)域站”)組網(wǎng)建設(shè)。截止到2010年底，全國建設(shè)各類區(qū)域站3萬多個，在中小尺度天氣系統(tǒng)的監(jiān)測、預(yù)警、防災(zāi)減災(zāi)和各類專業(yè)氣象服務(wù)中，發(fā)揮了重要的作用。

目前，紹興地區(qū)共建區(qū)域自動氣象站117個，達到每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)有自動氣象站。觀測資料自動以GPRS的方式傳送到市局中心站服務(wù)器上，但由于設(shè)備長年在野外工作，無人值守等種種原因，數(shù)據(jù)的利用價值有待進一步提高。筆者通過對紹興地區(qū)區(qū)域站的資料可靠性評估，為天氣應(yīng)用提供可信性參考，以進一步提高中小尺度天氣系統(tǒng)的預(yù)報準確率和預(yù)警能力，充分發(fā)揮這一現(xiàn)代化建設(shè)成果。

1 調(diào)查評估依據(jù)

本次區(qū)域站評估，主要依據(jù)以下技術(shù)性文件：

(1)《區(qū)域氣象觀測站建設(shè)指導(dǎo)意見(試行)》(氣發(fā)〔2008〕123號文附件)

(2)《地面氣象觀測規(guī)范》(中國氣象局，2003版)

(3)《氣象探測環(huán)境和設(shè)施保護辦法》

(4)《氣象臺(站)防雷技術(shù)規(guī)范(QX4—2000)》

(5)《區(qū)域氣象觀測站網(wǎng)調(diào)查評估方法(試行)》(中國氣象局2009年9月)

2 單站評估標準及方法

2．1 要素類型選取與篩選

可靠性，是指設(shè)備在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。按照《區(qū)域氣象觀測站建設(shè)指導(dǎo)意見(試行)》的要求中對區(qū)域站數(shù)據(jù)缺測率，數(shù)據(jù)野值率，風(fēng)一致性、降水均一性、氣溫均一性，數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量提出的評估技術(shù)標準，同時考慮分析可靠性的數(shù)據(jù)，樣本越隨機，概率統(tǒng)計的偏差會越小，就越接近數(shù)據(jù)的準確值。所以我們選取紹興地區(qū)各市、縣年總值、平均值及年極值作為分析對象。本文選取了年總雨量、平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、最大風(fēng)速、極大風(fēng)速、平均濕度這幾個要素來分析紹興地區(qū)區(qū)域站的可靠性。由于是平均值，缺測率以及數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量成為影響平均數(shù)值的因素。

數(shù)據(jù)來源于浙江省自動站質(zhì)量控制軟件、紹興市區(qū)域站資料應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)。(其中浙江省自動站質(zhì)量控制軟件數(shù)據(jù)與國家氣象局數(shù)據(jù)相同，我們作為標準數(shù)據(jù)，而將紹興市區(qū)域站資料應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)作為參考數(shù)據(jù)。)

2．2 數(shù)據(jù)分析及處理

按照《區(qū)域氣象觀測站建設(shè)指導(dǎo)意見(試行)》的要求以距離最近的國家級氣象站各要素作為統(tǒng)計樣本，如表1—表3所示。

表1 2007年紹興地區(qū)各市、縣要素值匯總

表2 2008年紹興地區(qū)各市、縣要素值匯總

表3 2009年紹興地區(qū)各市、縣要素值匯總

由以上這3組數(shù)據(jù)，我們按照《區(qū)域氣象觀測站網(wǎng)調(diào)查評估方法(試行)》中數(shù)據(jù)野值率統(tǒng)計方法和風(fēng)一致性、降水均一性、氣溫均一性統(tǒng)計方法以距離最近的國家級氣象站各要素為統(tǒng)計樣本建立對應(yīng)的本市可靠性數(shù)據(jù)范圍區(qū)間集。(野值的判別規(guī)定和標準歷史極值：以距離最近的國家級氣象站的歷史極值為準。氣溫：最高(低)氣溫高(低)于歷史極值3℃或以上。降水量：大于歷史極值20%或以上。風(fēng)速：大于歷史極值20%或以上。氣壓：大于歷史極值1 hPa或以上)。

由于選取了年總雨量、平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、最大風(fēng)速、極大風(fēng)速、平均濕度這幾個要素，我們參考區(qū)域站觀測數(shù)據(jù)對野值的判別規(guī)定和標準數(shù)據(jù)處理修正建立了一組簡單直觀的各要素線性范圍數(shù)值區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)的相應(yīng)要素數(shù)值，認為其是正常的，超出這個范圍的，那么我們認為這個數(shù)據(jù)異常，同時以正常要素數(shù)量與應(yīng)評要素的比值計算達標率。

對于某個區(qū)域站來說：

2．3 定性評估分類方法

根據(jù)達標率的高低，將區(qū)域站分為：好、一般、差3個類別。分類標準如下：

(1)好：達標率≥90．0%。

(2)一般：達標率 60．0% ～90．0%。

(3)差：達標率 ＜60．0%。

下面我們以浙江省自動站終端發(fā)布的2007，2008，2009年紹興站各要素表為標準，以紹興市發(fā)布的2007，2008，2009年紹興各站要素表為參考來分析各站要素是否正常，以及達標率。由于新建站數(shù)據(jù)并非全年數(shù)據(jù)，不符合我們的統(tǒng)計標準，所以不在表格統(tǒng)計范圍內(nèi)。表4為要素線性范圍數(shù)值區(qū)間表。

以2007年浙江自動站終端發(fā)布的數(shù)據(jù)為例，我們用星號標注出了年平均偏離要素線性范圍數(shù)值區(qū)間的數(shù)據(jù)(詳表略)。

表4 要素線性范圍數(shù)值區(qū)間

由2007，2008，2009年紹興地區(qū)各區(qū)域站要素表，我們可以得到2007年年平均偏離要素線性范圍數(shù)值區(qū)間的數(shù)據(jù)相對比較多的站以及偏離要素線性范圍數(shù)值區(qū)間的數(shù)據(jù)數(shù)量，這些站的達標率＜60．0%，如表5所示。

表5 統(tǒng)計結(jié)論

從紹興市發(fā)布的2007，2008，2009年紹興各站要素表，以及浙江省自動站終端發(fā)布的2007，2008，2009年紹興站各要素表，可以獲得3 a中幾個非正常要數(shù)值的站，以及3 a來非正常要素值的變化情況。

3 可靠性評估

表格列出了2007—2009年紹興區(qū)域站中，紹興市發(fā)布的2007，2008，2009年紹興各站要素表(表6)、浙江省自動站終端發(fā)布 2007，2008，2009年(表7)和紹興站各要素表(表8)中達標率＜60．0%的站，以及偏離要素線性范圍數(shù)值區(qū)間的數(shù)據(jù)數(shù)量。

2007—2009年年平均偏離要素線性范圍數(shù)值區(qū)間的數(shù)據(jù)相對比較多的站的數(shù)量統(tǒng)計如表9。表10為2007—2009年紹興區(qū)域站偏離要素線性范圍數(shù)值區(qū)間的數(shù)據(jù)要素的總量。

表6 紹興版區(qū)域站統(tǒng)計

表7 浙江版區(qū)域站統(tǒng)計

表8 2007—2009年紹興區(qū)域站達標率≥90．0%的站

表9 兩種版本對比統(tǒng)計結(jié)果

表10 2007—2009年紹興區(qū)域站偏離要素線性范圍數(shù)值區(qū)間的數(shù)據(jù)要素的總量

4 結(jié)語

(1)紹興版和浙江版2007—2009年3 a結(jié)果統(tǒng)計，年平均偏離要素線性范圍數(shù)值區(qū)間的數(shù)據(jù)相對比較多的區(qū)域站大致相同，證明了兩版本的數(shù)據(jù)具有一致性，即紹興版具有一定的可用性。

(2)同時比較兩種終端統(tǒng)計數(shù)據(jù)，紹興版的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)野值率，風(fēng)一致性、降水均一性、氣溫均一性，數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量上明顯低于浙江版，因此標準數(shù)據(jù)的選擇和參考上應(yīng)該以同國家氣象局數(shù)據(jù)的浙江版統(tǒng)計數(shù)據(jù)為準。

(3)表6與表7列出了平均偏離要素線性范圍數(shù)值區(qū)間的數(shù)據(jù)相對比較多的站以及偏離要素線性范圍數(shù)值區(qū)間的數(shù)據(jù)數(shù)量。兩表顯示的站大致相同，這些站的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)野值率，風(fēng)一致性、降水均一性、氣溫均一性，數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量有明顯的偏差，表達標率小于60．0%，利用價值不高。同時對表8平均偏離要素沒有偏離要素線性范圍數(shù)值區(qū)間的數(shù)據(jù)達標率≥90．0%，可納入國家站網(wǎng)管理，實現(xiàn)區(qū)域站分類管理。提高觀測數(shù)據(jù)的利用價值，充分發(fā)揮區(qū)域站網(wǎng)的作用。

(4)2007—2009年3 a間數(shù)據(jù)對比分析后發(fā)現(xiàn)，隨著使用年份的增加，要素偏離值的數(shù)量和區(qū)域站數(shù)均逐漸增加，表10中浙江版區(qū)域站偏離要素線性范圍數(shù)值區(qū)間的數(shù)據(jù)要素的總量以60，73，99顯示增長趨勢。主要原因分析有兩點：一是區(qū)域站設(shè)備隨著時間增長而老化，測量精度發(fā)生變化，由此導(dǎo)致觀測數(shù)據(jù)的不準確;二是隨著城市的發(fā)展，區(qū)域站四周建筑逐漸密集，交通繁忙，一定程度上影響了觀測環(huán)境，對數(shù)據(jù)的準確性帶來一定的影響。

(6)根據(jù)結(jié)語(4)，建議表7中2009年紹興站各要素表達標率＜60．0%區(qū)域站進行調(diào)整，調(diào)整可以分為觀測設(shè)備和觀測環(huán)境兩方面同步進行。檢測觀測設(shè)備，不正常以及老化的進行維修或者更換，以符合觀測要求?？疾靺^(qū)域站周邊觀測環(huán)境，如果不符合觀測要求的，進行整改或者遷站。注意由于正常環(huán)境因素如地形地勢海拔等導(dǎo)致的年平均要素偏離要素線性范圍數(shù)值區(qū)間，予以修正，即認為其是正確、準確的數(shù)據(jù)。

［1］ 中國氣象局．區(qū)域氣象觀測站網(wǎng)調(diào)查評估方法(試行)．2009．

［2］ 中國氣象局．區(qū)域氣象觀測站建設(shè)指導(dǎo)意見(試行)．氣發(fā)〔2008〕123號文附件．

［3］ 中國氣象局．地面氣象觀測規(guī)范［M］．北京：氣象出版社，2003．

［4］ 高曉燕，鄭雪梅．談自動氣象站轉(zhuǎn)軌運行中日數(shù)據(jù)的處理與維護［J］．現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2009(5)：279．

［5］ 李明香，宋長青，姚 文，等．區(qū)域自動氣象站資料報表制作與共享系統(tǒng)［J］．氣象與環(huán)境學(xué)報，2009，25(2)：50-53．

［6］ 蔡玲玲．提高地面遙測站月報表質(zhì)量的對策［J］．廣東氣象，2008，30(2)：62．

［7］ 黎曉紅，王 東，李秀艷．自動氣象站數(shù)據(jù)質(zhì)量控制軟件的應(yīng)用［J］．廣東氣象，2008，30(4)：64．