地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)異常的分析與處理

郁雪文 侯蘇玲 邢蘇丹

摘 要 針對(duì)地面氣象觀測(cè)中出現(xiàn)的氣溫等極值挑選錯(cuò)誤、蒸發(fā)、降水、能見度數(shù)據(jù)異常等問題進(jìn)行分析，提出了地面氣象觀測(cè)常見數(shù)據(jù)異常的處理方法，供觀測(cè)業(yè)務(wù)值班人員參考。

關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)異常；蒸發(fā)；降水；能見度

中圖分類號(hào)：P412.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.29.077

地面氣象觀測(cè)是一項(xiàng)十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ?，?duì)環(huán)境、儀器以及業(yè)務(wù)軟件自動(dòng)化水平的要求很高。隨著地面綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)軟件（以下簡(jiǎn)稱ISOS軟件）的不斷升級(jí)改進(jìn)，儀器設(shè)備的不斷更新?lián)Q代，觀測(cè)業(yè)務(wù)自動(dòng)化程度也越來(lái)越高[1]。由于環(huán)境因素的影響、觀測(cè)儀器設(shè)備的智能化水平受限以及ISOS觀測(cè)業(yè)務(wù)軟件尚存在可改進(jìn)和提升的空間。在地面觀測(cè)業(yè)務(wù)值班過(guò)程中，不可避免地會(huì)遇到外界環(huán)境影響、儀器故障以及ISOS軟件BUG等引起觀測(cè)數(shù)據(jù)異常的問題，因此，觀測(cè)數(shù)據(jù)還需要進(jìn)行人工質(zhì)控[2]?；诖?，針對(duì)地面氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)值班過(guò)程中常見的溫度等極值挑選錯(cuò)誤、蒸發(fā)、降水以及能見度數(shù)據(jù)異常等問題進(jìn)行分析，并提出了地面氣象觀測(cè)常見數(shù)據(jù)異常的處理方法，供觀測(cè)業(yè)務(wù)值班人員參考。

1 地面氣象觀測(cè)常見數(shù)據(jù)異常的情況

由于新型自動(dòng)站的儀器設(shè)備都是安裝在戶外，長(zhǎng)年的風(fēng)吹日曬，加上極端惡劣天氣、自然界的昆蟲、儀器故障以及ISOS軟件本身存在BUG等因素影響。觀測(cè)業(yè)務(wù)值班過(guò)程中也經(jīng)常會(huì)遇到不同的問題，常見數(shù)據(jù)異常的情況有以下4種。

1）ISOS軟件本身存在BUG造成數(shù)據(jù)異常。①由于溫度、相對(duì)濕度、氣壓、草溫、地溫極值及時(shí)間有質(zhì)控要求，最小應(yīng)該變化的速率系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置均為1.0，ISOS軟件經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)極值及時(shí)間挑取錯(cuò)誤的問題。②夜間欄天氣現(xiàn)象符號(hào)手動(dòng)輸入相應(yīng)數(shù)字時(shí)容易出現(xiàn)逗號(hào)缺失，會(huì)影響日數(shù)據(jù)，省局MDOS經(jīng)常會(huì)因此而下發(fā)反饋信息，例如夜間欄中天氣現(xiàn)象電碼人工輸入（10，60，）時(shí)后面的“，”容易被誤刪除。③視程障礙現(xiàn)象。某一時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)霧的最小能見度數(shù)值有兩個(gè)都是一樣時(shí)，如霧

1002-1208[350] 1951[350]，目前ISOS軟件不會(huì)自動(dòng)刪除，定時(shí)觀測(cè)時(shí)次如不刪除其中一個(gè)軟件無(wú)法保存。

2）蒸發(fā)水位過(guò)低或過(guò)高、強(qiáng)降水、儀器故障等容易引起蒸發(fā)異常，常見的有兩種。①小時(shí)累計(jì)蒸發(fā)量超過(guò)1.0可判斷為異常偏大。②正點(diǎn)一小時(shí)內(nèi)持續(xù)降水且濕度較大且風(fēng)不大的情況下，小時(shí)累計(jì)蒸發(fā)量超0.3或以上可判斷為異常偏大。

3）降水現(xiàn)象停止后，仍有降水量，傳感器翻斗會(huì)出現(xiàn)滯后現(xiàn)象（其量一般為0.1 mm、0.2 mm、0.3 mm，且滯后時(shí)間不超過(guò)2 h），有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)降水野值，即無(wú)降水現(xiàn)象出現(xiàn)降水量的情況。

4）由于能見度分鐘跳變，會(huì)影響到10 min的滑動(dòng)平均值，ISOS軟件中的10 min最小能見度、CW、最小能見度值等可能會(huì)受影響，且會(huì)出現(xiàn)視程障礙判斷出錯(cuò)的情況。

2 地面氣象觀測(cè)常見數(shù)據(jù)異常的處理方法

2.1 ISOS軟件異常分析與處理

由于地面氣象自動(dòng)觀測(cè)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一小時(shí)內(nèi)氣溫、地溫、相對(duì)濕度等不變的情況，如該數(shù)值持續(xù)出現(xiàn)在下個(gè)時(shí)次時(shí)，采集軟件會(huì)把該數(shù)值自動(dòng)識(shí)別為可疑數(shù)據(jù)，在最高值和最低值以及出現(xiàn)的時(shí)間上就會(huì)出現(xiàn)挑選出錯(cuò)的情況。且夜間出現(xiàn)錯(cuò)誤的頻率較高，白天偶爾也會(huì)出現(xiàn)，給觀測(cè)值班人員增加了許多工作負(fù)擔(dān)。解決方法主要有兩種。

1）對(duì)質(zhì)量控制參數(shù)進(jìn)行修改設(shè)置。①讀取或設(shè)置各要素質(zhì)量控制參數(shù)（QCPM）。氣溫極值的下限為-75 ℃，

上限為80 ℃，存疑的變化速率為3 ℃，錯(cuò)誤的變化速率5 ℃，當(dāng)最小應(yīng)該變化的速率系統(tǒng)默認(rèn)值為1.0 ℃。②讀取氣溫質(zhì)量控制參數(shù)，鍵入命令為：QCPM T1。

③查看最小應(yīng)該變化的速率值，如為1.0則易出現(xiàn)最高、最低值及出現(xiàn)時(shí)間挑取錯(cuò)誤的情況，將最小應(yīng)該變化的速率設(shè)為0.0，則鍵入命令為：

QCPM T1 -75.0 80.0 3.0 5.0 0.0

返回值為T時(shí)表示設(shè)置成功。

相對(duì)濕度、氣壓、草溫、地溫等參數(shù)修改同氣溫。

2）對(duì)ISOS軟件的代碼進(jìn)行修改完善。對(duì)最小應(yīng)該變化的速率可疑的數(shù)據(jù)，按值的大小選取。針對(duì)夜間欄天氣現(xiàn)象符號(hào)手動(dòng)輸入數(shù)字時(shí)易出現(xiàn)逗號(hào)缺失以及視程障礙現(xiàn)象某一時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)霧的最小能見度數(shù)值有兩個(gè)都是一樣的問題，可對(duì)ISOS軟件的代碼進(jìn)行優(yōu)化，在夜間欄天氣現(xiàn)象手工輸入保存時(shí)彈窗提醒，軟件可自動(dòng)補(bǔ)齊或刪除多余的逗號(hào)，當(dāng)能見度出現(xiàn)兩個(gè)相同值時(shí)軟件可自動(dòng)判斷并刪除[3]。

2.2 蒸發(fā)數(shù)據(jù)異常分析與處理

一般來(lái)說(shuō)，晴天、高溫、干燥、氣壓較小、風(fēng)速較大的情況下，蒸發(fā)量較大；陰天、連續(xù)降水、低溫、有霧或相對(duì)濕度大、氣壓較高、風(fēng)速較小時(shí)，蒸發(fā)量較小；判斷蒸發(fā)是否異常的可以參考周邊臺(tái)站、前一天的總蒸發(fā)量以及天氣現(xiàn)象來(lái)綜合判斷數(shù)據(jù)是否異常，具體處理方法如下。

1）天氣晴好穩(wěn)定，蒸發(fā)量日合計(jì)正常，一日中在連續(xù)數(shù)小時(shí)蒸發(fā)量0.0 mm后出現(xiàn)1 h蒸發(fā)量超過(guò)1.0 mm跳變的，連續(xù)降水、相對(duì)濕度很大時(shí)，小時(shí)蒸發(fā)量大于

0.4 mm的，均按0處理。

2）因降水（蒸發(fā)桶溢流等）或維護(hù)導(dǎo)致小時(shí)蒸發(fā)量異常，則按0處理。

3）設(shè)備故障時(shí)，若備份自動(dòng)站記錄正常，小時(shí)蒸發(fā)量用備份自動(dòng)站記錄代替。無(wú)備份自動(dòng)站時(shí)，若只缺測(cè)

1 h，該時(shí)次內(nèi)插處理；若連續(xù)缺測(cè)2 h及以上，相應(yīng)時(shí)次作缺測(cè)處理。

4）設(shè)備故障短期無(wú)法修復(fù)時(shí)，應(yīng)及時(shí)恢復(fù)人工觀測(cè)，蒸發(fā)降水量用自動(dòng)（人工）降水記錄代替。

5）自動(dòng)蒸發(fā)日合計(jì)缺測(cè)用人工觀測(cè)的日蒸發(fā)量代替時(shí)，把日蒸發(fā)量記錄在19：00—20：00。

因此，要做好蒸發(fā)的日常維護(hù)工作，保持蒸發(fā)器內(nèi)的水質(zhì)清潔；保證蒸發(fā)器桶內(nèi)、外圍水圈水位盡量一致，以減少濺水對(duì)蒸發(fā)的影響；蒸發(fā)的加水、取水盡量避開正點(diǎn)、避開強(qiáng)降水，一小時(shí)內(nèi)用盡可能短的時(shí)間完成取水、清洗、注水、調(diào)整水位；清洗工作盡量選在上午氣溫較低或陰天蒸發(fā)較小的時(shí)候進(jìn)行[4]。

2.3 降水?dāng)?shù)據(jù)異常分析與處理

1）若無(wú)降水現(xiàn)象，因其他原因（昆蟲、風(fēng)、沙塵、樹葉、人工調(diào)試等）或自動(dòng)站故障造成多余記錄時(shí)，應(yīng)刪除該時(shí)段內(nèi)的全部分鐘和小時(shí)降水量并在值班日記中說(shuō)明。

2）降水現(xiàn)象停止后，仍有降水量，若能判斷為滯后（量一般為0.1 mm、0.2 mm、0.3 mm，且滯后時(shí)間不超過(guò)2 h），可將該量累加到降水停止的那分鐘和小時(shí)時(shí)段內(nèi)，否則將該量刪除。夜間（20：00—8：00）能夠判斷為滯后降水的，按前述處理；無(wú)法判斷的，按正常處理。如降水結(jié)束時(shí)間為16：40，17：02有0.2 mm的滯后降水，ISOS軟件中將1 h降水量重新統(tǒng)計(jì)16：40的位置輸入“2”，17：00先發(fā)一份更正報(bào)，再將17：02有0.2 mm的滯后降水刪除，18：00再發(fā)一份更正報(bào)。如順序相反則會(huì)影響6小時(shí)以及日數(shù)據(jù)中的降水量合計(jì)。

3）稱重式雨量傳感器在降水過(guò)程中，伴隨有沙塵、樹葉等雜物時(shí)，按正常降水記錄處理；液態(tài)降水溢出或固態(tài)降水堆至口沿以上，或降水過(guò)程中取水，該時(shí)段降水按缺測(cè)處理。

4）稱重式雨量傳感器承水口內(nèi)沿堆有積雪或雨凇時(shí)，應(yīng)及時(shí)清理到收集容器內(nèi)。由此產(chǎn)生的異常數(shù)據(jù)，若能判斷降水結(jié)束時(shí)間的，加入到降水結(jié)束的時(shí)次，該時(shí)次降水時(shí)段內(nèi)的分鐘數(shù)據(jù)按缺測(cè)處理；不能判斷降水結(jié)束時(shí)間的，加入到有降水量的最后一個(gè)時(shí)次，該時(shí)次內(nèi)分鐘數(shù)據(jù)按缺測(cè)處理[5]。

2.4 能見度數(shù)據(jù)異常分析與處理

造成能見度數(shù)據(jù)異常的情況通常有：儀器設(shè)備電源、通信故障；環(huán)境因素影響，如蜘蛛、蟲子等；鏡頭臟污；強(qiáng)降水引起數(shù)據(jù)異常跳變。能見度數(shù)據(jù)異常會(huì)影響10 min最小能見度、CW、最小能見度值，且會(huì)出現(xiàn)視程障礙判斷出錯(cuò)的情況。能見度數(shù)據(jù)異常處理方法如下。

1）由于降水現(xiàn)象影響，人工觀測(cè)能見度小于10.0 km，不必加記視程障礙現(xiàn)象；由于降水現(xiàn)象影響，自動(dòng)觀測(cè)能見度小于7.5 km，對(duì)誤判的視程障礙現(xiàn)象，應(yīng)在定時(shí)觀測(cè)時(shí)次進(jìn)行刪除。

2）當(dāng)能見度設(shè)備故障或數(shù)據(jù)異常，非定時(shí)觀測(cè)時(shí)次的正點(diǎn)數(shù)據(jù)中所有能見度數(shù)據(jù)均按缺測(cè)處理；定時(shí)觀測(cè)時(shí)次進(jìn)行人工補(bǔ)測(cè)，人工觀測(cè)值存入長(zhǎng)Z文件CW段能見度和VV段10 min平均能見度，其他VV段自動(dòng)能見度數(shù)據(jù)按缺測(cè)處理；A文件中使用人工觀測(cè)值。

3）能見度自動(dòng)記錄缺測(cè)時(shí)不做內(nèi)插處理，不用正點(diǎn)前后10 min接近正點(diǎn)的記錄代替。

4）能見度自動(dòng)觀測(cè)的臺(tái)站，當(dāng)視程障礙現(xiàn)象自動(dòng)判識(shí)出現(xiàn)明顯錯(cuò)誤時(shí)，僅對(duì)定時(shí)時(shí)次的天氣現(xiàn)象記錄進(jìn)行人工訂正，能見度記錄仍以自動(dòng)觀測(cè)為準(zhǔn)，允許自動(dòng)能見度記錄與該類天氣現(xiàn)象不匹配。

3 結(jié)語(yǔ)

地面觀測(cè)業(yè)務(wù)值班過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到一些數(shù)據(jù)異常的情況，觀測(cè)業(yè)務(wù)人員應(yīng)根據(jù)遇到的實(shí)際問題，參照業(yè)務(wù)規(guī)定及實(shí)際情況，結(jié)合天氣現(xiàn)象進(jìn)行綜合判定，及時(shí)正確的處理，確保地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性、完整性、準(zhǔn)確性。

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（責(zé)任編輯：劉昀）