氣象探測環(huán)境調(diào)查評估數(shù)據(jù)審核工具的編制

程偉，鄒福玉

（興安盟氣象局，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137400)

0 引言

氣象觀測資料必須具有代表性、準(zhǔn)確性和連續(xù)性，不僅取決于觀測儀器、觀測方法和觀測人員技術(shù)水平，更依賴于觀測儀器所在的環(huán)境狀況。氣象探測環(huán)境調(diào)查評估對全面了解氣象觀測站探測環(huán)境現(xiàn)狀，進(jìn)行觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制，加強(qiáng)對氣象觀測站探測環(huán)境的保護(hù)與管理，都具有重要的意義。2022 年，中國氣象局組織全國地面氣象觀測站開展了探測環(huán)境調(diào)查評估，包含：氣象臺站基本情況、地形、障礙物控制區(qū)內(nèi)障礙物情況、觀測場四周500米范圍內(nèi)影響源、觀測場四周規(guī)定范圍內(nèi)高度大于1米障礙物、觀測場四周2 米范圍內(nèi)人為破壞下墊面情況、觀測場圍欄外2米以內(nèi)人工護(hù)坡、觀測場日出方向和日沒方向內(nèi)障礙物最大仰角和相關(guān)圖像資料等內(nèi)容，形成了《地面氣象觀測站探測環(huán)境調(diào)查評估報告書》（以下簡稱“評估報告”) 。評估報告數(shù)據(jù)量大、各工作表間又相互關(guān)聯(lián)，為發(fā)現(xiàn)并糾正人工編制過程中出現(xiàn)的差錯和疏漏，各?。ㄊ小⒆灾螀^(qū)）氣象局組織對評估報告進(jìn)行了集中審核。氣象探測環(huán)境調(diào)查評估數(shù)據(jù)審核工具（以下簡稱“審核工具”) 的編制使用為評估報告集中審核提供了支持，減輕了人工檢查的工作量，為保證評估報告質(zhì)量和提高審核工作效率發(fā)揮了積極作用。

1 審核范圍和工具設(shè)計

評估報告由Excel表格編制，除封面、封底外有13個工作表。通過分析氣象探測環(huán)境調(diào)查評估方法和評估報告結(jié)構(gòu)，選取了數(shù)據(jù)量大、相互有關(guān)聯(lián)的觀測場周圍20千米范圍內(nèi)土地使用情況、觀測場四周可視范圍內(nèi)障礙物仰角數(shù)據(jù)、觀測場四周障礙物控制區(qū)內(nèi)障礙物仰角和斜距數(shù)據(jù)、觀測場四周2 000 米范圍內(nèi)障礙物個體情況等作為自動審核的內(nèi)容，涵蓋了人工錄入數(shù)據(jù)的97%。評估報告自動計算生成的圖表和評分不進(jìn)行檢查，氣象臺站基本情況、觀測場四周全景照片等各類圖片仍由人工進(jìn)行檢查。

審核工具也使用Excel 表格進(jìn)行編制，參考評估報告數(shù)據(jù)填報規(guī)定，結(jié)合探測環(huán)境調(diào)查評估工作中常見問題設(shè)計了12項檢查內(nèi)容，基本涵蓋了評估報告編制工作中可能出現(xiàn)的各類問題。氣象探測環(huán)境數(shù)據(jù)直接調(diào)用評估報告的數(shù)據(jù)，能夠引用評估報告工作表中的計算公式和數(shù)據(jù)計算結(jié)果的直接引用，以便提高運行速度和減少誤差；評估報告中沒有的數(shù)據(jù)自行計算和進(jìn)行比較判別，通過Excel 表格內(nèi)置函數(shù)的嵌套使用和編輯表達(dá)式來實現(xiàn)相應(yīng)目的。數(shù)據(jù)調(diào)用和計算設(shè)置為自動更新，以便于啟動審核工具后能夠自動讀取數(shù)據(jù)，同時也避免了審核過程中因個別數(shù)據(jù)的更正對相互關(guān)聯(lián)的其他計算、比較結(jié)果準(zhǔn)確性的影響。審核結(jié)果參照評估報告相應(yīng)數(shù)據(jù)表格式輸出，利用Excel表格自帶的“條件格式”功能設(shè)置對有疑誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行突出顯示，以便于起到提示作用和方便對照評估報告查找、修正原始數(shù)據(jù)。

2 探測環(huán)境數(shù)據(jù)審核

2.1 觀測場周圍20千米范圍內(nèi)土地使用情況審核

評估報告將觀測場四周按16個方位劃分出了40個區(qū)域，每個區(qū)域可以錄入1～3種土地類型和所占面積比例，表示站址四周不同距離范圍內(nèi)土地使用情況。審核內(nèi)容主要包括：⑴每個區(qū)域錄入的土地類型是否有重復(fù)；⑵土地面積合計是否為100%；⑶是否存在有土地類型無土地面積或無土地類型有土地面積情況；⑷有無漏填報內(nèi)容。

使用IF 函數(shù)和編輯邏輯表達(dá)式對每個區(qū)域的土地類型進(jìn)行比較，如果同一區(qū)域土地類型重復(fù)出現(xiàn)、有土地類型無占地面積或無土地類型有占地面積，則顯示“類型欄有誤”，否則不顯示。計算每個區(qū)域的土地面積合計，如果不等于100%，顯示合計值，否則顯示數(shù)字1。本地人口密度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平欄空白提示漏填報。各項顯示內(nèi)容性質(zhì)、數(shù)據(jù)處理見表1。

表1 觀測場周圍土地使用情況審核結(jié)果及數(shù)據(jù)處理

2.2 觀測場四周障礙物仰角和斜距數(shù)據(jù)審核

評估報告“觀測場四周可視范圍內(nèi)障礙物仰角記錄表”按每2°間隔記錄了觀測場四周可視范圍內(nèi)地形、植物、建筑物的仰角測量值，用于繪制地形、植物、建（構(gòu)）筑物仰角圖，了解觀測場四周實際狀況。同時，按照臺站障礙物控制區(qū)范圍，一般氣象站填報了“觀測場四周800 米范圍內(nèi)障礙物仰角和斜距記錄表”、基本氣象站填報“觀測場四周1 000 米范圍內(nèi)障礙物仰角和斜距記錄表”、基準(zhǔn)氣候站填報“觀測場四周2 000米范圍內(nèi)障礙物仰角和斜距記錄表”，用于計算障礙物控制區(qū)內(nèi)不符合要求的障礙物的遮擋面積、遮擋方位和日出、日沒方向最大仰角。審核內(nèi)容主要包括：⑴各記錄表之間相同方位的障礙物仰角是否存在矛盾；⑵填報的障礙物是否超出了臺站障礙物控制區(qū)范圍；⑶是否存在有障礙物仰角無斜距或無仰角有斜距現(xiàn)象。

編輯公式計算觀測場四周可視范圍內(nèi)障礙物仰角與對應(yīng)方位障礙物控制區(qū)內(nèi)障礙物仰角的差值，差值大于0 在仰角欄顯示兩者的差值，差值小于0 突出顯示兩者的差值，差值等于0不顯示。障礙物距觀測場圍欄距離的計算，由于對障礙物進(jìn)行測量時經(jīng)緯儀架設(shè)在了25 米（東西向）×25 米（南北向）觀測場的中心，首先按照障礙物所在方位計算出經(jīng)緯儀距離圍欄的距離，然后再用三角函數(shù)和障礙物仰角、斜距計算出障礙物距圍欄的距離。如果障礙物距圍欄的距離大于臺站障礙物控制區(qū)范圍，在斜距欄顯示斜距值，否則不顯示。某方位有障礙物仰角無斜距或無仰角有斜距顯示“#VALUE!”。各項顯示內(nèi)容性質(zhì)、數(shù)據(jù)處理見表2。

2.3 觀測場四周2 000米范圍內(nèi)障礙物個體數(shù)據(jù)審核

評估報告“觀測場四周2 000 米范圍內(nèi)障礙物登記表”填報了觀測場四周2 000米范圍內(nèi)，距高比＜10的所有障礙物（建（構(gòu)）筑物、植物和自然地形）個體情況，包括障礙物名稱、開始方位、終止方位、最高點方位及仰角、斜距等內(nèi)容。審核內(nèi)容主要包括：⑴障礙物個體的開始方位、終止方位和最高點方位之間是否存在矛盾；⑵障礙物錄入的先后順序是否正確；⑶是否錄入了距高比大于10或距離觀測場圍欄大于2 000米的障礙物；⑷人工錄入的障礙物個體最大仰角、所在方位和斜距與臺站障礙物控制區(qū)內(nèi)的障礙物仰角和斜距數(shù)據(jù)是否矛盾；⑸障礙物個體是否有前后重疊。

此項審核嚴(yán)格講應(yīng)該使用觀測場四周2 000米范圍內(nèi)障礙物仰角和斜距數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，而評估報告中只有基準(zhǔn)氣候站和個別一般氣象站、基本氣象站填報了“觀測場四周2 000 米范圍內(nèi)障礙物仰角和斜距記錄表”，大部分一般氣象站和基本氣象站僅按要求按照各自障礙物控制區(qū)范圍填報了“觀測場四周800米范圍內(nèi)障礙物仰角和斜距記錄表”或“觀測場四周1 000米范圍內(nèi)障礙物仰角和斜距記錄表”，數(shù)據(jù)沒有完全覆蓋觀測場四周2 000 米范圍內(nèi)的全部障礙物。為此，作者分析了31份一般氣象站和基本氣象站評估報告樣本，發(fā)現(xiàn)其所填報的距高比小于10 的障礙物98.9%集中在各臺站障礙物控制區(qū)范圍之內(nèi)，僅個別障礙物超過了800米或1 000米距離，使用臺站障礙物控制區(qū)內(nèi)的障礙物仰角和斜距數(shù)據(jù)對障礙物個體數(shù)據(jù)進(jìn)行審核仍具有一定意義。因此，此項審核優(yōu)先使用“觀測場四周2 000 米范圍內(nèi)障礙物仰角和斜距記錄表”數(shù)據(jù)，未填報此表的一般氣象站和基本氣象站使用本站障礙物控制區(qū)內(nèi)障礙物仰角和斜距記錄表數(shù)據(jù)，對于個別超出障礙物控制區(qū)范圍的障礙物個體不進(jìn)行檢查。此項審核的實現(xiàn)除了使用IF 函數(shù)對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，還使用INDIRECT、ADDRESS、MATCH、COLUMN、LARGE等函數(shù)完成了復(fù)雜的數(shù)據(jù)定位、字符提取轉(zhuǎn)換、挑取最大值等計算。觀測場四周障礙物個體數(shù)據(jù)審核流程如圖1所示。

圖1 觀測場四周障礙物個體數(shù)據(jù)審核流程圖

審核結(jié)果由兩個表格給出，表格上部同時顯示觀測站的區(qū)站號、臺站類別和數(shù)據(jù)處理方法說明。左側(cè)表格顯示臺站人工填報的障礙物名稱、所在方位、視寬度角、最高點方位、仰角和斜距以及數(shù)據(jù)矛盾檢查結(jié)果，相鄰兩個障礙物個體錄入順序有誤時顯示“順序錯”；障礙物開始方位、終止方位和最高點方位之間無矛盾顯示相關(guān)數(shù)值，有矛盾顯示“方位錯”。距高比大于10 在“距離、距高比檢查”欄顯示距高比數(shù)值，障礙物距離觀測場圍欄大于2 000米的顯示“>2 000”，否則不顯示。

右側(cè)表格顯示依據(jù)障礙物名稱自動識別的障礙物類別、自動挑取的障礙物最大仰角、所在方位、對應(yīng)斜距以及與人工填報數(shù)據(jù)矛盾檢查結(jié)果。由于障礙物的名稱千差萬別，為避免障礙物類別自動識別錯誤需要對照檢查確認(rèn)，如果識別有誤通過修改障礙物名稱使其準(zhǔn)確識別。人工填報的障礙物個體最高點相關(guān)數(shù)據(jù)與審核工具挑取的數(shù)據(jù)不一致時，分別在方位比較、仰角比較、斜距比較欄顯示“？”，否則不顯示。相鄰兩個障礙物個體所在方位有重疊時，在備注欄提示“與下一障礙物有重疊”；如果錄入的障礙物個體超出了審核工具使用數(shù)據(jù)的范圍，在備注欄提示“超出審核范圍”。各項顯示內(nèi)容性質(zhì)、數(shù)據(jù)處理見表3。

表3 觀測場四周障礙物個體數(shù)據(jù)審核結(jié)果及數(shù)據(jù)處理

3 障礙物距高比計算

這是審核工具的輔助功能。評估報告中臺站障礙物控制區(qū)內(nèi)障礙物仰角和斜距記錄表只給出了每2°間隔的各方位障礙物最小距高比，無法區(qū)分出地形、植物和建筑的距高比分別是多少。為了能夠快速、準(zhǔn)確確定哪些方位、哪類障礙物的距高比小于10，方便臺站填報“觀測場四周2 000 米范圍內(nèi)障礙物登記表”和集中審核時檢查是否有明顯漏填報障礙物現(xiàn)象，審核工具分別計算給出了臺站障礙物控制區(qū)內(nèi)每2°間隔各方位地形、植物和建筑的距高比。距高比計算引用評估報告中的公式，距高比大于100（無障礙物）不顯示，大于10、小于100 用顯示距高比值，小于10用突出顯示距高比值。

4 總結(jié)

氣象探測環(huán)境調(diào)查評估數(shù)據(jù)審核工具通過Excel表格內(nèi)置函數(shù)的嵌套使用和編輯表達(dá)式完成了數(shù)據(jù)提取、計算和矛盾判斷，實現(xiàn)了對評估報告書主要環(huán)境數(shù)據(jù)的自動審核，涵蓋了人工錄入數(shù)據(jù)的97%?？偨Y(jié)了12項檢查內(nèi)容，基本涵蓋了探測環(huán)境調(diào)查評估工作中可能出現(xiàn)的各類問題，并對應(yīng)給出了數(shù)據(jù)處理方案。審核工具檢查結(jié)果展現(xiàn)方式直觀，對有疑誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行突出顯示便于起到提示作用，結(jié)合人工分析處理能夠快速完成對評估報告的審核修改。審核工具首先在內(nèi)蒙古自治區(qū)興安盟氣象局所屬臺站氣象探測環(huán)境調(diào)查評估工作中進(jìn)行了試用，經(jīng)完善后在各省（市、自治區(qū)）集中審核工作中進(jìn)行了應(yīng)用，減輕了人工檢查的工作量，提高了集中審核工作效率，為保證氣象探測環(huán)境調(diào)查評估工作進(jìn)度和數(shù)據(jù)質(zhì)量發(fā)揮了積極作用。