[發明專利]高空風資料的質量控制方法及其質量監控裝置

有效

• 申請號: 201310534815.3
• 申請日: 2013-11-01
• 公開（公告）號: CN103616732A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 黃泓;王元;熊安元;徐昕
• 申請（專利權）人: 南京大學;中國人民解放軍理工大學
• 主分類號: G01W1/00
• 分類號: G01W1/00
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明涉及一種高空風資料的質量控制方法及其質量監控裝置，尤其是一種針對高空風場與溫度場的動力協同性對高空風的觀測資料進行質量控制的方法，屬于大氣科學研究領域，用于有效減少中國地區區域氣候變化分析結果的不確定性。

背景技術

在采用氣象資料進行氣候變化研究，如氣候統計、數值預報等工作前，一般均需要對其進行質量控制。原因在于，一方面，氣象資料在觀測、資料處理、編碼、發報和解報等過程中都有可能存在誤差；另一方面，探空觀測儀器和測量方法改變等原因也可能導致觀測結果存在誤差；因此，如果不對氣象資料進行質量控制，則極易造成氣候變化研究結果存在不確定性。

一般地，大體上可將氣象資料的誤差劃分為三類，分別為隨機誤差、過失誤差和系統誤差；其中，隨機誤差在氣候變化研究中可以忽略，過失誤差通常由操作失誤引起，可以通過氣象資料的質量控制予以剔除；而系統誤差一般會導致氣象資料存在長序列的間斷點，因此，可通過均一化方法去除。由此可知，氣象資料的質量控制在氣象資料處理過程中是一項十分重要的工作。

目前，氣象資料的質量控制可分為單站質量控制和空間質量控制兩大類，每類方法又分為不同的檢查方案。傳統的單一探空測站的質量控制主要包括極值檢查、時變檢查、要素一致性檢查、垂直一致性檢查、靜力學檢查等多種合理性檢查措施。這些檢查中，有些方案是基于單要素的氣候統計結果，如極值檢查、時變檢查等；有些方案是基于要素間的邏輯一致性，如要素一致性檢查等；有些方案則是利用要素之間的動力協同性，如靜力學檢查等。

在高空資料的質量控制中，如何進一步判別單項檢驗為可疑的數據是錯誤還是正確的，也是一個重大的技術問題。針對這一技術問題，氣象工作者們提出了綜合判別法；所謂綜合判別法，實質上為一個輔助決策的綜合質量控制過程，其目的是在盡可能去除錯誤記錄的同時，盡量避免將正確的觀測記錄判別為錯誤；因此，在這個過程中要充分利用變量及變量之間所滿足的統計、動力和熱力學定律。例如，利用靜力平衡關系對溫度和位勢高度進行檢查；利用地轉平衡對風場進行檢查。再如，綜合靜力學法的理論核心是大氣熱力層結性和動力旋轉性具有相同的重要性，使得流體靜力平衡（相應有流體靜力檢驗質量控制方法）和靜力穩定度假設（相應有靜力穩定性檢驗質量控制方法）適用。但是，這些質量控制方法利用的均為大尺度大氣運動所遵循的平衡關系，將實際風近似等同于地轉風，多適用于全球尺度的質量控制。但是在實際的大氣運動中，這些平衡關系，特別是地轉平衡，并非時時處處成立，因此難免在質量控制過程中導致錯判、漏判。

要改變上述現狀，迫切需要研究更符合實際觀測要素滿足的約束關系，并應用于高空資料的質量控制中，從而有效提高高空觀測資料的代表性和準確性

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種高空風資料的質量控制方法，其首要技術目的是改變當前高空資料質量控制中多采用大尺度動力學平衡約束的現狀，基于熱成風余差的統計分布提出一種新的高空風資料的質量控制方法，充分考慮熱成風與實際風切變之間的差值的時空分布特征，滿足日益精細化的氣候統計、數值預報等工作對高空觀測資料的準確性、完整性要求。

為實現以上的技術目的，本發明將采取以下的技術方案：

一種高空風觀測資料的質量控制方法，用于對待質控高空風觀測資料進行質量監控，所述待質控高空風觀測資料為不同探空站在不同標準等壓面上所采集的探空資料，通過判斷各探空站所采集的探空資料在相應標準等壓面上的熱成風余差是否在預設的最大容許誤差范圍內，獲得各探空站所采集的探空資料在相鄰的兩個標準等壓面上的風場、溫度場是否存在動力協調性，從而對各探空站所采集的探空資料給出相應的質量控制碼。

進一步地，本發明所述預設的最大容許誤差為熱成風容差；該熱成風容差通過下述步驟計算：首先，將再分析資料中的高空風場、溫度場通過最優插值法插值到各探空站上，構建出一個虛擬高空風資料；然后，基于虛擬高空風資料，計算各探空站在各標準等壓面上的熱成風余差；通過計算上述熱成風余差的均方根誤差的2.5倍，即可得到熱成風容差。

進一步地，本發明所述的待質控高空風觀測資料為中國地區133個探空站，分別處于00時刻、12時刻，在16個標準等壓面上的風速、風向和溫度觀測資料；16個標準等壓面分別為1000、925、850、700、500、400、300、250、200、150、100、70、50、30、20、10hPa。