[發(fā)明專利]一種氣象數(shù)據(jù)質量控制方法

有效

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• 申請日: 2021-05-14
• 公開（公告）號: CN113282576B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發(fā)明（設計）人: 廖榮偉;趙平;張冬斌;宋麗莉
• 申請（專利權）人: 中國氣象科學研究院
• 主分類號: G06F16/215
• 分類號: G06F16/215;G06F16/2458
• 代理公司: 北京華仁聯(lián)合知識產(chǎn)權代理有限公司 11588
• 代理人: 王希剛

本發(fā)明公開了一種氣象數(shù)據(jù)質量控制方法，借鑒湍流通量觀測數(shù)據(jù)質量控制的技術經(jīng)驗，在界限值檢查方法的主體框架思路下，研發(fā)新的界限值計算方案進行質量控制試驗，探索高頻氣象資料的質量控制方法和流程，力求在運算簡便，計算成本低，計算時間少、準確性較高等方面展開技術創(chuàng)新。

技術領域

本發(fā)明涉及氣象監(jiān)測技術領域，具體的說是一種氣象數(shù)據(jù)質量控制方法。

背景技術

地面氣象站點觀測資料是了解天氣變化、探索天氣-氣候演變規(guī)律、開展科學研究和氣象服務的基礎，是氣象觀測的重要資料之一。隨著氣象觀測技術的進步，氣象要素的觀測精度和時間頻率越來越高，伴隨著業(yè)務需求的發(fā)展和網(wǎng)絡技術的提高，氣象觀測數(shù)據(jù)上傳頻率由1小時一次，提高到了1分鐘一次甚至1秒鐘多次，氣象要素的時效性極大的增加。近些年，我國開始布設秒級采樣地面觀測業(yè)務系統(tǒng)。相對于傳統(tǒng)的觀測手段，高頻采樣(秒級)觀測數(shù)據(jù)能更精細的描述大氣的微物理過程，可為我國數(shù)值預報、氣候監(jiān)測、氣候變化等科研業(yè)務工作提供重要的基礎數(shù)據(jù)。但是，未經(jīng)處理的高頻采樣數(shù)據(jù)中會包含信號噪音引起的異常值，同時由于大氣中小尺度微氣團的存在，自動觀測系統(tǒng)采集得到的資料(特別是風觀測資料)會存在短周期的高頻脈動變化，這種原始高頻脈動變化對天氣分析是無意義的，影響站點觀測資料的代表性。氣象高頻觀測資料中的缺測數(shù)據(jù)和錯誤數(shù)據(jù)，需要對其補充或修正，從而保證觀測資料最大程度的完整和最大可能的準確。在站點觀測資料使用前，進行質量控制檢查，是提高觀測資料質量，確保資料準確性的關鍵環(huán)節(jié)。

目前，國際上已經(jīng)有一些針對質量控制和保證的通量處理軟件，例如英國愛丁堡大學的Edire(Eddy Reprocessing)、德國拜羅伊特大學的TK2(Turbulence Knight2)、荷蘭瓦赫寧根大學的ECPACK等。但是這些軟件本身使用不是很方便，普遍適用性還沒有經(jīng)過驗證，還有待進一步研究(Mauder et al.，2006；；徐自為等，2008)。

以往有關氣象高頻觀測資料的質量控制方法研究，多以小時及以上時間尺度資料分析為主。由于高頻觀測數(shù)據(jù)量較多，時間間隔短，直接進行質量控制難道較大，部分研究人員將這些高頻數(shù)據(jù)換算為小時數(shù)據(jù)進行質量控制，未進行直接的質量控制。

以往質量控制方案多偏重于局部地區(qū)或某次大的天氣過程進行數(shù)據(jù)質量控制，而針對中國區(qū)域固定單一站點的氣象高頻數(shù)據(jù)的質量控制方法研究尚欠缺，針對不同時間尺度的界限值方案不通用，往往月值界限值方案用于日值，誤檢率較高；日值界限值方案用于小時值，誤檢率較高，現(xiàn)有方案的普適性較差。數(shù)據(jù)量越大，計算效率越低，準確性難以保證。現(xiàn)有氣象觀測資料的質量控制方法：區(qū)域界限值方法，已經(jīng)在全球非常通用，一般均以探求數(shù)據(jù)的上下限界限值為主，涉及閾值選取，一些方案選擇上下極值為歷史極值，或是極值的多少倍；一些方案選擇高一時間尺度的數(shù)據(jù)來控制低一時間尺度的數(shù)據(jù)(小時數(shù)據(jù)作為界限控制分鐘數(shù)據(jù)，日值數(shù)據(jù)作為界限控制小時數(shù)據(jù)，月值數(shù)據(jù)作為界限控制日值數(shù)據(jù)等等)；一些方案通過計算數(shù)據(jù)在一定區(qū)間的標準差，然后根據(jù)正態(tài)分布的原則，給定多少倍的標準差，來實現(xiàn)界限控制。以上方案，針對時間尺度較大，或是數(shù)據(jù)量不大情況，往往能完成控制，但對于高頻觀測數(shù)據(jù)，一秒一次，或是一秒多次，由于本身數(shù)據(jù)量大，計算繁瑣，計算代價高，時效差，常規(guī)界限值控制方案不能在最短的時間內(nèi)判斷“可疑”數(shù)據(jù)，甚至有計算不下去的風險，故很多研究不針對高頻觀測數(shù)據(jù)進行界限值質量控制，針對中國區(qū)域的氣象高頻(秒級)數(shù)據(jù)的質量控制方法研究尚欠缺。

由于高頻觀測數(shù)據(jù)量較多，時間間隔短，直接進行質量控制難道較大，對計算機資源的需求高，計算成本高，部分研究人員將這些高頻數(shù)據(jù)換算為小時、日、旬、候數(shù)據(jù)再利用傳統(tǒng)的質量控制技術(氣候學界限值檢查、區(qū)域界限值檢查、時間一致性檢查、內(nèi)部一致性檢查、空間一致性檢查等)進行質量控制。

本方案借鑒湍流通量觀測數(shù)據(jù)質量控制的技術經(jīng)驗，在界限值檢查方法的主體框架思路下，研發(fā)新的界限值計算方案進行質量控制試驗，探索高頻氣象資料的質量控制方法和流程，力求在運算簡便，計算成本低，計算時間少、準確性較高等方面展開技術創(chuàng)新。

發(fā)明內(nèi)容