段树海++梁艳芳

摘 要：针对自动气象站实时数据的质量控制展开了研究，详细阐述了评估指标，并对可用自动站的选取及其应用作了系统的分析，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。

关键词：自动气象站；实时数据；质量控制；评估指标

中圖分类号：P415.1+2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.025

自动气象站是一个自动化的传统气象站，在如今全球气候变暖、极端气候事件不断发生的背景下，对自动气象站实时数据的监测有了更高的要求。因此，为了保障自动气象站实时数据的准确性和科学性，相关工作人员需要做好相应的质量控制工作。基于此，本文主要研究了自动气象站实时数据质量控制方面的内容，相信能为有关方面的工作提供帮助。

1 评估指标

优质、可用的自动站气候资料应该具备完整率高，与周边自动站和常规站的差异小，异常值少这3个特点。因此，在工作中，主要考虑以下5个指标，每个指标按100分评分，并按照重要程度和得分差异大小赋予不同的权重，5项指标加权后综合评分为0～100分。各项指标还考虑了海拔高度造成的温度差，按-0.6 ℃/km的温度直减率进行订正。

1.1 缺测率

如果完整率低的站点参与气候统计分析计算，会造成较大的误差。缺测率是表示自动站缺测次数的指标，是反映数据完整率最直观的指标，也是资料质量控制中必须考虑的一个指标。在统计资料缺测率前，对超气候界限值和连续10个时次观测值不变的作缺测处理。气温界限值如表1所示。

表1 气温界限值

1—2月和10—12月 3—4月 5—9月

-25 ℃≤T≤40 ℃ -20 ℃≤T≤45 ℃ -10 ℃≤T≤50 ℃

月缺测率评分规定是：月缺测率为0%，得100分；月缺测率为100%，得0分。按照月缺测率，从高到低均匀分配得分0～

100分，赋予权重0.3，权重后得分为0～30分。

1.2 空间一致性

自动气象站的观测仪器与观测原理方法基本一致，相邻站点之间的差异应该比较小，与周边自动站差异比较大的站点不应该纳入统计计算中。空间一致性检查就是充分利用被检站与邻近多个台站同时刻的观测资料进行质量控制的方法。对于孤立的错误资料，自动站之间的空间一致性检查是非常有效的。

1.3 对比差值

与常规站相比，自动站的观测仪器和方法都发生了较大的改变，因此，2种资料之间可能存在一定的差异。对比差值就是表示自动站与人工观测之间差异的指标。温度对比差值为：

xi=ai-ui-hi×（-0.006）. （1）

式（1）中：ai和ui分别为第i次自动站和人工观测值；hi为自动站与人工站海拔高度差。

温度对比差值的月平均值为：

（2）

式（2）中：n为月总观测次数。

对比差值评分规定如表2所示，赋予权重0.2，则权重后得分为0～20分。

1.4 粗差率

常规站资料观测时间长、数据质量比较稳定，因此，以常规站数据作为参照，可以较好地判断自动站数据的异常率。粗差是反映自动站数据异常的一个指标，粗差率则反映自动站观测要素时以人工观测为标准所产生的异常值出现次数的多少。

2 可用自动站选取

2.1 指标评估

按照评分标准，对各项指标赋分。从各项指标2009—2014年多月平均得分来看，1/2左右的站点缺测率得分在90分以上，部分站点得分低主要是因为建站时间晚、资料序列短。大部分的平均温度和1/2以上的最高、最低温度对比差值得分都在90分以上，空间一致性得分比对比差值得分更高一些，90分以上的站点占了80%以上。粗差率和一致率得分在99分以上的站达到了2 000个左右，这两项指标得分在90分以下的站仅有30多个。

2.2 综合评分

综合使用各项指标，既可以剔除质量比较差的站点，也可以避免舍弃只是偶尔发生设备故障或者极端天气出现异常值的站点。由于粗差率和一致率得分差异小，给予相对较小的权重0.1，而其余3项能更有效地挑选出资料完整性差或者异常值多的站点，给予相对比较大的权重。因为对比差值存在观测方法、观测时间、仪器、环境等因素差异的干扰，所以，给予权重0.2，它比缺测率和空间一致性的0.3权重小。

将以上5项指标得分按照给定的权重累加后，取综合得分大于等于90分且缺测率权重后得分大于等于27分的站点为当月可用站点。2009年，有70%～80%的自动站资料可用；到2010年，基本可以达到90%以上；到2012年，基本达到95%以上。由此可见，自动站温度资料的质量正在逐步提高。

2.3 可用站选取

自动站发展至今，虽然数据质量已经明显提升，但是，气候分析需要长时间序列的优质数据。因此，按照各项指标评分标准为各站逐月缺测率、空间一致性、对比差值、粗差率、一致率赋分后，依次按照剔除标准将资料质量明显较差的站点剔除。通过缺测率评分剔除了681个站点，而导致这些站缺测率高的主要原因是建站时间晚或后期无观测资料。排除这些客观原因，全省自动站运行期间，完整率总体情况良好。通过空间一致性和对比差值检查，又剔除了63个站，但从这些站的建站环境来看，虽有小部分站下垫面状况为裸地、硬化地，或建站于屋顶、工矿等环境条件比较差的地方，但是，大多数站建站环境条件良好。这说明，建站环境对资料质量有一定的影响，但是，后期的设备维护、仪器调整等其他因素也可能会影响数据质量。通过粗差率和一致率检查发现，虽然有20多个站点的粗差率和一致率比较差，但这些站点在之前的剔除步骤中已经被剔除，这两步剔除工作未剔除任何新的站点。从长时间序列来看，绝大多数站的自动站气温资料与对应常规站资料基本一致，以常规站为标准所产生的异常值很少。自动站剔除标准和原因如表3所示。

表3 自动站剔除标准和原因

缺侧率 空间一致性和对比差值 粗差率 一致率

剔除标准 平均、最高或最低温度得分小于90分的月份占50%以上 2个指标平均（最高或最低）温度得分小于90（85）分的月份均占50%以上 平均、最高或最低温度得分小于90分的月份占50%以上 平均、最高或最低温度得分小于90分的月份占50%以上

剔除站数 681站 63站 0站 0站

剔除原因/建站环境 建站时间晚（639站），后期无观测资料（34站），月缺测率比较高（8站） 下垫面为裸地、硬化地，或安装在屋顶（17站），周边环境为工矿（1站），建站环境良好（45）站

3 自动可用站应用

山地和丘陵的占地面积达70.4%，但常规站基本建于低海拔地区，无法体现周边山地地区的温度差异，而自动可用站的加入使得气温分布走向与地形特征相吻合。有自动可用站参与的分布图则很好地解决了这个问题。山地温度低，平原和盆地及沿海地区温度高，可以科学布局高山地区的农林畜牧业，并针对区域气候变化进行调整，起到真正的指导作用。另一方面，自动可用站的使用也使城市化发展在温度分布图上突显出来。

4 结束语

综上所述，随着全球气候变暖的加剧，气候监测工作受到了相关部门的高度重视。而自动气象站的应用则在很大程度上为气候监测工作带来极大的便利。因此，相关工作人员需要保证自动气象站实施数据的准确性和科学性，采取有效的措施做好质量控制工作，从而为实际的气候业务提供有效的帮助。

参考文献

[1]季永华，刘俊娜，唐怀瓯.自动气象站实时数据质量控制研究与结果分析[J].电子世界，2015（21）.

[2]黄淑娟，陈健.自动站实时数据质量控制失败的案例分析[J].气象研究与应用，2014（02）.

〔编辑：白洁〕