地面自动气象站数据流式处理设计与实现

针对观测密度和频次日益增加的海量地面自动气象站数据,在气象大数据云平台(天擎)中设计了基于Storm的实时流式处理,利用大规模并行处理的优势提高地面自动气象站数据的处理时效。在流式处理中,设计处理拓扑直接解码标准格式的数据消息;消息确认采用手工确认的方式,将数据解码组件锚定数据接入组件,实现每条数据的可靠处理;数据解码时进行字节校验和时间检查等,过滤异常数据;应用批量加定时的发送策略,解决海量监控信息发送气象综合业务实时监控系统(天镜)的问题;集群部署时保留部分剩余资源,有效应对单节点异常。应用效果表明:国家气象站小时数据的服务时效由全国综合气象信息共享系统(CIMISS)的175 s提高至天擎的78 s,约6×10^(4)个区域气象站小时数据的服务时效由CIMISS的5 min提高至天警的2 min,实况分析系统将数据源切换至天擎后,相同时间检索可获取的站点数量较CIMISS增加1倍。2021年12月基于Storm的流式处理与天擎一同在国省业务化运行,实现了长期稳定运行,为MICAPS4、SWAN2.0、实况分析系统等用户提供高效稳定的地面自动气象站数据。

中国地面自动气象站小时降水质量控制方法

高时空分辨率自动气象站降水观测作为重要数据来源,已被广泛应用于强对流天气监测、模式评估、预报复盘等研究工作。仪器故障、特殊天气条件下观测设备的局限性等因素是自动气象站降水数据不确定性的主要来源,这些问题在无人值守气象站尤为突出。该研究基于2021—2023年中国自动气象站实时观测降水量数据、高时空分辨率雷达数据和高灵敏性降水类天气现象数据,发展适应于中国自动气象站小时降水数据的多源数据协同质量控制方法(multi-source data collaborative quality control,MDC)。通过综合定量指标与典型个例分析,对MDC的应用效果进行全面评估。结果显示:MDC判识正确率为99.92%,错误数据命中率较现行业务提升39.3%。基于多源降水观测数据时空一致性,MDC显著提升了晴空降水、融雪性降水和虚假零值降水等异常数据的甄别能力,有效弥补了传统方法的不足。

CAWSmart智能自动气象站的工作原理及维护维修

CAWSmart智能自动气象站是针对中国气象局“云+端”体制专门设计、研制的新型智能化自动气象站。针对CAWSmart智能自动气象站的系统构造、工作原理进行了分析,阐述了智能站安装调试的要求及方法,总结了智能站的维修思路,为业务人员使用和维护设备提供技术支持。

中国第1-10次北极科学考察走航自动气象站观测数据集(1999-2019年)

气象数据是地球系统科学重要的基础性数据之一。在1999–2019年间中国北极科学考察的10个航次中,利用船载自动气象站(Lica-701、Vaisala MILOS500、天诺CR3000和XZC6-1)采集了走航气象数据。本研究对中国第1–10次北极考察走航气象数据进行了标准化整理、质量控制和评估,形成本数据集,主要包括气温、相对湿度、气压、风向和风速5个气象要素,共有20个气象数据文件,数据时间分辨率为1小时。本数据集能够为深入了解北极区域气候变化、研究北极区域天气变化过程及评估气候变化对生态环境影响等研究提供数据支撑。

甘肃省区域自动气象站数据质量评估应用程序研究

文章利用python编程语言开发了一款对甘肃省区域自动气象站质控疑误数据自动统计分析应用程序,能够自动链接甘肃省气象资料业务系统(MDOS)区域自动站后台数据库,对全年各月质控出的全省区域自动站疑误数据进行分站点、分要素、分疑误类型的筛选、分析,快速自动生成EXCEL统计图形和表格,自动生成WORD格式的甘肃省区域站逐月数据质量分析报告模板;程序的业务应用对提高区域站设备运行的可靠性和数据可用性具有重要意义。

自动气象站数据质量控制系统的设计与实现

自动气象站具有台站分布密集,数据采集、传输完全自动化、资料实时强等特点,其观测资料在预警预报、气候分析、防灾减灾等方面都有重要作用。但是受各种主客观条件的限制,自动站数据存在较多失真现象,没有经过质控的自动站数据,使用范围和价值都受到限制。对自动站数据进行质量控制,确保资料的代表性和准确性,是当前气象业务工作迫切需要解决的技术难题。衡阳自动站数据质量控制系统(以下简称HY-AWSQC)的设计与实现,是为解决自动站数据失真问题,所做的有益尝试和探索。系统运用气候界限值检查、时间连续性检查、内部一致性检查和空间一致性检查,4种国内外有代表性的数据质控技术,实现对衡阳自动站数据的质量控制。

基于云闪引起自动气象站故障分析

本文对2021年9月3日安岳国家基本气象站雷击事故现场进行勘察测试,结合天气环流形势、雷暴潜势分析、雷达回波及雷电监测资料,分析雷击原因并提出相应的整改方案。结果表明:此次雷击事件是9月3日01:24的云闪引发闪电感应,观测设备防雷装置因不规范不到位被过压(流)损坏,导致自动气象站的主、备份HY3000数据采集器出现故障。当务之急是对本站进行雷电灾害风险评估,按照防雷规范要求进行设计和施工,以整体防御,层层防护为原则,定期做好日常维护和检查保养,发现问题及时解决,构建科学合理的雷电防护体系。

陕西黄龙树轮年表的建立及其2—3月降水记录

通过两组油松树轮宽度的研究,建立了陕西黄龙地区过去近200a来的树轮STD、RES、ARS年表,树轮宽度在20世纪20年代有过明显的下降,1929年前后达到年轮宽度最低值,与历史记载的自民国11年以来连续干旱时期相吻合(1922—1932年)。经过相关函数、响应函数分析,发现树轮宽度与生长季当年2—3月降水显著正相关,在此基础上设计了转换方程,重建了过去200年来黄龙地区早春2—3月降水历史,重建序列的解释方差为44.3%(F=16.298,p<0.001)。功率谱分析检测到2—3月降水存在7.69、6.90、6.06、5.13、5.00、4.88、4.65、2.02、2.00年的周期。

自动气象站实时资料自动质量控制方法及其应用

利用气候极值范围检查、内部一致性检查、时间一致性检查、空间一致性检查,对自动气象站的实时资料进行了自动质量控制。为了降低气象要素误检率,还研制了单站大幅降温事件检测方法。应用上述质量控制方法,对湖北省2005年7月—2006年9月共15个月近80个自动气象站数据进行了质量控制,错误检出率为0.48‰。经自动质量控制后,特别是采用基于空间插值方法的空间一致性检查后,实时气象数据质量有较大程度提高。最后分析了错误随时间、项目及台站的分布情况。试验表明,湖北省81站1个时次数据可以在2分钟内完成质量控制,能保证实时业务运行时效。

自动农业气象观测系统功能与设计

根据现代农业气象业务需求,提出了可视化、实时性、远程控制的自动农业气象观测系统技术思路、设计原则,并设计了系统的硬件和软件架构及自动化观测的实现方法。该系统具有作物生长、农田气象要素观测及环境监控功能,可实现作物发育期、株高、盖度等的自动观测,还可实现农田主要农业气象灾害实时监测。该文利用三维空间模拟技术初步确定了CCD(charge-coupled device)传感器的技术指标;提出利用图像判别技术,结合作物生长特征及农业气象指标,实现作物发育期自动判别;利用摄影测量学技术,采用动态跟踪法实现作物株高自动化观测;提出了作物盖度的计算方法和通过研究作物盖度与密度、叶面积指数的关系,解决作物种植密度和叶面积指数自动观测的技术思路。该系统模仿人工观测原理,将图像处理和摄影测量学等技术引入农业气象自动观测中,基本上可以满足农业气象观测的主要任务的实时性、可视化和自动化需求。

自动气象站数据实时质量控制业务软件设计与实现

介绍了一种面向天气监测预报实时业务的自动气象站数据质量控制软件。该软件综合应用数据质量控制、网络消息即时通信等技术,将数据质量控制纳入气象信息业务流程,建立了省、市、县三级气象台站联动的自动站数据实时质量控制业务流程,实现了对江西省89个国家自动气象站和1531个区域自动气象站观测数据的实时质量控制,有效降低了自动站疑误数据对天气监测预报业务服务可能造成的不利影响。

青藏高原南北降水变化差异研究

利用青藏高原1960—2004年近45 a气象台站年降水记录,对高原中东部年降水做了空间变化分析,发现高原以唐古拉山为界,高原南北降水变化存在明显差异,特别是高原南部和东北部降水几乎成相反的变化.进一步分析5个重建的长时间降水序列,发现青藏高原南北降水在百年时间尺度上也存在明显的差异.在百年时间尺度上,过去600 a高原南北降水变化都在1740年和1850年左右发生突变.1740年以前,整个高原北部降水都在波动中增加,而高原南部在减小;1740—1850年期间,高原北部降水在波动中减小,而高原南部在增加;1850年以后,高原北部降水又在波动中增加,而高原南部降水在减小.高原南北降水变化的空间差异主要是由季风和西风带决定的.

城市热岛强度订正与供热量预报

利用公主坟自动气象站 (供热区 )和北京市观象台 (郊区 )间 1 997～ 2 0 0 1年 4个冬季逐月 ( 1 1月～ 3月 )逐日 4次气温差值 ,研究了城市热岛变化特征 ,结合其他研究提出了北京市各供热区城市热岛强度订正原则和初步结果。对北京市 2 0 0 1～ 2 0 0 2年采暖季的室内外气象 热力试验数据进行科学分析 ,求出不同环境温度条件下单位面积供热量模式 ,按此模式运行则存在较大节能空间。

自动气象站运行效能统计

利用中国气象局气象探测中心综合气象观测系统运行监控平台中对自动气象站的监控情况,将监控平台上2100余套国家级自动气象站的运行效能分华北、东北、华东、中南、西南、西北6个区域从数据到报率、可用性和可靠性3方面进行统计,并从数据报文格式错误和数据要素错误两方面对影响自动站效能的因素进行分析。结果表明:2007年9—10月全国国家级自动站的数据到报率、可用性和可靠性保持在80%以上,且三者的变化趋势基本一致;东北区域自动站的运行效能最高,而西南区域的运行效能最低;数据到报率是数据可用性和可靠性的前提条件,在数据到报率一定的情况下,数据报文格式错误较数据要素质量错误更多地影响数据可用性和可靠性;第1行格式错误较第2行格式错误对自动站效能的影响程度更大,相对于其他观测要素,地温要素是影响自动站效能高低的主要因子;在地温要素中,不同层次地温对自动站效能影响也存在一定差异,320 cm地温影响程度最大,而5 cm地温影响程度最小,基本呈现出越往地下深处地温要素对效能影响程度越大的趋势。

北京地区自动站降水特征的聚类分析

利用2007—2010年北京123个自动气象站逐时降水观测资料,采用聚类分析方法,对北京的主城区、西部和北部区、东北区、东南区共分为4个区域的逐时降水时空分布特征进行了分析。结果表明:通过与实际地形和下垫面类型比较,自动站分类较为合理,避免了在区域划分方面的主观因素影响。主城区降水集中时段最为突出,集中出现在7月逐日20—00时,且降水强度最强,降水量较大,降水小时数不多。西部和北部区降水集中出现在6月逐日18—20时、7月逐日23时至次日03时,降水小时数最多,降水强度不大,降水量不大。东北区降水主要集中出现在7月逐日00—08时和17—23时,降水小时数较多,降水强度不大,降水量最大;东南区降水主要集中出现在7月的逐日02—04时,降水小时数少,降水强度较大,降水量较大。

RS232串口转手机蓝牙通讯在自动气象站维修维护中的应用研究

目前,自动气象站采集器普遍采用RS232转USB的形式与笔记本电脑连接来实现对采集器的参数设置及观测数据的读取,自动气象站维修维护过程中携带工具(主要是笔记本电脑及其相应配件)繁重,转接线路复杂。本项目主要研究RS232串口转手机蓝牙通讯在自动气象站维修维护中的应用,通过将原有的RS232串口有线通讯方式转换成手机蓝牙通讯的无线连接,实现手机与采集器之间的无线通讯功能,减少携带笔记本电脑、RS232串口线等环节,极大地提高装备保障人员的工作效率。

气象观测站温湿度系统故障分析与诊断

自动气象站温湿度系统主要分为温湿度分采集器和温湿度传感器,简要介绍了国家气象站和区域气象站温湿度系统的结构和基本原理,以国家基本气象站中温湿度出现的一次故障分析为例,描述了解决方法,并根据日常工作阐述了其他故障排查方法。同时,为保证温湿度数据及时有效传输,减少故障次数的发生,给出了一些日常的维护方法,仅为台站业务技术人员提供参考借鉴。

雷达观测的渤海湾海陆风辐合线与自动站资料的对比分析

为了研究渤海西岸海陆风的演变规律,应用天津新一代天气雷达结合地面自动气象站实时资料,统计分析2007年晴空环境下,雷达监测到的由渤海湾海陆风导致的28次边界层辐合线的生消、演变规律,并研究雷达观测的海陆风辐合线与自动站观测的渤海湾海陆风的对应关系。结果表明:(1)雷达探测的沿海岸线形成的边界层辐合线对应的就是渤海湾海陆风辐合线;(2)海陆风辐合线只有在每年的5—9月才能在雷达上观测到,而且主要集中在6—9月;(3)晴空环境下,当较强的一条海陆风辐合线沿海岸线或在海上生成后移过雷达站,或直接生成在雷达站西北侧时,自动站观测显示陆风转为海风;(4)雷达探测的海陆风辐合线强度越强,且其垂直伸展高度越高,对应的自动站观测的海风风速越大。

自动气象站现场校准方法探讨

为确保各要素观测数据的准确、可靠并具有可比性,定期开展自动气象站校准是非常重要的。自动气象站现场校准不同于实验室的检定检测,受客观条件的影响,校准结果具有明显的不确定性。为了保证量值传递准确可靠,减小这种不确定性对校准结果造成的误判,对现场校准提出了改进方法。利用2004年至2006年山东省现场校准资料,采用对比方法分析了常规校准法与改进校准法校准误差的变化趋势。结果表明:按新的方法校准后,气温、湿度、气压传感器的校准误差分别减小0.1℃、1%和0.2hPa;地温传感器的超差数量由23.6%下降到5.2%。改进法减小自然环境对校准结果的影响,避免盲目更换传感器,弥补了常规法的不足。

基于GPRS的远程气象观测数据实时采集传输系统及其应用

通过对远程自动气象站数据实时采集传输通讯方式的比较 ,提出基于通用分组无线业务 (GPRS)的远程自动气象站数据实时采集和传输系统的技术方案 ,以小数据流方式 ,实现野外自动气象站观测数据的实时采集、传输和对观测设备运行的监控 ,达到节约经费 ,提高数据传输时效的目的 。