高时空分辨率自动站温度观测资料自主质量控制研究

中国地面自动站观测系统的建设日趋完善,目前已建成六万多个自动气象观测站点。严格的质量控制是自动站资料有效应用的前提条件,然而如何分辨高分辨率自动站资料中的局地小尺度天气信息和错误资料导致的局地变化特征一直是自动站质量控制的难点。本研究在分析地面温度空间尺度特征和误差分布特征的基础上,建立了仅依赖观测资料的EOF(Empirical Orthogonal Function)地面温度观测质量控制方法。研究利用2022年1月和5月的地面自动站温度观测资料,进行了质量控制试验,并对比了质量控制前后自动站观测资料和CRA40(CMA's global atmospheric Re-Analysis)资料中的地面气温差异特征。结果表明:建立的观测资料自主质量控制方法可以有效地识别错误观测资料,很好地避免了背景场误差、陡峭地形和局部天气变化对质量控制的影响,质量控制后的自动站温度与CRA40资料的地面温度差异明显减小,空间相关性也有明显提高,证明质量控制能够有效剔除错误资料并提高自动站资料的空间连续性。

基于“天擎”数据云平台沈阳自动站数据自动化监测告警平台设计与应用

文章对自动气象站数据实时监控技术进行研究,基于“天擎”数据云接口开发本地自动气象站数据实时监测告警平台,使用数据采集优化、数据告警机制建立、平台集约化设计、配置与部署等方式实现平台面向不同用户业务领域展开应用。平台在提高数据自动化监测能力、减少故障维修时效的同时,为短临降水预报预警、气象工作服务等业务提供可靠的判断依据。

适用于全国自动站小时降水资料的质量控制方法

区域自动站逐小时降水资料对于气象预警、决策服务、预报验证等非常重要。资料在提供使用前其质量状况应是可知的。在制作的区域自动站逐小时降水资料数据集基础上,并结合国家级台站观测的小时降水资料,通过深入分析错误数据的存在方式,研制形成全国自动站逐小时降水资料质量控制方案。该方案适用于全国范围内区域站和国家站,实时和非实时上传的逐小时降水资料自动质量控制。最后介绍了利用该方案对2006—2009年实时上传的全国自动站小时降水资料的质量评估结果。

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。

基于区域自动站的水城局地暴雨分布特征

利用水城区2019~2023年35个区域站逐日降水量资料,对水城区乡镇暴雨特征进行统计分析。结果表明:近5a来,水城区总降水量总体表现为东部大于西部、北部大于南部;暴雨日的多少基本与总降水量大小的落区一致,且与降水总量的大小关系密切;水城区乡镇暴雨日主要集中在6~9月,以6月暴雨日为最多,其次是7月,6、7月总暴雨日数占全年的60%以上;水城区一次仅有1个站点达到暴雨的暴雨过程共有25次,一次同时出现2~3个站点达到暴雨的暴雨过程共有33次,1~3个站点达到暴雨占总暴雨站次的50%,同时出现29~32个站点达到暴雨的暴雨过程各有1次,因此,水城区的暴雨具有局地性特征,出现大范围暴雨的概率小;水城区对流系统在傍晚到凌晨均为活跃时段,凌晨对流系统产生的降水频次更多,降水量也更多。

故障树分析在DZZ4型自动站雨量异常诊断中的应用

为了快速精准定位DZZ4型自动站雨量传感器相关故障,从SL3-1型双翻斗雨量传感器的组成和工作原理入手,结合多年工作经验,建立了一个较为完整的DZZ4型自动站雨量异常故障树(Fault Tree)模型。通过定性分析确定了导致雨量异常的18个最小割集,并提出了相应的排查和处理方法,可为装备保障人员在DZZ4型自动站雨量异常故障诊断排除时提供依据和参考,也为SL3-1型翻斗式雨量传感器的构件改进提供了思路。

自动站小时气温数据质量控制系统研究

逐小时自动站数据对于气象灾害预警、决策服务及预报预测等十分重要。以国家级自动站小时观测气温数据为基础,分析研究小时气温数据的疑误形式,针对各种疑误数据,利用国家级台站建站以来的日最高、日最低以及4时次(北京时02、08、14时和20时)定时观测气温数据,研制形成适用于中国自动站(区域站和国家站)逐小时气温数据质量控制系统,并将此系统应用到2006—2010年中国27000多自动站小时气温观测数据中。结果表明:区域站的正确率、可疑率、错误率分别为99.43%、2.24‰和3.45‰,国家站则分别为99.82%、1.27‰和0.49‰;区域站和国家站数据的可疑率相当,但错误率国家站明显比区域站低一个量级。通过历史数据质量控制分析,证明自动站气温质量控制系统设计合理,可以判断出错误数据和可疑数据,具有可用性。

2005—2019年自动站与人工站降水量观测资料对比分析

为了研究自动站与人工站降水量历史资料序列差异,检验两者数据准确性及降水偏多或偏少的原因。文章利用长春国家基准气候站2005-01-01—2019-12-31逐日、月、年自动站与人工站并行观测降水量资料,通过日降水量与月降水量系统误差百分率进行差异分析。结果表明:夏半年及冬半年日降水量≤10.0 mm自动站与人工站差值符合标准的比例达90%~93%,说明小雨时翻斗式雨量传感器精准度高;双翻斗雨量传感器的测量数据较单翻斗雨量传感器更接近真实值;称重式降水传感器的测量数据在冻雨及雨夹雪天气下误差大。通过自动站与人工站数据对比,验证了两者差异存在的原因及与真实值的接近程度,能够为数据研究提供依据。

基于区域自动站资料探讨石家庄地区大风特征

选用石家庄市2017—2021年国家站及区域自动站正点10 min平均风向风速及极大风向风速资料,按照常规统计方法,通过风玫瑰图、大风日数及空间分布、月季变化、日变化、大风持续时间、大风极值、天气过程分类对国家站、区域站大风特征进行分析。结果表明:(1)区域站数据可以作为国家站数据的有效补充。(2)石家庄大风出现的总体规律是西部地区多于其他地区,山区多于平原,同时具有很强局地性特征。(3)各地大风日季节变化特征为春季多,初秋少。大风日变化显著,白天出现大风次数明显多于夜间,下午出现大风次数明显多于上午。(4)在偏北大风天气过程中,中西部县(市)区域站大风持续时间>5 h;中东部县市区域站大风持续时间均<5 h。从西部开始到全区出现大风经过3~4 h,夏季雷雨大风从西北县(市)开始发展到全区经过1~2 h。

区域自动站数据台站级质控方法

为了做好台站级区域自动站数据的质量控制工作,文章从极值、最大允许变化值、空间一致性、要素相关性等方面分析了有效的方法和本地化阈值,通过实例分析,Madsen-Allerup空间一致性检查、标准差对比法和线性回归估算法等检查方法均有较好的表现,业务人员可根据站点的具体情况进行分级检查。在降水的质控中,除常见方法外还给出了结合雷达反射率和降水阈值的判定方法,以减少误判。希望研究结果能为区域自动站数据质量控制工作提供参考。

自动站间闭塞电路动作异常案例分析及对策

单线铁路应用的自动站间闭塞是两站间安全高效接发列车的重要保证。针对两站联锁设备中一站采用电子执行模块通过站间信息传输设备与邻站继电自动站间闭塞设备结合,发生的一起因自动站间闭塞电路动作异常而造成站间闭塞办理失败的案例,对两站现场数据进行研究分析,得出本站联锁系统因接收到的对方站发来的同意接车正电信息脉冲时长较短,将其判定为无效信息,导致闭塞命令信息交互流程中止,是造成站间闭塞办理失败的主要原因。进一步研究发现,作为中间传递环节的站间信息传输设备,在不利条件下产生的脉冲时长会缩短。针对该问题提出3种解决方案,经比选最终选取修改影响较小的方案,即修改联锁设备对站间闭塞信息时长的容忍参数,现场实施后效果良好。该案例启示,采取基于通信方式直接交互闭塞信息的方式,可减少中间环节,是以后单线铁路实现站间闭塞的发展趋势。

国家级地面自动站A文件质量控制方法及软件开发

地面自动站A文件是以站月为单位的气象观测综合资料,具有要素多、信息量大的特点。为了实现有效的质量控制,研究了更为全面的国家级的质量控制方法并遵循软件工程理论,采用模块化的设计方法完成了应用软件的开发,这对保证我国地面自动站观测数据的质量起到了重要作用。

地面自动站资料质量控制方案及应用

为满足精细、短时天气预报的需求,我国地面自动站(AWS)观测系统的建设日趋完善。AWS资料在数值预报系统中没得到充分使用的原因之一是AWS观测资料的特殊性及数值预报系统缺少有效针对AWS观测资料的质量控制(QC)方案。本文AWS QC方案在参考国际先进的AWS QC方案基础上,根据我国地面自动站的特点和数值天气预报模式对地面资料应用的要求设计。其目的是解决AWS观测资料在数值预报中应用的质量问题。本方案采用多种质量控制技术,其中包括台站气候极值检查、要素间一致性检查、时间一致性检查、持续性检查、背景场一致性检查、空间一致性检查、综合决策算法、自动统计评估反馈技术。本文从检查方法对错误资料的敏感度和确定性进行理论分析表明,该方案具有更强的敏感度和确定性。将该方案应用于北京地区2006年8月AWS实际观测资料检验,结果表明,该方案能有效地识别观测资料中存在明显错误的资料,有效地为地面自动站资料在数值模式中的应用提供客观质量依据。

宁夏自动站与人工观测气温的差异对比分析

利用2003—2004年宁夏17个自动站和人工站的气温平行观测资料,进行了对比差值及其均方根、标准差、粗差率和一致率等方面的对比分析,并对自动站观测气温序列进行了显著性检验。结果表明:由于观测原理、时次、方式等方面的不同,造成了两种仪器的气温偏差有明显的日变化,季节性和地域性差异不明显,自动站观测气温与历史序列无显著性差异。虽然自动站有很多人工站无法比拟的优越性,但两者之间的偏差较大,特别是白天,偏差幅度超过±0.2℃,离正常业务使用有一定的距离,所以需要一定时间的平行观测,对其数据序列进行均一性分析和客观订正,使其在天气预报和气象服务工作中更好地发挥作用。

基于自动站观测资料的深圳城市热岛研究

利用103个自动站气温观测资料,对深圳的城市热岛现象进行了研究。分析表明:1)高速的城市化进程造成自动站周边下垫面属性的变化,对气温造成了显著影响,这种影响即使是在仅仅10年内也表现得较为明显。2)由于深圳地处海滨,深圳的近地层气温分布是海陆作用叠加城市热岛效应形成的结果。按照传统定义的深圳城市热岛,其空间分布在不同季节和时段有较大变化。最后,进一步设计了人口密度加权城市热岛指标,该指数空间分布形态较为稳定,不会随季节出现较大变化,适合城市建设管理的需要。

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。

适用于全国气象自动站正点相对湿度资料的质量控制方法

在国家气象信息中心制作的全国自动站正点相对湿度资料数据集基础上,结合地面月报文件中相对湿度资料,通过深入分析错误数据的存在方式,最终研制形成全国自动站(包括国家级自动站和区域自动站)正点相对湿度资料质量控制方案。利用该方案,对2006—2009年实时上传的全国自动站正点相对湿度资料进行了质量评估,数据的可用率、可疑率、错误率分别为:96.68%、0.30%、3.02%。并指出当经过质量控制后,数据被判为可疑数据时,可考虑结合人工分析辅助判断。

“两级质控、第三方运营”水质自动站管理模式初探

以江苏省太湖流域水质自动站管理模式为例,从运维管理、质控管理等角度介绍了"两级质控、第三方运营"水站管理模式的基本结构、概念和优势。

对流天气系统自动站雨量资料同化对降雨预报的影响

利用GRAPES(Global and Regional Assimilation and Prediction Enhanced System,全球/区域同化预报系统)三维变分同化系统,针对对流天气系统特点,用改进的郭晓岚对流参数化方案作为观测算子,同化广东省自动站记录的对流天气系统的雨量资料,并且与同化探空资料进行了比较。在雨带有明显改进的区域,分别同化这两种资料都可以调整大气低层水汽辐合增加(或辐散),对流层中下层增暖增湿(或变冷变干),从而增加(或减少)降水,表明降水的同化方案对初始场的调整在一定程度上符合探空观测。进一步讨论同时同化这两种资料对暴雨预报的影响,结果表明同化自动站降水资料对暴雨系统短时预报有正面影响,同时同化这两种资料,可以弥补资料的不足。

海南省自动站气温观测资料评估及气候订正研究

通过海南省16个气象台站2004～2005年自动站与人工并行观测气温资料的对比分析,根据相关标准对海南省自动站气温资料进行了评估。分析表明:海南省自动站与人工观测气温的偏差有日变化和季节差异。产生偏差原因有观测仪器的系统性偏差、观测仪器对气温变化响应的灵敏度、观测时间的差异、太阳辐射对观测仪器的影响等。建立了海口自动站与人工观测气温值之间的经验换算关系,为气候资料的前后连续性使用提供了订正的思路和方法。