一種自動(dòng)氣象站質(zhì)量控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種自動(dòng)氣象站質(zhì)量控制方法，通過(guò)對(duì)多種質(zhì)量控制算法的組合，更加準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制；而且通過(guò)增加算法元數(shù)據(jù)的更新功能使得氣象自動(dòng)站的質(zhì)量控制算法更加符合本地化的需要。與傳統(tǒng)的質(zhì)量控制算法相比，本發(fā)明大大減少了預(yù)測(cè)所需的誤差，提高了預(yù)測(cè)精度。
【專利說(shuō)明】
_種自動(dòng)氣)象站質(zhì)量控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種自動(dòng)氣象站質(zhì)量控制方法，屬于氣象數(shù)據(jù)質(zhì)量控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 通過(guò)自動(dòng)氣象站可以完成多種氣象要素的自動(dòng)采集、傳輸、記錄和處理，大大降低 了采集工作的人力投入與風(fēng)險(xiǎn)，為氣象服務(wù)工作提供了方便。近幾年，隨著我國(guó)地面氣象現(xiàn) 代化建設(shè)進(jìn)度迅猛推進(jìn)，全國(guó)的自動(dòng)氣象站數(shù)量已經(jīng)超過(guò)三萬(wàn)。由于競(jìng)爭(zhēng)激烈，有些廠家已 經(jīng)開(kāi)始嘗試在中心站軟件中增加質(zhì)量控制功能，用來(lái)保證資料的質(zhì)量，減少錯(cuò)誤數(shù)據(jù)對(duì)氣 象預(yù)報(bào)的干擾。
[0003] 目前國(guó)內(nèi)外使用的質(zhì)量控制算法主要有:氣候極值范圍檢測(cè)、時(shí)間一致性檢查和 空間一致性檢查。這些算法直接應(yīng)用于自動(dòng)氣象站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理時(shí)，會(huì)產(chǎn)生如下問(wèn)題：
[0004] 1、氣候極值范圍難以精確：隨著全球氣候變化的影響，極端天氣、氣候事件頻發(fā)， 固定的氣候極值范圍太大，則形同虛設(shè);范圍過(guò)于精確，一旦出現(xiàn)極端天氣，將誤判實(shí)況值； [0005] 2、按年尺度分析，空間一致性前提難以滿足?？臻g一致性算法的前提是:假設(shè)空間 距離較近的氣象站點(diǎn)的特征值比距離較遠(yuǎn)的站點(diǎn)具有更多的相似性。由于受各地經(jīng)濟(jì)條件 不平衡的制約，自動(dòng)站網(wǎng)布局不合理。中東部經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)自動(dòng)站間隔較小，西部地區(qū)自 動(dòng)站間隔較大，特別是有些天氣敏感區(qū)、災(zāi)害易發(fā)區(qū)處于空白盲區(qū)，無(wú)自動(dòng)站點(diǎn)。因此，氣象 自動(dòng)站數(shù)量也會(huì)隨著氣象事業(yè)的發(fā)展，動(dòng)態(tài)的增加或減少。故而，在實(shí)際應(yīng)用中，空間上相 鄰站點(diǎn)是動(dòng)態(tài)變化的。
[0006] 以上兩點(diǎn)問(wèn)題使得自動(dòng)氣象站陷入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制效果不理想與算法閾值升 級(jí)難度大的困難中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種自動(dòng)氣象站質(zhì)量控制方法，通過(guò)對(duì)多種質(zhì) 量控制算法的組合，更加準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制；而且通過(guò)增加算法元數(shù)據(jù)的更新功能使得 氣象自動(dòng)站的質(zhì)量控制算法更加符合本地化的需要。與傳統(tǒng)的質(zhì)量控制算法相比，本發(fā)明 大大減少了預(yù)測(cè)所需的誤差，提高了預(yù)測(cè)精度。
[0008] 本發(fā)明提供一種自動(dòng)氣象站質(zhì)量控制方法具體步驟如下：
[0009] 步驟1，氣候業(yè)務(wù)人員根據(jù)實(shí)際需要選擇激活自動(dòng)氣象站中預(yù)設(shè)的質(zhì)量控制算法， 其中，質(zhì)量控制算法包括氣候極值范圍檢測(cè)、時(shí)間一致性檢查和空間一致性檢查；
[0010]步驟2,根據(jù)激活的質(zhì)量控制算法，對(duì)自動(dòng)氣象站采集到的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)質(zhì)量 檢查，并根據(jù)以下公式對(duì)檢查結(jié)果進(jìn)行計(jì)算：
[0012]式中，g(Xl)為自動(dòng)氣象站第i條氣象數(shù)據(jù)Xl的質(zhì)量檢查結(jié)果;A、B、C分別為氣候極 值范圍檢測(cè)、時(shí)間一致性檢查和空間一致性檢查的算法標(biāo)記，若算法處于激活狀態(tài)則取值 為1，否則取值為〇;心為氣候極值范圍檢測(cè)的結(jié)果，若氣象數(shù)據(jù)處于氣候極值的置信區(qū)間 內(nèi)，則Ri取值為1，否則取值為0;R2為時(shí)間一致性檢查的結(jié)果，若該站前后兩次采集到的氣象 數(shù)據(jù)變化率小于預(yù)設(shè)的時(shí)間變化率的閾值，則R 2取值為1，否則取值為〇;R3為空間一致性檢 查的結(jié)果，若該站采集到的氣象數(shù)據(jù)與鄰近自動(dòng)氣象站同時(shí)間段采集到的氣象數(shù)據(jù)的偏差 小于預(yù)設(shè)的相鄰偏差閾值，則R 3的取值為1，否則取值為〇;
[0013] 步驟3,氣候業(yè)務(wù)人員根據(jù)步驟2中計(jì)算得到的檢查結(jié)果，對(duì)氣象數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行 判斷，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象站的質(zhì)量控制。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，步驟3中氣候業(yè)務(wù)人員根據(jù)步驟2中計(jì)算得到的檢 查結(jié)果，對(duì)氣象數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行判斷，具體為：
[0015]若g(Xi)>0.7,貝IJ判定第i條氣象數(shù)據(jù)Xi合理;若0.7知^)多0.3，貝11判定第;[條氣 象數(shù)據(jù)xi可疑;若gUi) <0.2，則判定第i條氣象數(shù)據(jù)xi可拋棄。
[0016] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，步驟1中的質(zhì)量控制算法的元數(shù)據(jù)由氣候業(yè)務(wù)人 員根據(jù)自動(dòng)氣象站的歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。
[0017] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，質(zhì)量控制算法的元數(shù)據(jù)包括氣候極值范圍檢測(cè)算 法的氣候極值置信區(qū)間、時(shí)間一致性檢查算法的時(shí)間變化率閾值和空間一致性檢查算法的 相鄰偏差閾值。
[0018] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，自動(dòng)氣象站采集到的氣象數(shù)據(jù)包括溫度、雨量、氣 壓、風(fēng)向和風(fēng)速要素值。
[0019] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:本發(fā)明將多種質(zhì) 量控制算法通過(guò)組合引入氣象終端自動(dòng)站質(zhì)量控制系統(tǒng)中，并且在質(zhì)量控制算法的基礎(chǔ)上 增加了算法元數(shù)據(jù)的更新功能，可長(zhǎng)年無(wú)人值守自動(dòng)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制算法自動(dòng)化，經(jīng)過(guò)測(cè)試 證明，本發(fā)明的方法能大大減少了預(yù)測(cè)所需的誤差，提高了預(yù)測(cè)精度，在氣象數(shù)據(jù)質(zhì)量控制 方面具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：
[0021] 傳統(tǒng)的質(zhì)量控制算法通常運(yùn)行于自動(dòng)氣象站中，且算法中的檢驗(yàn)閾值固定不變。 中國(guó)區(qū)域經(jīng)煒度跨度范圍大，自動(dòng)氣象站在質(zhì)量控制算法中使用統(tǒng)一或固定不變的檢驗(yàn)閾 值，使得氣象數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制效果較差。
[0022] 本發(fā)明提供一種自動(dòng)氣象站質(zhì)量控制方法，將多種質(zhì)量控制算法進(jìn)行組合后，依 據(jù)算法元數(shù)據(jù)對(duì)氣象自動(dòng)站采集到的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，可以更加準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制。
[0023] 以下通過(guò)對(duì)某市某氣象自動(dòng)站的質(zhì)量控制，對(duì)本發(fā)明的方法流程進(jìn)行闡述。該氣 象自動(dòng)站包括上位機(jī)和下位機(jī)兩個(gè)部分。下位機(jī)負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，上位機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)下位機(jī)采集 的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集并質(zhì)量控制處理。
[0024] 質(zhì)量控制方法運(yùn)行在氣象自動(dòng)站上位機(jī)上，首先，獲取氣象自動(dòng)站下位機(jī)采集到 的觀測(cè)數(shù)據(jù)，其中包括氣象自動(dòng)站下位機(jī)的內(nèi)部溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)向風(fēng)速儀的數(shù) 據(jù);然后，通過(guò)集成的氣候極值范圍檢測(cè)、時(shí)間一致性檢查、空間一致性檢查這三種質(zhì)量控 制算法，利用算法元數(shù)據(jù)進(jìn)行靈活檢驗(yàn)。
[0025] 其中，當(dāng)"氣候極值范圍檢測(cè)"處于激活狀態(tài)時(shí)，首先對(duì)該記錄中的溫度、雨量、氣 壓、風(fēng)向和風(fēng)速要素值進(jìn)行過(guò)界限檢查和要素合理值檢查，排除非法數(shù)據(jù)，如風(fēng)向必須不超 過(guò)360度，溫度不超過(guò)100度等;然后判斷這些要素值是否處于算法元數(shù)據(jù)中氣候極值的置 信區(qū)間內(nèi)。當(dāng)"時(shí)間一致性檢查"處于激活狀態(tài)時(shí)，將該站當(dāng)前時(shí)次與上一時(shí)次要素之差與 算法元數(shù)據(jù)中時(shí)間變化率閾值。當(dāng)"空間一致性檢查"處于激活狀態(tài)時(shí)，首先獲取鄰近站同 一時(shí)間段的氣象記錄，然后計(jì)算該站與周邊站溫度之差，并將其與算法元數(shù)據(jù)中相鄰偏差 閾值進(jìn)行比較。
[0026]由于本發(fā)明方法集成氣候極值范圍檢測(cè)、時(shí)間一致性檢查、空間一致性檢查這三 種質(zhì)量控制算法，首先，氣候業(yè)務(wù)人員根據(jù)喜好在氣象自動(dòng)站上位機(jī)中指定處于激活狀態(tài) 的質(zhì)量控制算法。
[0027]然后，根據(jù)激活的質(zhì)量控制算法，對(duì)自動(dòng)氣象站采集到的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)質(zhì)量 檢查，并根據(jù)以下公式對(duì)檢查結(jié)果進(jìn)行計(jì)算：
[0029] 式中，g(Xl)為自動(dòng)氣象站第i條氣象數(shù)據(jù)Xl的質(zhì)量檢查結(jié)果;A、B、C分別為氣候極 值范圍檢測(cè)、時(shí)間一致性檢查和空間一致性檢查的算法標(biāo)記，若算法處于激活狀態(tài)則取值 為1，否則取值為〇;心為氣候極值范圍檢測(cè)的結(jié)果，若氣象數(shù)據(jù)處于氣候極值的置信區(qū)間 內(nèi)，則Ri取值為1，否則取值為〇 ;R2為時(shí)間一致性檢查的結(jié)果，若該站前后兩次采集到的氣象 數(shù)據(jù)變化率小于預(yù)設(shè)的時(shí)間變化率的閾值，則R 2取值為1，否則取值為〇;R3為空間一致性檢 查的結(jié)果，若該站采集到的氣象數(shù)據(jù)與鄰近自動(dòng)氣象站同時(shí)間段采集到的氣象數(shù)據(jù)的偏差 小于預(yù)設(shè)的相鄰偏差閾值，則R 3的取值為1，否則取值為0。
[0030] 最后，氣候業(yè)務(wù)人員根據(jù)上述計(jì)算得到的檢查結(jié)果，對(duì)氣象數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行判斷， 從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象站的質(zhì)量控制。
[0031] 進(jìn)一步地，氣候業(yè)務(wù)人員根據(jù)計(jì)算得到的檢查結(jié)果，對(duì)氣象數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行判斷， 具體為:若g(Xi)>0.7,則判定第i條氣象數(shù)據(jù)Xi合理;若0.7^^^)多0.3，則判定第;[條氣 象數(shù)據(jù)Xi可疑;若gUi) <0.2，則判定第i條氣象數(shù)據(jù)Xi可拋棄。
[0032] 進(jìn)一步地，本發(fā)明中質(zhì)量控制算法的元數(shù)據(jù)可以由氣候業(yè)務(wù)人員根據(jù)自動(dòng)氣象站 的歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，包括:對(duì)某氣象自動(dòng)站的歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)求取氣候極值，其中包括 極大值與極小值;對(duì)某氣象自動(dòng)站的歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)求取變化差值;對(duì)某氣象自動(dòng)站與周邊 站的歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)求取空間變化差值，其中，周邊站的指定由氣候業(yè)務(wù)人員根據(jù)周邊站的 關(guān)聯(lián)性進(jìn)彳丁調(diào)整。
[0033] 由于質(zhì)量控制算法的算法元數(shù)據(jù)處理需要使用氣象自動(dòng)站的大量歷史觀測(cè)數(shù)據(jù) 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，因此，可將質(zhì)量控制方法與算法元數(shù)據(jù)處理部分進(jìn)行邏輯上分離，質(zhì)量控制 方法運(yùn)行在功能單一的氣象自動(dòng)站上位機(jī)中，算法元數(shù)據(jù)處理部分放在高性能計(jì)算機(jī)上且 允許多個(gè)氣象自動(dòng)站使用相同的高性能計(jì)算機(jī)進(jìn)行自己的算法元數(shù)據(jù)處理，這樣做即降低 了氣象自動(dòng)站的硬件成本，又可以動(dòng)態(tài)獲取質(zhì)量控制方法所需要的算法元數(shù)據(jù)，條件檢測(cè) 的范圍上要比傳統(tǒng)的質(zhì)量控制算法要更嚴(yán)謹(jǐn)，更精細(xì)。
[0034] 以上所述，僅為本發(fā)明中的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種自動(dòng)氣象站質(zhì)量控制方法，其特征在于，具體步驟如下： 步驟1，氣候業(yè)務(wù)人員根據(jù)實(shí)際需要選擇激活自動(dòng)氣象站中預(yù)設(shè)的質(zhì)量控制算法，其 中，質(zhì)量控制算法包括氣候極值范圍檢測(cè)、時(shí)間一致性檢查和空間一致性檢查； 步驟2,根據(jù)激活的質(zhì)量控制算法，對(duì)自動(dòng)氣象站采集到的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)質(zhì)量檢 查，并根據(jù)W下公式對(duì)檢查結(jié)果進(jìn)行計(jì)算：式中，g(xi)為自動(dòng)氣象站第i條氣象數(shù)據(jù)xi的質(zhì)量檢查結(jié)果;A、B、C分別為氣候極值范 圍檢測(cè)、時(shí)間一致性檢查和空間一致性檢查的算法標(biāo)記，若算法處于激活狀態(tài)則取值為1， 否則取值為0;化為氣候極值范圍檢測(cè)的結(jié)果，若氣象數(shù)據(jù)處于氣候極值的置信區(qū)間內(nèi)，貝化1 取值為1，否則取值為0;R2為時(shí)間一致性檢查的結(jié)果，若該站前后兩次采集到的氣象數(shù)據(jù)變 化率小于預(yù)設(shè)的時(shí)間變化率的闊值，則R2取值為1，否則取值為0;R3為空間一致性檢查的結(jié) 果，若該站采集到的氣象數(shù)據(jù)與鄰近自動(dòng)氣象站同時(shí)間段采集到的氣象數(shù)據(jù)的偏差小于預(yù) 設(shè)的相鄰偏差闊值，貝化3的取值為1，否則取值為0; 步驟3,氣候業(yè)務(wù)人員根據(jù)步驟2中計(jì)算得到的檢查結(jié)果，對(duì)氣象數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行判斷， 從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象站的質(zhì)量控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)氣象站質(zhì)量控制方法，其特征在于，步驟3中氣候業(yè) 務(wù)人員根據(jù)步驟2中計(jì)算得到的檢查結(jié)果，對(duì)氣象數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行判斷，具體為： 若g(xi)>0.7,則判定第i條氣象數(shù)據(jù)xi合理;若0.7>肖佔(zhàn)）>0.3，則判定第1條氣象數(shù) 據(jù)XI可疑;若g(Xi ) <0.2，則判定第i條氣象數(shù)據(jù)XI可拋棄。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)氣象站質(zhì)量控制方法，其特征在于，步驟1中的質(zhì)量 控制算法的元數(shù)據(jù)由氣候業(yè)務(wù)人員根據(jù)自動(dòng)氣象站的歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種自動(dòng)氣象站質(zhì)量控制方法，其特征在于，質(zhì)量控制算法的 元數(shù)據(jù)包括氣候極值范圍檢測(cè)算法的氣候極值置信區(qū)間、時(shí)間一致性檢查算法的時(shí)間變化 率闊值和空間一致性檢查算法的相鄰偏差闊值。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)氣象站質(zhì)量控制方法，其特征在于，自動(dòng)氣象站采集 到的氣象數(shù)據(jù)包括溫度、雨量、氣壓、風(fēng)向和風(fēng)速要素值。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK106096266SQ201610404944
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月8日
【發(fā)明人】周北平, 陳挺, 游慶龍, 宋耀明, 吳鵬飛, 邱章強(qiáng), 胡亞男, 王學(xué)梅, 黃立偉
【申請(qǐng)人】南京信息工程大學(xué)