[发明专利]一种气象数据质量控制方法

说明书

本发明公开了一种气象数据质量控制方法，借鉴湍流通量观测数据质量控制的技术经验，在界限值检查方法的主体框架思路下，研发新的界限值计算方案进行质量控制试验，探索高频气象资料的质量控制方法和流程，力求在运算简便，计算成本低，计算时间少、准确性较高等方面展开技术创新。

技术领域

本发明涉及气象监测技术领域，具体的说是一种气象数据质量控制方法。

背景技术

地面气象站点观测资料是了解天气变化、探索天气-气候演变规律、开展科学研究和气象服务的基础，是气象观测的重要资料之一。随着气象观测技术的进步，气象要素的观测精度和时间频率越来越高，伴随着业务需求的发展和网络技术的提高，气象观测数据上传频率由1小时一次，提高到了1分钟一次甚至1秒钟多次，气象要素的时效性极大的增加。近些年，我国开始布设秒级采样地面观测业务系统。相对于传统的观测手段，高频采样(秒级)观测数据能更精细的描述大气的微物理过程，可为我国数值预报、气候监测、气候变化等科研业务工作提供重要的基础数据。但是，未经处理的高频采样数据中会包含信号噪音引起的异常值，同时由于大气中小尺度微气团的存在，自动观测系统采集得到的资料(特别是风观测资料)会存在短周期的高频脉动变化，这种原始高频脉动变化对天气分析是无意义的，影响站点观测资料的代表性。气象高频观测资料中的缺测数据和错误数据，需要对其补充或修正，从而保证观测资料最大程度的完整和最大可能的准确。在站点观测资料使用前，进行质量控制检查，是提高观测资料质量，确保资料准确性的关键环节。

目前，国际上已经有一些针对质量控制和保证的通量处理软件，例如英国爱丁堡大学的Edire(Eddy Reprocessing)、德国拜罗伊特大学的TK2(Turbulence Knight2)、荷兰瓦赫宁根大学的ECPACK等。但是这些软件本身使用不是很方便，普遍适用性还没有经过验证，还有待进一步研究(Mauder et al.，2006；；徐自为等，2008)。

以往有关气象高频观测资料的质量控制方法研究，多以小时及以上时间尺度资料分析为主。由于高频观测数据量较多，时间间隔短，直接进行质量控制难道较大，部分研究人员将这些高频数据换算为小时数据进行质量控制，未进行直接的质量控制。

以往质量控制方案多偏重于局部地区或某次大的天气过程进行数据质量控制，而针对中国区域固定单一站点的气象高频数据的质量控制方法研究尚欠缺，针对不同时间尺度的界限值方案不通用，往往月值界限值方案用于日值，误检率较高；日值界限值方案用于小时值，误检率较高，现有方案的普适性较差。数据量越大，计算效率越低，准确性难以保证。现有气象观测资料的质量控制方法：区域界限值方法，已经在全球非常通用，一般均以探求数据的上下限界限值为主，涉及阈值选取，一些方案选择上下极值为历史极值，或是极值的多少倍；一些方案选择高一时间尺度的数据来控制低一时间尺度的数据(小时数据作为界限控制分钟数据，日值数据作为界限控制小时数据，月值数据作为界限控制日值数据等等)；一些方案通过计算数据在一定区间的标准差，然后根据正态分布的原则，给定多少倍的标准差，来实现界限控制。以上方案，针对时间尺度较大，或是数据量不大情况，往往能完成控制，但对于高频观测数据，一秒一次，或是一秒多次，由于本身数据量大，计算繁琐，计算代价高，时效差，常规界限值控制方案不能在最短的时间内判断“可疑”数据，甚至有计算不下去的风险，故很多研究不针对高频观测数据进行界限值质量控制，针对中国区域的气象高频(秒级)数据的质量控制方法研究尚欠缺。

由于高频观测数据量较多，时间间隔短，直接进行质量控制难道较大，对计算机资源的需求高，计算成本高，部分研究人员将这些高频数据换算为小时、日、旬、候数据再利用传统的质量控制技术(气候学界限值检查、区域界限值检查、时间一致性检查、内部一致性检查、空间一致性检查等)进行质量控制。

本方案借鉴湍流通量观测数据质量控制的技术经验，在界限值检查方法的主体框架思路下，研发新的界限值计算方案进行质量控制试验，探索高频气象资料的质量控制方法和流程，力求在运算简便，计算成本低，计算时间少、准确性较高等方面展开技术创新。

发明内容