總結(jié)：全國自動氣象站實時觀測資料三級質(zhì)量控制系統(tǒng)研制與完善
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作者：張毅
氣象數(shù)據(jù)質(zhì)量控制(Qc)是質(zhì)量管理體系中最為重要的組成部分，它包括在氣象臺站和數(shù)據(jù)中心的資料審核，以便發(fā)現(xiàn)資料中的缺測數(shù)據(jù)和錯誤數(shù)據(jù)而對其補充或修正，從而保證資料最大程度的完整和最大可能的準確。為保證達到這一目的，設計好的質(zhì)量控制系統(tǒng)包括質(zhì)量控制技術(shù)是必需的。一套質(zhì)量控制系統(tǒng)應該包含將錯誤資料返回源地核實，并防止錯誤再次發(fā)生的程序(WMO，2008)。在資料提供給用戶前，對其進行質(zhì)量檢查，是提高資料的質(zhì)量，保證資料發(fā)揮高效益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)（任芝花等，2006）。
國內(nèi)外針對地面氣象資料質(zhì)量控制技術(shù)的研究與應用主要包括氣候?qū)W界限值檢查、區(qū)域界限值檢查、要素間內(nèi)部一致性檢查、時間一致性檢查和空間一致性檢查等（任芝花等，2005；2006；2007b;劉小寧等，2005；陶士偉等，2007;2009;王海軍等，2007；2012；中國氣象局，2010；李亞麗等，2015；Sciuto et al，2009；Zahumensk, 2004; Peterson et al, 1998; Feng et al,2004；Vejen et al，2002; WMO，1992)。上述技術(shù)可用于觀測臺站、數(shù)據(jù)中心。質(zhì)量控制適用于實時態(tài)，但也可非實時運作，例如定期的質(zhì)量控制。隨著地面觀測自動化技術(shù)的發(fā)展，西方發(fā)達國家紛紛研制了地面自動觀測資料質(zhì)量控制系統(tǒng)。北歐五國（丹麥、芬蘭、冰島、挪威、瑞典）對自動站資料控制流程分4級：臺站級資料質(zhì)量控制、入庫前實時資料質(zhì)量控制、入庫后非實時資料質(zhì)量控制以及人工審核（熊安元，2003）。美國由1100多個觀測站組成的地面自動觀測系統(tǒng)，在業(yè)務運行中，通過對資料進行臺站級、州級、國家級三級質(zhì)量控制，及時發(fā)現(xiàn)并反饋觀測資料的質(zhì)量問題，保證資料的準確性(周林等，2002)。截至2005年底，中國氣象局已建立了1800多個國家級地面自動氣象站，并將自動站每月所有觀測數(shù)據(jù)及相關(guān)信息以單站月報數(shù)據(jù)文件（中國氣象局，2005）的形式滯后1至2個月進行傳輸與歸檔。針對上述自動站整月觀測數(shù)據(jù)，國家氣象信息中心聯(lián)合安徽省氣象局、湖北省氣象局研制了圖1所示的由臺站，到省級、國家級資料部門的地面自動站非實時資料三級質(zhì)量控制業(yè)務系統(tǒng)(任芝花等，2007a)，并于2007年開始業(yè)務應用。該系統(tǒng)中各級質(zhì)量控制融合了自動控制技術(shù)和交互式應用技術(shù)，提高了自動進程能力，允許在必要時對疑誤數(shù)據(jù)進行詳細的人工分析、判斷與修正。
至2009年，全國已建地面自動站（含國家級自動站和區(qū)域自動站，下同）30000余個，迄今已55000多個。自動站觀測資料雖然2006年就開始實時上傳，且臺站及數(shù)據(jù)量在不斷增加，但是至2009年，尚未建立針對自動站實時上傳資料的質(zhì)量控制業(yè)務，嚴重阻礙了該資料的科研業(yè)務應用。2009年底中國氣象局成立了由國家氣象信息中心、江西、廣西和湖北氣象局等單位有關(guān)技術(shù)人員組成的全國自動站實時資料質(zhì)量控制與綜合評估系統(tǒng)研發(fā)團隊，旨在研制一套基本適用于全國自動站實時資料的質(zhì)量控制技術(shù)方法，建立臺站、省級、國家級資料部門的地面自動站實時資料三級質(zhì)量控制與反饋業(yè)務系統(tǒng)，以提高自動站觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，在實時業(yè)務中保障用戶用到基本正確的有效數(shù)據(jù)。本文從質(zhì)量控制技術(shù)研制、系統(tǒng)功能設計與應用等角度進行闡述。
1 質(zhì)量控制對象
質(zhì)量控制對象為國家級自動站和區(qū)域自動站實時觀測與上傳的逐小時正點氣溫、氣壓、濕度、風向風速和降水要素數(shù)據(jù)。各要素數(shù)據(jù)內(nèi)容如下：(1)氣溫：正點氣溫、小時內(nèi)最高氣溫和最低氣溫；(2)氣壓：正點本站氣壓、小時內(nèi)最高本站氣壓和最低本站氣壓；(3)空氣濕度：正點相對濕度、小時內(nèi)最小相對濕度；(4)風向風速：正點2 min平均風速風向、正點10 min平均風速風向、小時內(nèi)最大風速風向、小時內(nèi)極大風速風向；(5)降水：正點前th雨量。
2 質(zhì)量控制技術(shù)
2.1 技術(shù)思路
質(zhì)量控制的目的是盡可能將隱藏在數(shù)據(jù)集中的錯誤數(shù)據(jù)得到有效檢測，保障用戶用到基本正確可靠的資料。假設提前知道錯誤數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式，針對不同表現(xiàn)形式的錯誤數(shù)據(jù)采取相應的檢測技術(shù)，其檢測效果則顯而易見。因此質(zhì)量控制技術(shù)方案的研制必須深入數(shù)據(jù)內(nèi)部，了解數(shù)據(jù)本身的規(guī)律以及各種原因引起的錯誤數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式。自動站小時資料質(zhì)量控制技術(shù)的研制是基于上述認識，基于全國氣象部門區(qū)域自動站及國家級自動站運行后實時上傳的所有小時資料開展的。
通過對2006年以來實時上傳的地面自動站逐小時觀測的溫、壓、濕、風、雨量數(shù)據(jù)的應用分析，發(fā)現(xiàn)資料中錯誤數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式如下：(1)普遍以大值、小值形式存在的奇異數(shù)據(jù)；(2)數(shù)據(jù)長時間連續(xù)無變化或微變；(3)小時數(shù)據(jù)時間變率過大；(4)正點數(shù)據(jù)與相應小時內(nèi)測量的極值不一致；(5)數(shù)據(jù)空間分布明顯異常等現(xiàn)象。
在分析錯誤數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式及質(zhì)量控制技術(shù)調(diào)研基礎上，確定了圖2所示的全國自動站溫、壓、濕、風、雨實時資料質(zhì)量控制技術(shù)的基本思路，包括界限值檢查、時間一致性檢查、內(nèi)部一致性檢查、空間一致性檢查等，每種檢查過程又包含多項控制方式。圖2所示的質(zhì)量控制技術(shù)均可通過軟件自動完成，但是自動質(zhì)量控制后，仍有一部分可疑數(shù)據(jù)無法明確其對與錯，該部分數(shù)據(jù)需要有經(jīng)驗的質(zhì)量分析方面的專家，借助人機交互質(zhì)量監(jiān)控界面提供的多種信息進一步分析判斷。
2.2質(zhì)量控制流程
經(jīng)質(zhì)量控制的每個觀測數(shù)據(jù)應給出表征該數(shù)據(jù)質(zhì)量狀況的信息，以便數(shù)據(jù)處理者和用戶參考。實際應用中，用質(zhì)量控制碼（Qc碼）表示數(shù)據(jù)的質(zhì)量狀況，oc碼的規(guī)定（中國氣象局，2005; 2010）如下：
數(shù)據(jù)正確： QC碼=O
數(shù)據(jù)可疑： QC碼=1
數(shù)據(jù)錯誤： QC碼=2
無觀測數(shù)據(jù)： oc碼=8
數(shù)據(jù)未作質(zhì)量控制： oc碼=9
本質(zhì)量控制為順序控制。質(zhì)量控制過程中，按照圖3流程進行質(zhì)量控制，首先設置數(shù)據(jù)的初始oc碼-o，當無觀測數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)缺測時QC碼=8，然后依次進行質(zhì)量檢查。圖3中，中間箭頭表示被檢數(shù)據(jù)通過相應oc模塊檢查，左右兩側(cè)的箭頭代表未通過檢查。氣候界限值檢查、區(qū)域界限值檢查、時間一致性檢查和空間一致性檢查過程均可自動檢測出部分錯誤數(shù)據(jù)，當某個數(shù)據(jù)被判為無觀測或錯誤時，直接自動標注該數(shù)據(jù)的最終QC碼，該數(shù)據(jù)不再需要進行后續(xù)的自動檢測。當檢測過程中，發(fā)現(xiàn)某數(shù)據(jù)可疑時，先暫時標注該數(shù)據(jù)的QC碼-1。如圖3所示，Qc碼-O或1的數(shù)據(jù)，需要繼續(xù)后續(xù)的檢測，直到被檢測為錯誤或空間一致性檢查完成為止。
經(jīng)自動質(zhì)量控制后的數(shù)據(jù)均有質(zhì)量控制碼，通過后文圖7所示的人機交互質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，對疑誤數(shù)據(jù)質(zhì)量進一步分析辨別，錯誤或缺測數(shù)據(jù)可通過發(fā)送更正報進行糾正，最后生成數(shù)據(jù)最終質(zhì)量信息。
2.3技術(shù)方法
本節(jié)中涉及到的質(zhì)量控制參數(shù)是基于中國1951年以來的2400多個國家站和2006年以來的區(qū)域自動站長期觀測的小時資料、日極值分析而得（鞠曉慧等，2010；任芝花等，2010；張志富等，2013；趙煜飛等，2011），并在實際業(yè)務中得到檢驗與應用。
2.3.1 界限值檢查
界限值檢查包括氣候?qū)W界限值或值域范圍檢查、區(qū)域界限值檢查、臺站界限值檢查。
(1)氣候?qū)W界限值和值域范圍檢查：從氣候?qū)W角度上不可能出現(xiàn)的氣象要素臨界值稱之為要素的氣候界限值；另外數(shù)據(jù)形成時規(guī)定采用的表示方式和范圍，為要素的值域范圍。超出要素的氣候界限值或值域范圍的數(shù)據(jù)為錯誤數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)中各要素氣候界限值或值域范圍見表1。
(2)區(qū)域界限值檢查：根據(jù)要素空間分布特征，
全國劃分若干個區(qū)域，對各區(qū)域分別設定界限值范圍。根據(jù)界限值設置的寬嚴程度，規(guī)定超越該界限值范圍的數(shù)據(jù)為錯誤或可疑。進行該項檢查的要素有雨量、氣溫、氣壓、風速。如針對小時降雨量，全國劃分6個區(qū)域，對各區(qū)域分別制定圖4所示的上限值，大于該上限值的數(shù)據(jù)為錯誤（任芝花等，2010）；而本站氣壓的大小與臺站海拔高度最為密切，在海拔高度5000 m內(nèi)以50 m為間隔，研制了不同高度界限值范圍（表2），本站氣壓數(shù)據(jù)超越對應高度界限值范圍則為錯誤數(shù)據(jù)。
(3)臺站界限值檢查：氣象要素值(z)是否在本站要素特定的變化范圍[x1，x2]內(nèi)的檢查為臺站界限值檢查，即要求z∈[x1，x2]。超出測站要素變化范圍的觀測資料為可疑資料，應做進一步檢查，以判斷資料正確與否。要素變化范圍可用測站歷史記錄中曾出現(xiàn)過的最小值和最大值或其他出現(xiàn)概率很小的最小值和最大值代替。對于觀測歷史較長的臺站，本系統(tǒng)中均給出了每個站各月氣溫、氣壓和風速的界限值范圍。建站較短的臺站，包括區(qū)域站可參考鄰近的國家站界限值范圍進行檢查。由于氣溫具有非常明顯的日變化，因此研制給出了氣溫各月各定時(00：00、06：00、12：00、18：00 UTC)臺站界限值范圍。在質(zhì)量控制過程中，介入上述4個時次之間的任何時次的氣溫界限值取其臨近兩個定時觀測時次涵蓋的最大極值范圍作為該時次的極值范圍，如：01：00、02：oo、03：00、04：00、05：00 UTC的臺站界限值范圍中，最大值（最小值）為00: 00和06: 00UTC 2個時次的最大值（最小值）。
2.3.2 時間一致性檢查
氣象要素隨時間的變化具有一定的規(guī)律。對氣象數(shù)據(jù)變化是否符合這種規(guī)律的檢查稱之為時間一致性的檢查。本系統(tǒng)中時間一致性檢查包括：數(shù)據(jù)持續(xù)無變或微變檢查，當前時次與上個時次數(shù)據(jù)間變率檢查。氣溫、氣壓、濕度在時間上均屬于連續(xù)性要素，因此上述3個要素數(shù)據(jù)均進行連續(xù)多個時次數(shù)據(jù)無變化檢查，當前時次與上個時次數(shù)據(jù)間變率檢查。對氣溫而言，全國劃分4個區(qū)域（圖5），各區(qū)域分別設置最長容許持續(xù)無變化的時次界限N（張志富等，2013），若區(qū)域中某站連續(xù)N個以上時次正點氣溫、最高氣溫、最低氣溫均無變化，則所有無變化的氣溫數(shù)據(jù)均判為錯誤；若當前時次氣溫與上個時次相差8℃以上時，則當前時次氣溫數(shù)據(jù)作為可疑數(shù)據(jù)，需作進一步檢查。
降水、風向風速在時間分布上均屬于離散型要素，因此僅進行連續(xù)多個時次數(shù)據(jù)無變化或微變檢查。考慮到上述離散型要素不同量級，其無變化可持續(xù)的時間不同，按照要素數(shù)據(jù)大小不同，對其進行無變化（微變）檢查所允許的持續(xù)時間不同。如針對小時降水數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制，按照降水量屬于(0，0.5) mm、L0.5，1.0)mm、≥1．o mm 3個級別，進行如下時間一致性檢查（任芝花等．2010）：(1)連續(xù)Nl個及以上小時降水量（簡稱R，下同）相等且R∈(0，0.5) mm時，則相應數(shù)據(jù)均判為錯誤；(2)連續(xù)N2個及以上小時降水量相等且R∈[0.5，
1.0] mm時，則相應數(shù)據(jù)均判為錯誤；(3)連續(xù)N3個及以上小時降水量相等且R≥1．0 mm時，則相應數(shù)據(jù)均判為錯誤。其中Nl、N2和N3取值分別為1 5、10和6。
而針對風向風速的檢查則根據(jù)2 min風速數(shù)據(jù)大小分級設計了17項控制規(guī)則，包括因雷擊或冰凍等原因造成的風向長時間變化微弱現(xiàn)象的檢查，因篇幅所限，在此不細述。如圖6所示，03006站2011年6月盡管平均風速普遍在4 m．S-I左右，但整月其各項風向數(shù)據(jù)變化均在5。以內(nèi)，由此判斷各項風向數(shù)據(jù)全月異常，造成該現(xiàn)象的原因為風向標轉(zhuǎn)動不靈或風向傳感器遭受雷擊。
2.3.3 內(nèi)部一致性檢查
對固定測站不同要素或項目之間是否符合某種物理聯(lián)系的檢查稱之為內(nèi)部一致性檢查。目前系統(tǒng)涉及到的內(nèi)部一致性檢查僅為要素正點觀測數(shù)據(jù)與小時內(nèi)極值間的比較，如：正點氣溫≥1 h內(nèi)最低氣溫；1 h內(nèi)最高氣溫≥正點氣溫；l h內(nèi)最高氣溫>小時最低氣溫。除了氣溫外，還有氣壓、風速、相對濕度進行該項檢查。
2.3.4 空間一致性檢查
空間一致性檢查是根據(jù)氣象參數(shù)具有一定的空間分布特點而進行的檢查。其有效性取決于觀測站網(wǎng)密度和被檢參數(shù)與空間的相關(guān)程度。通常利用與被檢站鄰近的臺站同一時間觀測的氣象要素值進行比較；或利用鄰近測站觀測值計算被檢站的估計值，觀測值與估計值進行比較檢查�？紤]到天氣系統(tǒng)的移動與漸變，在對被檢站當前時次數(shù)據(jù)進行空間一致性檢查時，參與檢查的鄰近站數(shù)據(jù)除了當前時次數(shù)據(jù)外，還應用到上個時次觀測數(shù)據(jù)（任芝花等，2010）。鄰近站的選取考慮了與被建站間的相對高度、水平距離及方位等因素（何志軍等，2010；任芝花等，2010）�？紤]到實時業(yè)務的時效性要求，空間一致性檢查方法力求簡單有效，本系統(tǒng)用的主要方法如下：
(1)空間平均值比較法
即被檢站數(shù)據(jù)與選取的N個鄰近站數(shù)據(jù)的平均值之差值超過規(guī)定的閾值，則被檢站數(shù)據(jù)錯誤。
(2) Madsen-Allerupt方法(Vejen et al,2002)
Madsen-Allerupt方法是對周圍若干鄰近站同
一時刻某要素觀測值進行由小到大排序，利用排序式中，xit為被檢站f時刻某要素觀測值，qt，1/4、qt,2/4qt3/4為鄰近站t時刻該要素觀測值進行由小到大排
當|T,it|超過規(guī)定值時，認為被檢站t時刻該要素觀測值可疑。
(3)空間極值比較法（任芝花等，2010）
由N個鄰近站要素值形成數(shù)據(jù)序列，計算序列的最大值( VALUE_ MAX)和最小值(VALUE—MIN)。當被檢站數(shù)據(jù)R不符合下列原則且N≥3時，被檢數(shù)據(jù)可疑：
al×VALUE_MAX≥R≥a2×VALUE_MIN(al>l，a2<1)
本系統(tǒng)中氣溫、氣壓、濕度等連續(xù)性要素采用了上述空間平均值比較法及Madsen-Allerupt方法，當空間平均值比較法檢測數(shù)據(jù)為錯誤時，該數(shù)據(jù)不再進行Madsen-Allerupt方法檢測，否則應繼續(xù)Madsen-Allerupt方法檢測；而降水、風速等離散型
要素采用空間極值比較法，且針對被檢數(shù)據(jù)不同量級，參數(shù)al、a2取值不同。如針對降水而言，不符合下列控制規(guī)則，被檢站數(shù)據(jù)可疑：當R=O mm時，VALUE_MIN≤1 mm;當0 mm<R≤5 mm時，VALUE_MIN≤10 mm;當5 mm<R≤10 mm時，VALUE_MIN≤2R且VALUE_MAX>O mm;當10 mm<R≤50 mm時，R≥0.5×VALUE_MIN且R≤2×VALUE_MAX；當R>50 mm時，R≥0.7×VALUE_MIN且R≤1.5×VALUE_MAX.
2.3.5 人機交互質(zhì)量監(jiān)控
上述質(zhì)量控制方法均可通過軟件自動完成，但是完全自動化的質(zhì)量控制不可能解決所有的數(shù)據(jù)質(zhì)量問題，對于一些特殊情況或問題的判斷還要輔以人工檢查分析，即在上述自動控制后對可疑或錯誤數(shù)據(jù)用人機交互的方式進行質(zhì)量控制。一般利用人機交互質(zhì)量監(jiān)控平臺提供的功能，進行相關(guān)數(shù)據(jù)比較、圖形分析、臺站查詢、鄰站比較和人工分析判斷，最終確定數(shù)據(jù)質(zhì)量狀況。
本系統(tǒng)提供了如圖7所示的多種人機交互與監(jiān)控界面。其中，圖7a直觀地顯示了當前時次觀測數(shù)據(jù)中，各要素疑誤數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結(jié)果及其空間分布情況；圖7b～7c為人工對疑誤數(shù)據(jù)的分析判斷提供了時空及要素間的比較分析功能；圖7d提供了數(shù)據(jù)質(zhì)量控制碼的修改功能。
3 系統(tǒng)功能設計
隨著我國國家級自動氣象站的建設以及伴隨的大量區(qū)域自動站的建成，眾多臺站觀測數(shù)據(jù)開始實時上傳。國家級和省級資料服務部門及時將收集到的數(shù)據(jù)解碼并入到各自的實時氣象資料應用數(shù)據(jù)庫（簡稱實時庫），以保障資料服務與應用的及時性。這就要求實時數(shù)據(jù)質(zhì)量控制環(huán)節(jié)不僅要做到有效，還要力求實時、快速。中國氣象局發(fā)布的《氣象信息網(wǎng)絡系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃（2011-2015年）》(中國氣象局，2011)中，規(guī)定了國家級主要負責質(zhì)量評估、省級負責質(zhì)量控制、臺站負責質(zhì)量監(jiān)控與修正的國內(nèi)資料三級質(zhì)量控制業(yè)務體系。按照該業(yè)務分工，在全國自動站觀測數(shù)據(jù)采集、傳輸、收集、解碼入庫與實時服務業(yè)務流程（圖8黑線流）基礎上，設計并增加全國自動站實時觀測資料三級質(zhì)量控制業(yè)務系統(tǒng)（圖8藍線流）。該系統(tǒng)主要由自動站資料實時質(zhì)量控制、人機交互質(zhì)量監(jiān)控、質(zhì)量評估、國家級一省級一臺站級三級質(zhì)量控制疑誤信息自動反饋功能塊構(gòu)成，各功能塊均基于實時庫中的自動站數(shù)據(jù)而運行。
3.1質(zhì)量控制
基于第二節(jié)技術(shù)方法開發(fā)的質(zhì)量控制軟件，分別基于國家級和省級實時庫中的自動站數(shù)據(jù)庫表統(tǒng)一部署運行。軟件質(zhì)量控制過程中，對實時庫中的每個觀測數(shù)據(jù)自動標注QC碼。國家級和省級質(zhì)量控制的區(qū)別在于國家級進行空間一致性檢查時，部分臺站可跨�。▍^(qū)、市）應用鄰近站數(shù)據(jù)。
3.2 質(zhì)量監(jiān)控與疑誤信息反饋
雖然數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控在國家級和省級均可進行，但是由于臺站級人員處在觀測一線，對數(shù)據(jù)采集過程、儀器狀態(tài)和臺站周圍環(huán)境最為熟悉，因此數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控由臺站級負責更具優(yōu)勢。在本系統(tǒng)設計建立的國家級一省級一臺站級三級質(zhì)量控制疑誤信息自動反饋流程中，確定無論是國家級還是省級業(yè)務系統(tǒng)檢測出的疑誤數(shù)據(jù)，均由臺站進行質(zhì)量監(jiān)控、數(shù)據(jù)質(zhì)量確認與錯誤數(shù)據(jù)更正�；舅悸窞椋鹤詣诱举|(zhì)量控制軟件在國家級和省級分別運行，檢測出的疑誤
數(shù)據(jù)信息都統(tǒng)一到省級實時庫進行匯總處理，以確保疑誤信息記錄的唯一性與完整性。匯總后的疑誤信息通過web方式到達所屬臺站監(jiān)控平臺進行處理；臺站將處理結(jié)果直接反饋給省級實時庫，并由省級將反饋結(jié)果上傳至國家級，國家級和省級實時庫根據(jù)臺站反饋結(jié)果，自動更正觀測數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)質(zhì)量控制碼，從而保證國家級和省級質(zhì)量控制數(shù)據(jù)的一致性。
在國家級一省級一臺站級三級質(zhì)量控制疑誤信息自動反饋流程中，主要環(huán)節(jié)在省級實時庫與臺站監(jiān)控平臺間，流程軟件采用了C/S與B/S混用的架構(gòu)方式，運行于省級實時庫（即服務器端）與臺站監(jiān)控平臺（即客戶端）之間的氣象廣域網(wǎng)絡環(huán)境（李志鵬等，2012）。省級實時庫根據(jù)國家級和省級匯總后的各條疑誤數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)即時告警信息的生成與發(fā)送功能( C/S)，并負責向臺站提供分析檢查可疑數(shù)據(jù)所需的基本資料、接收臺站數(shù)據(jù)檢查修訂結(jié)果(B/S)。臺站監(jiān)控平臺部署于各國家級氣象臺站，實現(xiàn)本站及轄區(qū)內(nèi)區(qū)域站疑誤數(shù)據(jù)告警信息的監(jiān)測與顯示功能( C/S)，并負責本地疑誤數(shù)據(jù)的分析檢查與修訂反饋( B/S)。在臺站客戶端，B/S應用部分設計為一個功能模塊，嵌入在C/S模式的主體程序中。
當測站（含國家級站及所轄區(qū)域站）被檢測出疑誤數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)會自動在臺站監(jiān)控桌面右下角彈出圖9a所示告警對話框并伴有告警聲音。在省級實時庫部署MAS信息機的條件下，系統(tǒng)也可自動向臺站業(yè)務人員發(fā)送手機短信告警。點擊圖9a警告框則彈出“自動氣象站數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測結(jié)果反饋”功能框。為便于分析數(shù)據(jù)的質(zhì)量狀況，該功能框提供了被檢站及周邊站點同要素、同時次觀測數(shù)據(jù)空間分布圖9b、被檢站及周邊站點多要素時間變化曲線圖9c，
同時可查看近三天疑誤數(shù)據(jù)反饋情況9d。當確認數(shù)據(jù)錯誤時，如圖9e所示，則需對數(shù)據(jù)錯誤原因進行分析選擇。最后點擊“反饋”按鈕，對確認的數(shù)據(jù)質(zhì)量信息向省級實時庫自動反饋，至此測站用戶完成反饋工作。區(qū)域自動站數(shù)據(jù)只進行數(shù)據(jù)質(zhì)量的分析判斷與反饋。國家級臺站如果數(shù)據(jù)確認錯誤，還需要通過編發(fā)更正報的方式更正錯誤數(shù)據(jù)。如圖8所示，更正報數(shù)據(jù)通過國內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸與收集業(yè)務系統(tǒng)，到達省級和國家級實時庫對錯誤數(shù)據(jù)進行更正。
3.3質(zhì)量評估
如圖10所示，數(shù)據(jù)質(zhì)量評估主要根據(jù)質(zhì)量控制后的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制碼，以�。▍^(qū)、市）為單位，從各要素數(shù)據(jù)可用率以及疑誤信息反饋率等角度進行統(tǒng)計評估（氣預函，2012；2014），并對數(shù)據(jù)質(zhì)量問題進行分析，以警惕后續(xù)相關(guān)工作質(zhì)量的改進。其中，數(shù)據(jù)可用率指標用來評價自動站數(shù)據(jù)總體質(zhì)量，其為oc碼為0的數(shù)據(jù)總量與應觀測數(shù)據(jù)總量之比。除給出分省的質(zhì)量統(tǒng)計結(jié)果外，增加了單站分要素質(zhì)量統(tǒng)計結(jié)果，有利于各省掌握本省各站的質(zhì)量狀況，及時分析查找問題臺站的原因。
4 業(yè)務應用
全國自動站實時觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制系統(tǒng)研制與建設歷時三年。在質(zhì)量控制技術(shù)方法研制的基礎上，2010年6月完成了質(zhì)量控制軟件的開發(fā)，并在國家級部署試運行，實時庫中質(zhì)量控制后的自動站數(shù)據(jù)及其QC碼開始面向國家級用戶使用。同年10月完成了自動站實時數(shù)據(jù)質(zhì)量評估平臺的設計開發(fā)，開始定期提供自動站實時數(shù)據(jù)質(zhì)量評估報告。2011年6月質(zhì)量控制軟件開始在全國31個省級業(yè)務試運行。在國家級一省級一臺站級三級質(zhì)量控制疑
誤信息自動反饋流程設計與建設完成的基礎上，2012年7月開始，全國自動站實時觀測數(shù)據(jù)三級質(zhì)量控制系統(tǒng)在全國準業(yè)務運行，臺站開始利用監(jiān)控平臺，對國家級和省級檢測的自動站疑誤數(shù)據(jù)信息進行質(zhì)量監(jiān)控與反饋。
通過對自動站實時觀測數(shù)據(jù)三級質(zhì)量控制，盡可能地避免了錯誤數(shù)據(jù)的應用，并進一步通過數(shù)據(jù)質(zhì)量評估考核，上傳的數(shù)據(jù)質(zhì)量得到顯著提高。從圖11可見，在本系統(tǒng)應用過程中，主汛期（7 9月）全國自動站實時觀測的逐小時氣溫、降水數(shù)據(jù)的質(zhì)量逐年得到提高，數(shù)據(jù)可用率分別從2009年的88%、83%提升到2012、2013年的98%左右。
5 結(jié)論與討論
(1)該系統(tǒng)研制確定的質(zhì)量控制技術(shù)包括界限值檢查、時間一致性檢查、內(nèi)部一致性檢查、空間一致性檢查、人機交互監(jiān)控等．每種檢查過程又包含多項控制方式。
(2)該系統(tǒng)基于國家級和省級實時庫運行，主要由實時質(zhì)量控制軟件、人機交互質(zhì)量監(jiān)控平臺、質(zhì)量評估平臺、國家級一省級一臺站級三級質(zhì)量控制疑誤信息自動反饋流程構(gòu)成。針對質(zhì)量控制軟件監(jiān)測出的疑誤數(shù)據(jù)信息，進一步通過臺站質(zhì)量監(jiān)控、數(shù)據(jù)信息反饋、編發(fā)更正報的方式明確數(shù)據(jù)質(zhì)量或更正數(shù)據(jù)。
(3)全國自動氣象站實時觀測資料三級質(zhì)量控制系統(tǒng)在業(yè)務運行過程中，數(shù)據(jù)質(zhì)量得到顯著提高。主汛期（7-9月）全國自動站實時觀測的逐小時氣溫、降水數(shù)據(jù)的質(zhì)量逐年得到提高，數(shù)據(jù)可用率分別從2009年的88%、83%提升到2012、2013年的98%左右。用戶不僅從實時庫中可獲取自動站觀測數(shù)據(jù)，還可獲得每個數(shù)據(jù)的質(zhì)量信息，盡可能地避免了錯誤數(shù)據(jù)的應用。
該系統(tǒng)未涉及到不同要素之間的內(nèi)部一致性檢
查，比如氣溫、濕度變化與降水過程的相關(guān)性檢查等，這是下一步需要研究改進的方面。另外，降水屬于局地性非常強的要素，在站網(wǎng)密度稀疏的區(qū)域?qū)邓當?shù)據(jù)進行空間一致性檢查，效果很不理想，因此應考慮借助雷達、衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行輔助判斷技術(shù)。
6提 要：
迄今，中國氣象局已在全國建立了55000余個地面自動氣象站（含國家級自動站和區(qū)域自動站）。為了促進眾多臺站觀測資料質(zhì)量提高，在實時業(yè)務中保障用戶用到基本正確有效的數(shù)據(jù)，2009年底中國氣象局啟動了“全國自動站實時資料質(zhì)量控制與綜合評估系統(tǒng)建設”工程，旨在研制一套基本適用于全國自動站實時觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制技術(shù)方法，建立臺站、省級、國家級資料部門的地面自動站實時資料三級質(zhì)量控制與反饋業(yè)務系統(tǒng)。在探究自動站錯誤數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式的基礎上，研制了自動站實時觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制技術(shù)；從業(yè)務分工與應用角度，設計建立了臺站負責質(zhì)量監(jiān)控、省級負責質(zhì)量控制和國家級主要負責質(zhì)量評估的自動站實時資料三級質(zhì)量控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)已在2400多個國家級氣象臺站.31個省級和國家級資料部門安裝部署與業(yè)務應用。通過系統(tǒng)建設與應用，實時上傳的自動站數(shù)據(jù)質(zhì)量得到明顯改善。主汛期全國自動站逐小時氣溫、降水數(shù)據(jù)可用率分別從2009年的88%.83%提升到2012 .2013年的98%左右。
