宁夏高空规定等压面风数据质检分析及评估

时间：2024-09-03

张　智，林　莉

(宁夏气象防灾减灾重点实验室，银川　750002)

宁夏高空规定等压面风数据质检分析及评估

张智，林莉

(宁夏气象防灾减灾重点实验室，银川750002)

摘要：为解决高空资料完整性，进一步提高高空规定等压面测风资料质量，利用宁夏银川探空站1981—2010年高空规定等压面风数据录入文件(简称GAAF文件)质量检查信息，分析了GAAF文件的数据质量。结果表明：B01对比检查疑误信息占到疑误信息总数的93.5%，是重点核查、修改、标注的内容；B01文件对比检查、相邻层一致性检查的疑误信息在年际变化上呈波动减少的趋势，2000年以后疑误信息明显减少；逐月变化、各层变化不明显；B01错主要原因是1981—1999年高空探测业务人工参与过程较多，操作过程中常出现数据读取错误和数据录入错误；公司录入错主要原因是PC-1500计算机打印纸纸张变质、字迹淡化，造成数据误读、误录。通过质量检查，97.3%的疑误信息经核查人工录入正确，疑误信息均能进行合理标注，人工录入数据的错误率仅为0.8‰，GAAF文件质量可靠，可为气象业务科研提供高质量的数据服务。

关键词：高空资料；风数据；质量检查；评估；宁夏

气象观测资料的质量直接关系到气象预测预报业务的准确性。近年来，我国气象工作者开始重视气象观测资料的质量问题，但多偏重于地面气象资料质量问题的研究[1-6]。目前我国高空气象观测资料大部分是收集于实时高空观测业务的探空报和测风报，由于历史上报文处理时限紧、环节多等因素影响，高空气象资料的精度、完整性和质量状况均受到一定程度的影响，翟盘茂等[7]、周尚河[8]、张素琴等[9]、刘芳霞等[10]虽然对我国部分高空气象观测资料质量进行了研究，但我国高空气象观测资料的质量问题还未解决。

2012年中国气象局下达“历史高空气象观测记录表数字化处理”建设任务，明确要求各省(市、区)气象局开展高表-13规定等压面测风数据的录入工作，以补充、完善我国高空历史气象观测资料，解决高空历史气象资料的完整性问题。本文通过对宁夏银川探空站规定等压面测风数据录入文件质量检查结果的分析，对录入文件的完整性和准确性给出综合评价，为气象业务、气象科研、应对气候变化工作提供准确的基础数据支持。

1资料与方法

利用宁夏银川探空站1981—2010年高空规定等压面风数据录入文件(简称GAAF文件)，使用中国气象局预报与网络司下发的“高空风数据录入文件质量检查软件”对GAAF文件进行格式检查、界限值检查、内部一致性检查、规定层时序检查、相关数据源一致性检查，经质量控制综合判别后输出8项质量检查疑误信息，采用数理统计方法对8项质量检查疑误信息进行分析评估。其中相关数据源一致性检查主要是利用历史上实时探空报、测风报生成的高空气象资料格式数据(简称B01)进行对比检查，该数据是质量检查中主要参考数据源。

2质检疑误信息分布

从宁夏GAAF文件质量检查项目表(表1)中可以看到，在8项质量检查疑误信息中，B01对比检查疑误信息最多，达14 220条，平均每年474.0条，占疑误信息总数的93.5%；相邻层一致性检查疑误信息次多，为980条，平均每年有32.7条，占疑误信息总数的6.5%。因此，这两项检查的疑误信息是宁夏GAAF文件重点核查、修改、标注的内容。

表1　宁夏GAAF文件质量检查项目表

2.1相邻层一致性检查

相邻层一致性检查是对相邻规定层之间风向、风速的切变计算检查，疑误信息分为可疑、错误两类。宁夏GAAF文件相邻层一致性检查疑误信息为980条，其中风切变检查错误有814条、录入数据为非规定层数据错有166条。因GAAF文件不需要非规定层风数据，予以删除后风切变检查的可疑信息为809条，占全部疑误信息的99.4%，平均每年有27.0条；错误信息为5条，占全部疑误信息的0.6%，平均每年只有0.2条。

宁夏GAAF文件相邻层一致性检查1981—2010年可疑信息呈波动减少的趋势(图1)，1984年最多为55条，1997年最少为8条；1981—1990、1991—2000、2001—2010年平均每年可疑信息分别为30.5条、28.1条、22.3条，2001—2010年比1981—1990年年平均可疑信息减少了8.2条，说明随着高空气象探测技术的发展，能够明显减少数据错误。而错误信息除2002年出现4条、2005年出现1条以外，其他年份均未出现。

图1　1981—2010年宁夏GAAF文件相邻层一致性检查疑误信息变化图

2.2B01对比检查

B01对比检查是GAAF文件与B01中对应的规定等压面、位势高度、风向、风速的一致性检查。宁夏GAAF文件B01对比检查疑误信息为14 220条，其中从数据种类看，风向疑误信息为13 883条，占疑误信息总数的97.6%；风速疑误信息为337条，占疑误信息总数的2.4%。从疑误信息种类看，B01错误为13 980条，占疑误信息总数的98.3%，平均每年有466.0条；公司录入错误为240条，占疑误信息总数的1.7%，平均每年有8.0条。

2.2.1年际分布从疑误信息逐年变化图(图2)中可以看到，风向与风速(图2a)、B01错误与录入错误(图2b)的变化趋势相近，除1994—1996年均异常偏多外，风向与风速、B01错误与录入错误均呈波动减少的趋势，且2000年以后均未再出现错误。

图2　1981—2010年宁夏GAAF文件B01对比检查疑误信息逐年变化图

造成这种年际分布的原因是1981年1月至1987年3月采用手工操作，需人工读取仰角、方位角、斜距，计算得到各规定等压面的风向、风速数据；1987年4月至1999年12月使用PC-1500计算机，将人工读取的仰角、方位角、斜距输入PC-1500计算机后计算得到各规定等压面的风向、风速数据，其中1995年5月至1996年12月因雷达标定错而造成上万条错误；2000—2002年使用“高空气象探测59-701微机数据处理系统”、2003—2010年使用“L波段(1型)高空气象探测系统”后探空和测风业务实现自动化，自动计算得到各规定等压面的风向、风速数据。即1981—1999年高空探测业务由于人工参与过程较多、报文时效性强，人工操作过程中常常出现数据读取错误和数据录入错误，B01错误较多；2000—2010年以后高空探测业务实现自动化，B01错误减少为0。

2.2.2月际分布从疑误信息逐月变化图(图3)中看到，B01错误月际变化比较明显，5—12月平均错误明显多于1—4月，8月最多为50.4条，7月次多为48.8条；2月最少为22.7条，1月次少为23.2条。公司录入错误月际变化不明显，1月、2月、7月平均错误最多为0.9个，3月最少为0.3个。

图3　1981—2010年宁夏GAAF文件B01对比检查疑误信息逐月变化图

通过核查原始高空气象观测记录表，B01错误的原因是1995年5月至1996年12月因雷达标定错而造成13 356条错误，占B01错误总数的95.5%，平均每月667.8条。通过将测风记录方位角增加9.6°标定偏差，并根据规定等压面时间重新计算测风记录后，B01错误减少了13 174条，仅有182条错误，占B01错误总数的1.3%；雷达订正后B01错误6月、8月最多为2.3条，11月最少为0.8条(图3)；公司录入错误的主要原因是1987年4月至1999年12月PC-1500计算机打印的测风记录因存放时间长，纸张已出现不同程度的变质、字迹淡化，造成数据识别困难而误读、误录[11]。

2.2.3各层分布从疑误信息各层变化图(图4)上看，B01错误最多出现在30 hPa为70条，700、300、70、50 hPa均在60条以上；B01错误最少出现在10 hPa仅为1条，次少出现在地面为3条。录入错误最多出现在850 hPa为26条，400、200、70 hPa均出现20条以上；最少出现在地面和10 hPa均为2条。

图4　1981—2010年宁夏GAAF文件B01对比检查疑误信息各层变化图

3质量评估

通过质量检查，宁夏GAAF文件8种疑误信息(表2)中，雷达标定错最多达13 356条，占总数的87.8%；风切变检查错次多为814条，占总数的5.4%。文件缺失错最少仅为1条；报文解码错次少仅25条，占总数的0.2%。从核查结果可以看到，风切变检查错、雷达标定错、实时报文错、原始报文错、报文解码错合计为14 794条(占总数的97.3%)，但经核查，GAAF文件中录入的对应风数据均正确，可合理标注；公司录入错为240条，仅占总数1.6%，修改后均正确；非规定层数据错为166条，删除GAAF文件中对应数据后均正确。

经统计，质量检查前宁夏GAAF文件有风数据304 998条，检查出疑误信息15 201条，疑误率为5.0%，公司录入错有240条，录入错误率仅为0.8‰；质量检查后有风数据305 542条，补充录入了710条，比质量检查前增多了0.2%。说明通过质量检查，不仅宁夏GAAF文件中风数据增多，而且各规定等压面风数据的录入错误率很低，GAAF文件的质量可靠。

表2　1981—2010年宁夏GAAF文件质量检查疑误信息统计表

4结论与讨论

(1)宁夏GAAF文件8项质量检查疑误信息中，B01对比检查疑误信息最多达14 220条，占总数的93.5%；相邻层一致性检查疑误信息次多为980条，占总数的6.5%。这两项检查的疑误信息是重点核查、修改、标注的内容。

(2)相邻层一致性检查疑误信息的年际变化呈波动减少的趋势，2001—2010年比1981—1990年年平均减少了8.2条。说明随着高空气象探测技术的提高、高空气象探测业务的自动化，高空气象探测数据的质量明显提高，错误数据明显减少。

(3)B01对比检查疑误信息中B01错误占总数的98.3%，公司录入错误占总数的1.7%；年际变化上B01错误与录入错误变化趋势相近，均呈波动减少的趋势；月际变化和各层次变化均不明显。B01错误主要原因是1981—1999年高空探测业务人工参与过程较多、操作过程中常常出现数据读取错误和数据录入错误；公司录入错误主要原因是1987年4月至1999年12月使用PC-1500计算机，因打印纸存放时间长出现纸张变质、字迹淡化，造成数据识别困难而误读、误录。

(4)通过质量检查，宁夏GAAF文件8种疑误信息中风切变检查错、雷达标定错、实时报文错、原始报文错、报文解码错占总数的97.3%，经核查录入的风数据均正确，均能合理标注；公司录入错误率仅为0.8‰，GAAF文件的质量可靠。

参考文献：

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