自动气象站异常数据的判断及处理方法分析

自动气象站异常数据的判断及处理方法分析
王燕;宋佳
【摘要】为了保障观测资料的准确性和及时性，利用自动气象站常规数据界面、自动气象站数据质量控制软件、RTD图形曲线显示软件、山东决策气象服务网等工具，通过实例分析异常数据判断方法，阐述了处理方法和一些技巧。

【期刊名称】《山东气象》
【年(卷),期】2014(000)004
【总页数】5页(P75-79)
【关键词】自动气象站;质量控制;异常数据
【作者】王燕;宋佳
【作者单位】微山县气象局，山东微山 277600;汶上县气象局，山东汶上272500
【正文语种】中文
【中图分类】P415.1
自动气象站2004年正式投入业务运行，总体运行具有稳定性，但由于受到各种主客观因素影响，在业务值班过程中偶尔会遇到各种异常数据，只有在第一时间分析判断出异常数据并及时处理，才能保障观测资料的准确性和及时性。

按照《地面气象观测规范》[1]、《地面气象测报业务软件操作手册》[2]和中国气象局下发的《地面气象观测规范技术问题综合解答第一号》等技术规定，通过多年来的工作经验，总结了一系列异常数据的判断方法及处理技巧。

1.1 查看常规数据界面判断异常数据
值班员要经常查看自动站监控软件的常规数据界面，及时发现异常数据。

值班时要做到“三多”，对数据多观察，多分析，多查看监控软件日志。

查看常规数据界面，是否有红色数据显示。

发现红色数据时，观测员需结合曲线进一步判断。

数据（除最近大风信息外）出现红色基本有两种情况：一是采集数据超出审核规则库设置的数值范围，二是数据出现明显的错误。

如气温显示红色（图略），数值为54.9℃，可判断该数据错误。

1.2 通过曲线判断异常数据
（1）通过自动气象站数据质量控制软件判断异常数据。

利用“自动气象站数据质量控制软件”要素曲线判断异常数据，打开该软件，分别加载自动站压、温、湿、风、雨量等分钟数据文件，在菜单栏找到要素曲线，点击折线图，即可查看自动站压、温、湿、风、雨量5个要素分钟文件每日变化的曲线。

该软件存在两个弊端：一是不能打开当日RTD文件，容易破坏分钟数据的完
整性；二是不能查看地温曲线。

从气温曲线界面图（图1a）可清楚地看到，17：00后曲线有个小尖，当时并无天气过程，经查看气温分钟数据，1min上升了1℃，持续3min，根据气温日变化
规律，17:00—18:00应为降温时段，曲线应呈下降趋势，由此可以判断该日
17:00—18:00气温变化情况异常。

从气压曲线界面图（图1b）看出，10：00—11：00气压曲线出现猛降，分钟数
据最低值为888.3hPa，超过了建站以来气压最低值，可判断11：00气压最低值
异常，影响了11：00和日最低气压的选取。

图1c为湿度传感器故障造成曲线异常界面图。

相对湿度13：10正常值为30%，13：11猛升到100%，持续了6min，13：17下降到65%，13：18数据恢复正常值，为31%，从13：52—14:25又是一次数据急升过程，可以判断湿度曲线异
常。

（2）通过RTD图形曲线显示软件判断异常数据。

为了避免数据质量控制软件的两个弊端，在值班中可随时打开“RTD图形曲线显
示软件”，查看气压、温度、湿度、风、浅层地温、深层地温每日、每小时各数据的变化曲线，通过曲线可以判断异常数据。

以地温为例，地面温度的日变化规律，和气温相似，在无天气过程时，地面最高温度一般出现在13：00左右，地面最低温度出现在日出前后。

图2为地温异常界面图。

图2a是浇灌观测场草皮造成的浅层地温异常曲线，该日地温场被水淹，造成地面温度从12:00开始有不同程度的下降，0cm地温由正常值59.4℃下降至31.6℃，1min变化27.8℃，曲线出现急降状态。

该日为晴朗天气，土壤变湿，13：00后曲线虽然按正常规律变化，但仍较正常地温曲线偏低。

图2b是10cm地温传感器故障造成的地温异常，16：19由正常值30.7℃升至37.5℃，曲线显示急升状态，而后曲线出现直升直降现象，经查看分钟数据最大变化值为28.3℃。

正常曲线应该和5cm地温曲线一样，呈下降状态。

图2c是深层地温的曲线图，该日午后出现降雨，观测场内积水顺着外套管进入深层，造成320cm温度偏高，17：00后呈现上升趋势，较正常值偏高2.4℃。

由于320cm地温受外界因素的影响小，地温示值变化很少，从多年观测资料来看，一
个月的变化值应小于1℃，所以判断上述320cm曲线变化是异常的。

（3）通过山东决策气象服务网判断异常数据。

如果通过RTD曲线变化怀疑本站数据可疑，可打开“山东决策气象服务网”或“灾害性天气监测预警平台”，点击实时变化曲线，出现山东各台站的分布图，点击任一台站，即可显示近48h该站的降水、气温、风（最大、极大、正点风、风
速等级）、相对湿度、海平面气压、能见度各要素曲线图。

结合自己台站的气象要素，与邻近台站的同一要素进行比较，对比跟踪2～3h，有人工观测仪器的项目，
每小时做一下人工对比，根据“关于加强自动站数据质量管理有关问题的通知（中国气象局气测函[2004]163号）”精神，人工器测与自动气象站观测数据的差值（气压≥0.8hPa、气温≥1.0℃、风速≥1.0m/s、过程降水量≥4%、地面温度日极
值≥2.0℃、浅层地温≥1.5℃、深层地温≥0.5℃）较大时，应认真分析原因，基本
上都能确定异常数据。

（4）通过ASOM综合气象观测系统判断异常数据。

打开Asom综合气象观测系统，输入用户名和密码，进入综合气象观测系统运行
监控平台，点击运行监控→数据监控→多站单要素曲线图，选择需要对比台站的时间范围、添加需要参与对比的台站，再选择需要对比的要素，点击查询即可弹出对比台站所选要素的曲线图，如果各台站曲线图的变化一致，说明数据正常，如果该站曲线明显偏高、明显偏低或者曲线有明显的急升急降现象，则判断为异常数据。

如果台站某一要素符合要素变化规律，但通过该软件加载临近台站的数据和本站数据做一下曲线变化对比，如果该站曲线明显偏高、明显偏低，则可判断为台站数据出现系统性偏高和系统性偏低现象。

通过以上几种方法正确判断出异常数据后，要对异常数据进行处理。

下面介绍几种压、温、湿、风、降水等要素异常时的处理方法。

2.1 自动站气压不正常时的处理
气压异常时，根据《地面气象观测规范技术问题综合解答第一号》中第17条规定，当自动站正点数据缺测，优先考虑用正点前10min接近正点的记录来代替，其次
用正点后10min内接近正点的记录（除极值项和时累积值外）代替。

若前、后
10min的分钟数据也缺测，一般站08：00，14：00，20：00应用水银气压表在正点后10min内进行补测，当气压表感应部分拔海高度与自动站气压传感器拔海
高度不一致时，在计算得到气压表高度上的本站气压后，软件会自动将该值订正到自动站气压传感器拔海高度上。

只需在“观测值”的“值”的单元格输入数据即可，
对于本站气压、海平面气压，则是在关闭此弹出式表格框时，替代自动气象站观测值。

2.2 自动站气温或相对湿度缺测时水汽压和露点温度的处理
（1）若某时自动站气温缺测，而相对湿度正常，则该时气温用分钟资料、人工观测（补测）记录代替或用内插法计算，此时，水汽压及露点温度应用代替或计算后的气温与自动站相对湿度进行反查求取，反查时，湿球栏应输入相对湿度值加“U”；若该时气温不能代替或者内插的，也就是说气温缺测，相对湿度正常，那么该时水汽压及露点温度也按缺测处理。

（2）若自动站相对湿度缺测，而气温正常时，则该时相对湿度用分钟资料代替或用内插法计算，则该时水汽压及露点温度用自动站气温与相对湿度进行反查求取；若该时相对温度用人工观测（补测）记录代替，则该时水汽压及露点温度直接用人工观测记录代替，此时软件会将人工观测的气温、湿度值一并替换到“自动气象站观测数据”表格中，按规定气温仍应保留自动站观测值，此时需再由人工将“自动气象站观测数据”气温单元格中被人工替代的气温值改回自动站观测值，因此出现相对湿度与自动站气温反算水汽压、露点温度不一致的情况，按规定这是允许的；若该时相对湿度无代替或计算值，则该时水汽压、露点温度按缺测处理。

（3）若某时自动站气温与相对湿度均缺测时（此时应包括正点前后10min资料也缺测），有人工观测（补测）记录的，自动站气温，相对湿度及水汽压，露点温度均用人工观测（补测）记录代替；无人工观测（补测）记录的，自动站气温与相对湿度内插求得，水汽压和露点温度用计算后的气温与相对湿度进行反查，自动站气温与相对湿度不能内插求得的，水汽压和露点温度都按缺测处理。

2.3 自动站风向风速缺测时的处理
当自动站2min与10min平均风正点数据缺测时，首选用正点前10min接近正点的数据来代替时,其次用正点后10min接近正点的数据代替。

其前推的相应时段必
须有正确数据，否则用人工站的相应数据代替。

例如：某:09：00正点10min风
速数据缺测，当用09：08数据代替时，08：59—09：08必须有正确的分钟数据；当用08：55分钟数据代替时，08：46—08：55必须有正确的分钟数据。

2.4 降水量的处理
（1）若无降水现象，因其它原因（蚂蚁、风、人工调试等）或自动站故障而多记录时，应删除该时段内的全部分钟和小时降水量。

该情况应在值班日记中说明。

（2）降水现象停止后，仍有降水量，若能判断为传感器翻斗滞后（其量一般为
0.1mm，0.2mm，0.3mm，且滞后时间不超过2h），可将该量累加到降水停止
的那分钟和小时时段内，否则将该量删除。

夜间不守班的站，夜间（20：00—08：00）混有滞后降水量时，因无法判断，按正常处理。

该情况在备注栏中说明。

如
有滞后降水量，发现后及时处理，或者在下一正点前处理都不算错情。

（3）出现漏斗堵塞或固态降水随降随化，若自动站记录的过程总量与人工雨量筒观测的量的差值百分率与其它正常时相当，则按正常处理；若自动站记录的降水量明显偏小或滞后严重，则该时段的分钟和小时降水量按缺测处理。

该情况在备注栏中说明。

（4）当某时段自动气象站降水量缺测时，相应规定记录时段的降水量按缺测处理。

例如：06：35—07：23有降水而记录缺测，则06:00—07:00，07:00—08:00
降水按缺测处理，影响到的相应分钟降水量亦按缺测处理。

此时，影响05：00—08：00的3h累积降水量，则在编报降水量的“5-8时降水量”输入人工雨量筒
观测的该时段累积量；一般站因夜间不守班，只能观测到20：00—08：00的累
积降水量时，则在“5-8时降水量”输入“人工雨量筒观测的20-8时段累积降水量与20-5时自动气象站观测的累积降水量之差”。

经常会出现这样一种情况，因观测降水量时段不同，两值相减可能出现负值，此时按0.0mm处理。

（5）测站出现微量降水时，需在“编报降水量”的相应规定记录时段输入“00”
或“0”，小时降水量和分钟降水量应为空。

在雨量传感器停用期间，出现微量降水的时候，正点时编报降水量输入00，而小时和分钟降水量均为缺测，不需要修改。

2.5 新长Z文件中异常数据的处理
2.5.1 某时某一要素异常时正点数据及时极值的处理
如正点数据异常，当鼠标处在当前时次行的降水量、气温、相对湿度、本站气压单元格时，按住“Shift”键，点击鼠标的右键，即弹出对应要素该时次的逐分钟要素值，选择相应分钟的数值进行替换。

时极值异常时，取分钟数据的某一区域，则会自动统计出该区域的最高、最低值，以方便人工对小时内极值与分钟值一致性的审核。

图3所示，选择07：01—07：60的气温分钟数据值，则软件会自动统计出该区域的最高值为25.4℃，最低值为25.1℃，再将该值与时极值比较，若不一致则时极值异常。

2.5.2 正点无数据而RTD文件数据正常的操作
随着业务软件的进一步更新，4.0.3版本增加了对自动气象站采集实时数据备份文件（*.RTD）的查阅功能，通过双击“自动气象站观测数据”表格的固定列当前时次的单元格，即会弹出与当时时次正点可替代分钟的全部数据的表格。

若当前时次正点数据有缺测，可通过双击该分钟数据固定列的相应行或某个单元格（除降水量和海平面气压外），即可用该行的全部值或单元格中的值来替代“自动气象站观测数据”表格的相应数据，这些替代的操作过程同时在系统日志中记载。

弹出的表格数据如图4。

经过分析各种异常数据的判断，在值班中及时发现异常数据，通过正确的异常数据处理方法，可保证观测数据的准确性和及时性，减少错情率的发生，提高观测资料的可用率。

【相关文献】
[1] 中国气象局．地面气象观测规范[M]．北京：气象出版社，2003.
[2] 中国气象局监测网络司．地面气象测报业务软件操作手册[M]．北京：气象出版社，2005.。