福建区域气象观测自动站气温数据集建立及质量评估_蓝俊.pdf

年 月第 期 总第 期海峡科学 .，福建区域气象观测自动站气温数据集建立及质量评估蓝 俊 袁 伟 张祖熠（福建省气象信息中心，福建 福州；福建省气象科学研究所，福建 福州）摘要 整理并分析福建省区域自动气象观测站 年逐小时气温数据，结果显示，年以来，区域站最高气温、最低气温、气温年平均实有率均在 以上；年区域站最高气温、最低气温、气温数据年平均正确率均大于，年平均错误率均小于 ，年平均可疑率均小于；年福建省年平均气温呈整体上升趋势。关键词 气温 区域站 质量控制 数据集中图分类号 文献标识码 文章编号 （）基金项目：福建省气象局研究型业务专项项目“福建省区域站历史降水数据集整理与评估”（编号：）；福建省气象局短临科技专项项目“福建省强对流天气实况产品研判”（编号：）。概述福建省地处我国东南沿海，依山面海，海岸线长，丘陵山地多，地形环境独特。受大陆性与海洋性气候相互影响，福建气候复杂多变，高温、台风、暴雨、山洪泥石流等灾害频发，气象灾害呈现出种类多、影响范围广、活动频率高、持续时间长、次生和衍生灾害比率大、灾情危害重的特征，是受气象灾害影响最严重的省份之一。台站观测资料作为对实际天气的记录，是研究天气灾害、农业生产、检验数值模式等的重要数据支撑。近几年，区域自动气象观测站逐步在全国地面气象台（站）部署，福建省区域自动站资料形成了以大数据平台为数据载体，以短临预报、集合预报、延伸期预报为业务支撑的局面。由于观测源的复杂性导致数据自身存在各种各样的问题，如历史数据存在标准化程度不高、质控标准不一致、数据格式不一致、完整性不一致、连续性不一致等情况。为此，迫切需求长时间序列、高质量的小时气温数据产品。自 年福建省第一批区域加密自动站投入使用以来，实现了高时空分辨率的气温数据，自动站气温资料在预警、评估、专业服务等业务领域的应用进一步深入。利用已有的气温观测数据，形成一套覆盖 年以来福建省区域站、小时分辨率、高质量的气温数据产品，为精细化气象服务提供更有力的业务支撑。资料与方法 数数据据源源收收集集基于福建省地面气象区域站的观测气温资料，收集了福建省 年所有地面气象区域站数据、国家气象信息中心下发的地面气象区域站数据和现存 数据环境下地面气象区域站数据，将这三个数据源中的气温数据整理为自动站小时气温原始数据集。数数据据集集质质量量控控制制 质质量量控控制制码码的的设设置置在建立气温数据集的过程中，需要对气温数据进行质量控制。根据实际情况，共设 种质量控制码（码）。其中，代表数据正确；，代表数据可疑；，代表数据错误；，代表数据缺测。海峡科学 年第 期首先设置初始数据 ，当无观测数据时 ，然后按气候界限值检查、内部一致性检查、时间一致性检查和空间一致性检查的顺序进行质控，数据通过当前检查方可进入下一步检查，否则对被检数据重新设置或修改质量控制码。质质量量控控制制方方法法从气候的角度不可能出现的要素临界值称为要素的气候界限值（）。气温要素值（）是否在本站气温特定的变化范围，内的检查为区域站气候界限值检查，即要求，超出测站气温变化范围的观测数据为错误。内部一致性检查指同一时间观测的气象要素之间的关系必须符合一定规律，即要求满足最高气温气温最低气温，不符合此关系式的观测数据为可疑。对通过内部一致性检查的数据进行时间一致性检查。时间一致性检查主要依据气温在时间上具有显著的相关性和良好的一致性特点，对指定站点同一要素不同时次资料间的相关性进行考核，判断在一定时间间隔内气温数据前后波动是否在指定范围内，超出测站气温变化范围的观测数据为可疑。对通过时间一致性检查的数据进行空间一致性检查。空间一致性检查主要根据空间上连续变化的气象要素在地理空间上具有相关性的特点，即空间距离较近的气象站点的特征值比距离较远的站点具有更大的相似性，对被检查站点被检查时次的气温，使用邻近参考站点对应气温数据，采用空间插值方法进行估计。气温实测值与估计值差异明显较大时，观测数据为可疑。数数据据集集质质量量评评估估指指标标分别用，表示应观测数据组数、实有数据组数、有效数据组数、缺测数据组数、正确数据组数、可疑数据组数、错误数据组数，用、分别表示正确率、错误率、可疑率，表示实有率。因此，可将第 个站点各项指标公式表示如下。利用实有率评估数据的完整性和正确率、错误率、可疑率评估数据的质量状况。如无特殊说明，本文统计的正确率和错误率均未包含缺测数据。数据集质量评估 观观测测数数据据的的时时空空分分布布每个区域站观测要素不尽相同，因此只对有观测气温要素的区域站数据进行统计分析。由图（）可知，区域站数总体呈增长趋势，截至 年，具有气温要素观测的区域站近 个站。其中，年区域站数增幅最大，约增加 个，年增幅次之。福建省区域站数起始年代空间分布如图（）所示，以 年以前新增区域站为主，且新增区域站主要集中在沿海区域，呈“东密西疏”的特点，尤其是厦门、漳州、莆田、福州四地的新增区域站最多。（）区域站数变化曲线（）区域站起始年代空间分布图 年福建省区域站数变化 数数据据的的完完整整性性由图 可以看出，历年最高气温实有率、最低气温实有率及气温实有率基本一致。其中，年实有率最低，均为左右，年实有率大幅提升，达到以上，并持续增长至 年。年、年实有率相较上一年有所下降，但降幅低于。从 年开始又逐步上升，到 年实有率均达到以上。年第 期海峡科学 图 年福建省区域站最高气温实有率、最低气温实有率与气温实有率 数数据据质质量量经统计，最高气温正确率、最低气温正确率、气温正确率每年均在 以上。图 展示 年福建省区域站最高气温、最低气温、气温平均正确率空间分布。由图 可见，绝大部分区域站小时最高气温正确率在.以上，只有 个区域站的最高气温正确率在以下，但均高于。最低气温正确率与气温正确率呈沿海区域站高、中西部较低的分布规律，其中，中西部区域站正确率大部分高于，低于 以下的区域站分别是 个、个，但正确率均高于。经统计，最高气温错误率、最低气温错误率、气温错误率数据均小于.。由图 可以看出，绝大部分区域站数据错误率在.以下，分别占总站数的.、.、.，说明区域站平均错误率较低。.、.、.的区域站数据最低气温错误率、气温平均错误率为.，.、.、.的区域站数据最高气温、最低气温、气温平均错误率为.，所有区域站的数据错误率均小于。（）最高气温（）最低气温（）气温 图 年福建省区域站平均正确率空间分布（）最高气温（）最低气温（）气温 图 年福建省区域站平均错误率空间分布 海峡科学 年第 期 另外，年最低气温可疑率和气温可疑率最高，达到.左右，随后逐渐减小至 年。年，两者的可疑率在.以内波动。各年最高气温可疑率均小于最低气温可疑率和气温可疑率。图 为 年福建省区域站最高气温可疑率、最低气温可疑率、气温平均可疑率空间分布。可见，绝大部分区域站小时最高气温可疑率在.以下，占总数的.，仅有.的区域站最高气温可疑率在.。最低气温与气温平均可疑率空间分布基本一致，呈沿海区域站低、中西部较高的规律，中西部区域站可疑率大部分低于.，所有区域站的数据可疑率均小于。（）最高气温（）最低气温（）气温 图 年福建省区域站平均可疑率空间分布 数数据据分分析析选择 年有完整观测资料的区域站计算区域站的年平均气温距平，如图（）所示。年福建省年平均气温呈整体上升趋势，年平均气温为 ，年平均气温缓慢上升，年福建省区域站平均气温达到最高，为.。图（）是区域站 年平均气温空间分布，可以看出，福建省各区域站气温差最大为 左右，年平均气温呈沿海较高、中西部地区较低，低纬度地区较高、高纬度地区较低的分布规律，这主要与福建省“依山傍海”，大部分面积为山地丘陵的地理特点有关，东部临海地区温度较高，中西部丘陵地区温度较低。（）年平均气温距平和年平均气温变化情况（）区域站年平均气温空间分布图 年福建省年平均气温距平、年平均气温及空间分布（下转第 页）海峡科学 年第 期李玉婷，周祥华，李晓勇，等 泸州 波段双偏振雷达在冰雹识别中的对比应用 高原山地气象研究，（）：孟庆怡，李阳，范倩，等 望谟 波段雷达与兴义多普勒雷达暴雨过程中的对比 南方农业，（）：张昕，陈超，顾淏清，等 盐城市 波段全固态双偏振天气雷达在探测短时强对流天气中的应用 电子元器件与信息技术，（）：郭凤霞，马学谦，王涛，等 基于 波段双线偏振天气雷达的雷暴云粒子识别 气象学报，（）：李毅聪，胡沁，黄祖辉，等 波段移动雷达与 波段新一代天气雷达产品比对分析 江西科学，（）：刘俊，黄兴友，何雨芩，等 波段相控阵气象雷达回波数据的对比分析 高原气象，（）：田聪聪，张羽，曾琳，等 波段相控阵雷达与 波段雷达的对比分析 广东气象，（）：（上接第 页）结论本文利用 年不同源的区域站气温数据进行整理，主要结论如下。福建省区域站空间呈现东密西疏的分布趋势。年区域站最高气温实有率、最低气温实有率、气温平均实有率总体呈现增长趋势，年均达到以上。在对最高气温、最低气温、气温数据质控后，三者的正确率每年均在 以上，呈现沿海区域站气温数据正确率高、中西部区域站正确率较低的规律。同时，三者的年平均错误率均在 以下，可疑率均在以下。区域站数据集显示 年福建省气温总体呈现增长趋势，呈沿海年平均气温高、中西部年平均气温较低的分布规律。参考文献：王遵娅，丁一汇，何金海，等 近 年来中国气候变化特征的再分析 气象学报，（）：，：，（）：张强，赵煜飞，范邵华 中国国家级气象台站小时降水数据集研制 暴雨灾害，（）：张强，郭发辉，许松 全球地面天气报资料质量控制和数据集特征分析 应用气象学报，（）：吴薇，郭旭，尹娟，等 四川省区域自动气象站资料的质量评估 气象与环境科学，（）：岳艳霞，智利辉，王磊，等 石家庄市区域自动气象站气温数据适用性分析 气象与环境科学，（）：何健，王潜梅，钱光明，等 广东省区域自动站气象站资料的质量控制与评估 广东气象，（）：张志富，任芝花，张强，等 自动站小时气温数据质量控制系统研究 气象与环境学报，（）：国气象局 地面气象观测规范 北京：气象出版社，鞠晓慧，曹丽娟，朱建华 地面自动站气压的台站极值检查方法研究 气象与环境学报，（）：于杨，朱晨，赵琦，等 全球地面气温和降水定时值数据整合与初步质量控制 气象科技进展，（）：