質(zhì)量控制簡介及視程障礙綜合判別簡介

地面集成觀測業(yè)務軟件（ISOS）

臺站級質(zhì)量控制介紹2013年11月地面集成觀測業(yè)務軟件（ISOS）簡介二.質(zhì)量控制對象2三.質(zhì)量控制輸出代碼四.質(zhì)量控制流程一、地面集成觀測業(yè)務軟件（ISOS）簡介ISOS是根據(jù)中國氣象局自動化觀測系統(tǒng)發(fā)展需求，立足于自動化觀測和自動化業(yè)務流程，開發(fā)能對多種地面觀測設備進行統(tǒng)一管理且靈活配置的綜合集成業(yè)務軟件.以充分發(fā)揮自動化觀測設備效能，節(jié)約臺站人力資源，加強基層臺站氣象服務保障能力，提升自動探測網(wǎng)的建設效益，為防災減災和國民經(jīng)濟發(fā)展提供基礎信息支撐。主要功能包括：參數(shù)設置、數(shù)據(jù)采集、人工觀測、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)處理、質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)存儲、編制業(yè)務報表、數(shù)據(jù)審核、數(shù)據(jù)流傳輸、報文傳輸、工作管理、任務調(diào)度。地面觀測業(yè)務軟件設計思路按照如下目標，地面綜合觀測業(yè)務軟件系統(tǒng)的總體設計主要突出以下幾點：未來現(xiàn)代氣象業(yè)務對觀測系統(tǒng)的需求： 資料的準確性、傳輸?shù)募皶r性、產(chǎn)品的綜合性充分發(fā)揮自動觀測和現(xiàn)代網(wǎng)絡技術的特點： 高時效的觀測資料、快速的寬帶網(wǎng)絡考慮基層臺站觀測人員職責的轉(zhuǎn)變： 設備保障、質(zhì)量控制、資料分析地面綜合觀測業(yè)務軟件系統(tǒng)的總體設計

ISOS-SS特點動態(tài)擴展性能強：通過動態(tài)的配置管理，可對各種新觀測設備進行靈活擴充和配置管理；采用模塊化的數(shù)據(jù)質(zhì)量管理方式，可擴充數(shù)據(jù)質(zhì)量控制規(guī)則，并實現(xiàn)了對多種觀測資料的綜合校驗；

自動控制功能強：可實現(xiàn)對觀測設備的不同層次和級別的監(jiān)控報警；不僅能上傳輸觀測數(shù)據(jù)，還可上傳設備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，為設備的運行監(jiān)控提供了基礎；功能、性能強：采用靈活配置的方式，可支持串口、網(wǎng)絡等多種聯(lián)接方式；可靠性、穩(wěn)定性高；自動站、云、能、天等設備通過串口服務器的方式集成，首次構(gòu)建中國地面綜合氣象觀測系統(tǒng)（ISOS），實現(xiàn)采集、傳輸、處理的全自動一體化。自動化觀測(硬件)觀測資料自動化處理與傳輸(軟件)

地面綜合自動化觀測試點

ISOS-SS臺站軟件組成圖（SMO+MOI）ISOS-SS系統(tǒng)主要由SMO和MOI兩部分構(gòu)成，其中SMO負責自動觀測，MOI完成業(yè)務處理

通過FTP的方式上傳長Z文件與現(xiàn)有業(yè)務接軌，通過數(shù)據(jù)流的方式與ISOS-PS系統(tǒng)進行交互臺站軟件ISOS-SS總體功能圖簡介：ISOS-SS系統(tǒng)主要由SMO和MOI兩部分構(gòu)成，其中SMO負責自動觀測，MOI完成業(yè)務處理

通過FTP的方式上傳長Z文件與現(xiàn)有業(yè)務接軌，通過數(shù)據(jù)流的方式與ISOS-PS系統(tǒng)進行交互SMO功能結(jié)構(gòu)臺站軟件之MOI主要功能介紹MOI主要功能包括：觀測與編報模塊數(shù)據(jù)維護模塊報表制作模塊參數(shù)設置模塊質(zhì)量控制模塊設備維護模塊質(zhì)量控制發(fā)展情況介紹數(shù)值預報技術的發(fā)展以及全球氣候與大氣環(huán)境的深入研究，對氣象觀測資料的質(zhì)量要求越來越高。針對不同的氣象資料，國內(nèi)由此而研制了許多質(zhì)量控制(QC)系統(tǒng)。隨著地面觀測自動化技術的發(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5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)量控制以及人工質(zhì)量控制。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?，F(xiàn)狀介紹截至2005年底，我國氣象部門約有600多個國家級地面站、1200多個地面一般站已使用自動氣象站進行地面氣象觀測。觀測系統(tǒng)的變化使得觀測儀器、觀測方法、觀測資料的密度及信息量、數(shù)據(jù)文件格式等均發(fā)生了巨大改變。隨著中國氣象臺站地面自動氣象觀測系統(tǒng)的逐步布設，地面自動站觀測資料質(zhì)量控制系統(tǒng)的研制已成為業(yè)務急需。2004年，由國家氣象信息中心牽頭，聯(lián)合安徽省氣象局、湖北省氣象局開始研制由氣象臺站，到省級、國家級資料部門的地面自動站觀測資料三級質(zhì)量控制業(yè)務系統(tǒng)(以下簡稱“三級質(zhì)量控制系統(tǒng)”)，制定各級數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方案，開發(fā)相應的業(yè)務適用軟件。目前，該系統(tǒng)的研制工作已完成。各級質(zhì)量控制系統(tǒng)融合了自動控制技術和交互式應用技術，提高了自動進程能力，允許在必要時對特殊資料進行詳細的人工分析判斷與修正?，F(xiàn)有的三級質(zhì)量控制體系介紹三級質(zhì)量控制系統(tǒng)業(yè)務流程的建立以現(xiàn)行業(yè)務觀測體制中常規(guī)資料的采集傳輸流程為依據(jù)，包括臺站級QC、省級QC和國家級QC。臺站級QC是指臺站在實時資料采集、質(zhì)量控制的基礎上，對本站形成的A、J、R月數(shù)據(jù)文件及年報文件Y文件，利用臺站級質(zhì)量控制軟件進行質(zhì)量檢查和預審，認為合格后上報到省級資料處理部門；省級QC是指在每月規(guī)定時間內(nèi)收集本省范圍內(nèi)由臺站上傳的上述數(shù)據(jù)文件，利用省級質(zhì)量控制軟件對其進行質(zhì)量檢查和人機交互審核，同時向臺站反饋審核信息，經(jīng)復查合格后，按要求上報至國家氣象信息中心；國家級Qc是指在每月規(guī)定時段內(nèi)收集各省上傳來的數(shù)據(jù)文件，利用國家級質(zhì)量控制軟件對其進行滾動格式檢查和質(zhì)量檢查，利用人機交互界面進行數(shù)據(jù)檢查處理，同時向各省反饋最終質(zhì)量控制信息，確認合格后，歸檔存儲到國家氣象信息中心氣象資料室。ISOS-SS質(zhì)量控制介紹在地面觀測業(yè)務集成平臺軟件中，質(zhì)量控制子系統(tǒng)主要功能是根據(jù)業(yè)務配置和質(zhì)量控制規(guī)則，進行實時數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制，對于明顯錯誤數(shù)據(jù)進行處理，并輸出相同格式的質(zhì)控數(shù)據(jù)和質(zhì)量控制信息。其中質(zhì)量控制算法、參數(shù)、規(guī)則等都可以由業(yè)務人員進行動態(tài)編輯和修訂。多要素的質(zhì)量控制綜合判別算法建設內(nèi)容為建立一套遵循大氣狀態(tài)的基本規(guī)律、能多方面檢查各要素之間的相互關系，嚴謹且合理的質(zhì)量控制算法。在現(xiàn)有可行的、較為成熟的質(zhì)量控制基本流程的基礎上，加入自動化云、天觀測與常規(guī)要素的多要素綜合判別，對現(xiàn)有的、基于半人工半自動化觀測的質(zhì)量控制算法進行修改和補充。質(zhì)量控制在軟件系統(tǒng)中負責監(jiān)控數(shù)據(jù)質(zhì)量，在數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題時，及時提醒工作人員。質(zhì)量控制對象4級數(shù)據(jù)：第1級：設備端輸出的采集數(shù)據(jù)，即分鐘數(shù)據(jù)和小時數(shù)據(jù)；第2級：經(jīng)過臺站級質(zhì)量控制的數(shù)據(jù)，即上傳數(shù)據(jù)，長Z文件或數(shù)據(jù)包）；第3級：省級質(zhì)量控制后的數(shù)據(jù)（即打包上傳數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)文件或數(shù)據(jù)包）；第4級：國家級質(zhì)量控制的數(shù)據(jù)。質(zhì)量控制對象4級數(shù)據(jù)：第1級：設備端輸出的采集數(shù)據(jù)，即分鐘數(shù)據(jù)和小時數(shù)據(jù)；第2級：經(jīng)過臺站級質(zhì)量控制的數(shù)據(jù)，即上傳數(shù)據(jù)，長Z文件或數(shù)據(jù)包）；第3級：省級質(zhì)量控制后的數(shù)據(jù)（即打包上傳數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)文件或數(shù)據(jù)包）；第4級：國家級質(zhì)量控制的數(shù)據(jù)。高效、簡單易行質(zhì)量控制代碼代碼值含義0數(shù)據(jù)正確，未作過修改1數(shù)據(jù)可疑，未作過修改2數(shù)據(jù)錯誤，未作過修改3數(shù)據(jù)缺測，未作過修改4數(shù)據(jù)有訂正值5原數(shù)據(jù)可疑，對數(shù)據(jù)進行過修改6原數(shù)據(jù)錯誤，對數(shù)據(jù)進行過修改8

原數(shù)據(jù)缺測，對數(shù)據(jù)進行過修改9未作數(shù)據(jù)質(zhì)量控制采用當前業(yè)務使用的質(zhì)量控制編碼質(zhì)量控制結(jié)果輸出代碼采用我國2010年1月頒布的氣象行業(yè)標準《地面氣象觀測資料質(zhì)量控制》規(guī)定的質(zhì)量控制碼。質(zhì)量控制流程1.格式檢查

檢查結(jié)果：正確、錯誤

依據(jù)：數(shù)據(jù)格式要求2.設備狀態(tài)檢查

檢查結(jié)果：錯誤數(shù)據(jù)缺測處理，其余不變

依據(jù)：設備狀態(tài)檢查輸出結(jié)果3.數(shù)據(jù)質(zhì)控碼檢查

檢查結(jié)果：錯誤數(shù)據(jù)缺測處理，其余不變

依據(jù)：文件中數(shù)據(jù)質(zhì)控碼結(jié)果質(zhì)量控制流程4.

氣候?qū)W界限值檢查：檢查結(jié)果：正確、錯誤依據(jù)：CIMO、行標、設備量程5.

氣候極值檢查：檢查結(jié)果：正確、可疑依據(jù)：臺站氣候統(tǒng)計值要素指標范圍氣溫℃[-8060]本站氣壓[5001100]海平面氣壓[8701100]1相對濕度[0100]2分鐘平均、10分鐘平均、最大瞬時風的風向[0360]2分鐘平均、10分鐘平均風速[075]瞬時風速[0150]1分鐘降水量[040]露點溫度[-8035]地表溫度[-8080]土壤溫度[-5050]草面溫度[-8060]1太陽輻射[01600]云高[1515000]2能見度[1050000]2質(zhì)量控制流程6.

時間一致性檢查：最大變率檢查結(jié)果：正確、可疑、錯誤依據(jù)：CIMO、設備特點最小變率檢查結(jié)果：正確、可疑依據(jù)：CIMO要素名最大變率檢查范圍可疑錯誤氣壓0.5hPa2hPa溫度3℃露點溫度2℃或3℃24℃相對濕度10%15%2分鐘平均風速10m/s20m/s地面溫度10℃5cm地溫0.5℃1℃10cm地溫0.5℃1℃15cm地溫0.5℃31℃320cm地溫0.5℃1℃40cm地溫0.5℃31℃350cm地溫0.3℃0.5℃100cm地溫0.1℃0.2℃80、160、320cm地溫0.1℃30.2℃3太陽輻射800Wm-21000Wm-2十分鐘能見度≤30km3km430km≤能見度≤50km5km4質(zhì)量控制流程6.時間一致性檢查：最大變率檢查結(jié)果：正確、可疑、錯誤依據(jù)：CIMO、設備特點最小變率檢查結(jié)果：正確、可疑依據(jù)：CIMO要素名最小變率檢查范圍氣壓0.1hPa溫度0.1℃露點溫度0.1℃相對濕度1%（相對濕度＜95%）風速0.5m/s風向10°（10分鐘平均風速大于0.1m/s）地面溫度0.1℃（除雪融狀況）5cm地溫土壤溫度可能會很穩(wěn)定，沒有最小變率要求10cm地溫15cm地溫20cm地溫50cm地溫100cm地溫7.

內(nèi)部一致性檢查：同類要素檢查結(jié)果：正確、可疑依據(jù)：邏輯關系不同類要素檢查結(jié)果：正確、可疑依據(jù)：CIMO特點：1.復雜、地域性強

2.不斷完善質(zhì)量控制流程質(zhì)量控制流程要素算法氣溫氣溫≤最高氣溫氣溫≥最低氣溫本站氣壓氣壓≤最高氣壓氣溫≥最低氣溫相對濕度相對濕度≥最小相對濕度風速十分鐘風速≤最大風速兩分鐘風速＜極大風速極大風速＞最大風速地表溫度地表溫度≤最高地表溫度地表溫度≥最低地表溫度草面溫度草面溫度≤最高草面溫度草面溫度≥最低草面溫度降水小時降水

=分鐘降水之和同類要素質(zhì)量控制流程(a)風向和風速在下列情況下，風質(zhì)控為錯誤：十分鐘內(nèi)風向沒有任何變化，而風速≠0；十分鐘內(nèi)風向在變化，而風速=0；瞬時風速≤風速；(b)氣溫和露點溫度在下列情況下，溫度質(zhì)控為錯誤：露點溫度>氣溫；氣溫-露點溫度>5℃，且視程障礙來自霧。不同類要素質(zhì)量控制流程(c)氣溫和現(xiàn)在天氣在下列情況下，要素質(zhì)控均為可疑：氣溫>5℃，而降水類型來自雪；氣溫<-2℃，而降水類型來自雨、毛毛雨；(d)現(xiàn)在天氣、云和降水在下列情況下，要素質(zhì)控為可疑：總云量=0，而有降水現(xiàn)象發(fā)生；總云量=0，而降水量>0（或大于雨量計的最小分辨率）；(e)云信息和日照持續(xù)時間在下列情況下，云和日照持續(xù)時間質(zhì)控為可疑：總云量100%，而日照持續(xù)時間>0；ISOS-SS質(zhì)控模塊介紹ISOS-SS質(zhì)控模塊介紹ISOS質(zhì)控錯誤碼格式定義位數(shù)含義1表示小時或分鐘文件（5為分鐘6為小時）2表示哪一步質(zhì)控檢查未通過（1-8）3相應要素編號（分鐘數(shù)據(jù)文件要素編號對應表5中要素序號；小時數(shù)據(jù)文件要素編號對應表6中要素序號。）456設備端指控碼71-3步未通過每次加184-6步未通過每次加191表示第1步未通過101表示第2步未通過111表示第3步未通過121表示第4步未通過131表示第5步未通過141表示第6步未通過15預留16預留17預留18預留ISOS-SS質(zhì)控模塊介紹地面集成觀測業(yè)務軟件（ISOS）視程障礙綜合判別算法2013年11月主要內(nèi)容一、算法執(zhí)行依據(jù)二、特征和區(qū)別三、自動化判別算法天氣現(xiàn)象自動化觀測介紹降水類天氣現(xiàn)象傳感器凍雨傳感器雷暴傳感器自動氣象站綜合判別或直接觀測地面凝結(jié)視程障礙需通過項目支持開展多傳感器集成觀測技術研究一、判別算法執(zhí)行依據(jù)類別地面氣象觀測規(guī)范中的定義霧大量微小水滴浮游空中，常呈乳白色，使水平能見度小于1.0km輕霧微小水滴或已濕的吸濕性質(zhì)粒所構(gòu)成的灰白色的稀薄霧幕，使水平能見度大于等于1.0km~小于10.0km霾大量極細微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見度小于10.0km的空氣普遍混濁現(xiàn)象沙塵暴由于強風將地面大量塵沙吹起，使空氣相當混濁，水平能見度小于1.0km。（出現(xiàn)沙塵暴一般風力大于四級（約10m/s））揚沙由于風大將地面塵沙吹起，使空氣相當混濁，水平能見度大于等于1.0km~小于10.0km浮塵塵土、細沙均勻地浮游在空中，使水平能見度小于10.0km。浮塵多為遠處塵沙經(jīng)上層氣流傳播而來，或為沙塵暴、揚沙出現(xiàn)后尚未下沉的細粒浮游空中而成。主要內(nèi)容一、算法執(zhí)行依據(jù)二、特征和區(qū)別三、自動化判別算法歷史數(shù)據(jù)分析視程障礙現(xiàn)象2分鐘平均風速（m/s）相對濕度（%）平均值標準差平均值標準差浮塵3.21.73211揚沙7.92.724.610沙塵暴17.66.810.53.8二、6種視程障礙現(xiàn)象的特征和區(qū)別現(xiàn)象名稱能見度（km）相對濕度風速大致出現(xiàn)時間霧V＜1.0接近100%小鋒面過境前后輕霧1.0＜V＜10.0較潮濕（80%~95%）、穩(wěn)定小早晚較多霾V＜10.0較干燥（小于80%）、氣團穩(wěn)定小任何揚沙1.0＜V＜10.0

風較大冷空氣過境或雷暴、颮線影響時，北方春季易出現(xiàn)沙塵暴V＜1.0

風較大浮塵V＜10.0

無風或風較小冷空氣過境前后主要內(nèi)容一、算法執(zhí)行依據(jù)二、特征和區(qū)別三、自動化判別算法試點站--判別條件現(xiàn)象名稱判別條件能見度（km）相對濕度（%）風速（m/s）24小時變溫（℃）霧V<1.0U＞80W≤10.0

輕霧1.0≤V<10.0U＞80W≤10.0

霾V<10.0U≤80W≤10.0

揚沙1.0≤V<10.0U≤80W>10.0

沙塵暴V<1.0U≤80W>10.0

浮塵V<10.0U≤80W≤10.0T≥5（1）、視程障礙識別算法總流程提取自動能見度數(shù)據(jù)、自動站數(shù)據(jù)及上次天氣現(xiàn)象判別數(shù)據(jù)。判斷是否有降水現(xiàn)象，若有則返回；若沒有降水現(xiàn)象，考慮上次是否有視程障礙現(xiàn)象，若沒有視程障礙現(xiàn)象，按初次判別方法；若有，按二次判別方法。（2）、初次判別算法二次判別流程二次判別流程二次判別流程二次判別算法數(shù)據(jù)評估視程障礙類天氣現(xiàn)象評估

總體上霧識別的準確率較高。

人工觀測能見度數(shù)據(jù)與能見度儀數(shù)據(jù)偏差造成統(tǒng)計的視程障礙現(xiàn)象的準確率較低。建議觀測時人工參考自動能見度數(shù)值。視程障礙類天氣現(xiàn)象評估評估期間，各站均觀測到輕霧和無現(xiàn)象，安徽、北京、湖北、江蘇、重慶觀測到霧現(xiàn)象，除安徽外各站均觀測到霾現(xiàn)象，僅北京出現(xiàn)浮塵，揚沙、沙塵暴未出現(xiàn)。現(xiàn)象集中發(fā)生在相對濕度大于等于80%風速小于10m/s時或相對濕度小于80%風速小于10m/s情況下，總體上誤判率高于漏判率。二次判別算法數(shù)據(jù)評估現(xiàn)象安徽北京廣東浙江湖北江蘇上海重慶平均值霧9250--9082-7578霾-010094086408958輕霧3843851006055644561揚沙---------浮塵-50-------沙塵暴---------1.準確率視程障礙現(xiàn)象準確率（%）1、準確率評估2.誤判率現(xiàn)象濕度風速安徽廣東浙江江蘇上海重慶霧相對濕度≥80%風速≥10m/s0--0-0風速＜10m/s8--0-25相對濕度＜80%風速≥10m/s0--0-0風速＜10m/s0--18-0霾相對濕度≥80%風速≥10m/s-00000風速＜10m/s-06055相對濕度＜80%風速≥10m/s-00000風速＜10m/s-0014553輕霧相對濕度≥80%風速≥10m/s000000風速＜10m/s471201867相對濕度＜80%風速≥10m/s000000風速＜10m/s134026047揚沙相對濕度≥80%風速≥10m/s------風速＜10m/s------相對濕度＜80%風速≥10m/s------風速＜10m/s------浮塵相對濕度≥80%風速≥10m/s------風速＜10m/s------相對濕度＜80%風速≥10m/s------風速＜10m/s------沙塵暴相對濕度≥80%風速≥10m/s------風速＜10m/s------相對濕度＜80%風速≥10m/s------風速＜10m/s------視程障礙現(xiàn)象誤判率表（%）現(xiàn)象濕度風速安徽廣東浙江江蘇上海重慶霧相對濕度≥80%風速≥10m/s0--0-0風速＜10m/s0--0-0相對濕度＜80%風速≥10m/s0--0-0風速＜10m/s0--0-0霾相對濕度≥80%風速≥10m/s-00000風速＜10m/s-00000相對濕度＜80%風速≥10m/s-00000風速＜10m/s-00002輕霧相對濕度≥80%風速≥10m/s000000風速＜10m/s1001301相對濕度＜80%風速≥10m/s000000風速＜10m/s100100揚沙相對濕度≥80%風速≥10m/s------風