基于质控方法地面气象资料预警系统设计.doc

基于质控方法地面气象资料预警系统设计 　　摘要：准确、可靠的地面气象资料是气象和地球相关学科研究的重要基础，是提高气候预测水平的重要前提，为使气象观测数据具有更好的代表性、准确性和比较性，地面气象资料预警系统在地面气象资料数据入库之前，需进行一系列的数据质量控制，控制方法除了传统的极值，时间、空间、内部一致性检查之外，还包括数据挖掘中的BP神经网络算法。此外，系统设计过程包括后台数据库结构、前台入库及预警系统设计，该系统采用了多线程操作机制进行气象资料解析入库，提高了数据处理效率及预警信息的准确性，同时通过图形化的界面展示预警信息，这在日常生活、农业生产及社会稳定等方面都有重要的意义 关键词：地面气象资料；质量控制；数据库设计；数据挖掘；预警 中图分类号：P412.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）02-0339-05 DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2017.02.033 地面气象数据是制作天气预报和气候预测的基础资料，其质量好坏直接影响着天气预报和气候预测的准确与否。中国在20世纪90年代末开始在部分台站布设地面自动气象观测系统；随着软硬件技术的成熟，自动站建设速度明显加快，至2011年，全国已经安装了2 500多个地面自动气象站[1]，这使台站气象观测手段的自动化和数据传输速度持续增快，观测频率也大大提高，结果是海量数据被采集、传输和保存。因此，标注错误可疑的观测记录的质量控制方法是必要的，这样才能快速的为用户提供尽可能可靠的观测信息，才能使预报员做出尽可能准确的业务决定。地面气象资料观测记录是人类有器测以来最长的气象资料，也是气候状况的关键参数。数据资料的准确与否直接影响气象事业的发展，而地面气象数据又最容易受到下垫面环境状态的改变和人为观测误差因素的影响，所以地面气象资料的质量控制显得尤为重要。随着科学事业的不断深入发展，科技工作者迫切需要更高质量的气象资料，也要求地面气象观测记录必须具有代表性、准确性、比较性。然而气象资料受到测站位置、测量仪器、观测技术、观测时间、观测方法等方面的影响，尤其是长期观测形成的地面气象资料受各种非气象因素造成的影响更大，使得气象资料大打折扣，由此，气象资料质量控制的重要性已为所有气象科技工作者所公认。目前自动气象站主要观测要素为温度、相对湿度、风向、风速、气压、雨量，在质量控制中将对这些要素进行处理。在此背景下，试验设计了一种基于质量控制的地面气象资料预警入库系统，采用质控方法对气象资料进行处理，以Visual studio作为开发平台，以C#作为开发语言，并使用多线程操作机制提高系统处理气象资料的效率，针对气象资料多种气象要素进行数据库设计，以达到存储海量气象数据的效果 1 系统相关技术 1.1 质量控制方法研究（QC） 地面气象数据资料的控制和评估业务对保证气象数据的完整性、可靠性、代表性具有十分重要的意义。课题组以数据质量控制和评估业务系统为基础平台，采用计算机技术实现各类气象数据的质量控制、评估和数列均一性检验，以人机交互的方式实现气象资料的订正，确保为国家、省市级气象数据存储检索提供准确、标准化、权威性的气象数据资料 1.1.1 传统质量控制方法应用 传统的QC方法基于?Y料所反映的大气变量物理、气候特征，是资料必须遵循的基本规律，在各国的QC中发挥主要作用。地面气象资料上传文件的各要素值的质量控制以实时检查为主，检查手段包括人机交互辨别手段，检查方法包括数据预处理、气候学界限值检查、内部一致性检查、时间一致性检查、空间一致性检查等[2]。①数据预处理，是指实现对气象自动站通过GPRS通信网络或其他方式传递到气象局中心服务器的数据进行粗差判别，是质控的前期准备工作。②逻辑检查，根据气象要素在观测规律以及气象要素之间的内部关系对观测记录进行逻辑检查，其逻辑检查的内容包括温度、湿度、风向、风速等。③气候学界限值检查，指从气候学角度不可能发生的要素值、观测记录应在气候学界限值之内的检查。④内部一致性检查，指同一时间观测的气象要素记录之间的关系必须符合一定规律的检查。⑤时间一致性检查，指对气象记录在一定时间范围内变化的规律性检查。⑥空间一致性检查，气象要素在空间上的相关性检查，主要方法有空间插值、空间回归检查、气候统计比较法等。图1为传统质量控制方法简介 1.1.2 基于数据挖掘算法的质量控制方法研究 地面气象资料历史久远，并且由于气象站探测设备故障、人工误差等原因不可避免的会出现一些误差。虽然通过传统的质量控制方法可以提高数据准确性，但为迎接未来天气数据的准确、高效、实际可靠、具有代表性等发展趋势，必须对气象数据资料的质量控制方法做进一步的改进。经过资料查阅，有基于GIS的质控方法数