1 引言
由于氣象部門長年來使用的雙翻斗雨量傳感器，其自身結構、原理方法的局限性，存在著缺陷，使得降雨觀測數據的質量倍受質疑。2011 年我省開展山洪雨量觀測站點建設。
該設備采取 0.1mm、0.5mm 兩種雙翻斗雨量傳感器同時觀測。兩種數據的形成結合臨近站點數據，通過雨量數據的對比分析，以滿足氣象預報與綜合觀測業務需求為宗旨，設計具有本地特色的山洪雨量數據質量控制方法。
2 常用雨量數據質量控制方法
2.1 數據冗余檢查
主要是統計時間段內所有站、時次數據的檢查。這種方式針對數據缺測情況的判斷，以判斷設備通信以及硬件設備是否正常。
2.2 允許值、均值及氣候極值的檢查
從氣候角度出發，不可能出現的氣象要素臨界值就是要素的氣候臨界值。超出允許范圍、區域年均值及歷史范圍臨界值的數據認定為錯誤數據進行實時修正。
2.3 空間一致性檢查
根據氣象要素具有一定的空間分布性進行的，它的有效性取決于區域內自動站的分布情況以及被檢查數據與區域空間的相關性。
3 常用雨量數據質控方法的缺陷
傳統的雨量數據質量控制通過上述方式，基本解決了數據缺測站點的檢查，剔除了超出允許值、均值及氣候極致的數據。但由于降水與區域空間相關性差，局地性降水更是如此，使得雨量數據的空間一致性檢查效果一直不甚理想。
4 山洪雨量數據質量控制方法需求分析
以氣象預報業務需求為導向，以氣象綜合觀測業務需要為基礎，結合福建省山洪雨量觀測設備的特點，針對氣象預報中急需解決的晴雨預報以及大雨預報的準確性問題。通過兩種雨量數據的實時對比分析，剔除掉大部分可疑及錯誤雨量數據，提高雨量數據的檢查效率；同時，深度挖掘可疑及錯誤數據間的潛在關系，大致判斷雨量觀測設備可能存在的相關問題，從而提高氣象裝備保障效率。
4.1 晴雨預報需求分析
晴雨預報即判斷是否下雨的預報。作為氣象觀測來說即判斷單位面積內降雨是否達到 0.1mm.如達到或超過 0.1mm界值判定為下雨。由于兩種雨量傳感器其中一種的最小計量單位為 0.5mm,因此用于晴雨判斷的能力相對有限，只能通過質控層面篩選出部分可疑及錯誤數據，而更多的辨析則相對側重氣象綜合觀測儀器性能判斷。
4.2 大雨預報需求分析
參考雨量等級劃分，結合雨量傳感器自身結構特性，以采集到莆田地區 2013 年、2014 年降雨數據作為樣本，對小時降雨根據儀器對比分析體現的特性進行分級質控。分級質控對提升大雨情況下的雨量數據質量起到了關鍵作用。
4.3 綜合氣象觀測需求分析
對于目前的雨量觀測設備來說，降水的主要是兩個方面：一是降水數據的準確性，該方面與 4.1、4.2 的需求一致；二是觀測設備的可用性分析。該方面可以通過兩種雨量傳感器數據的深度分析挖掘，分析造成各種數據偏差的原因，從而提高設備維護維修能力。
5 山洪雨量數據質量控制方式設計
數據質量判斷延用可信、可疑、錯誤三種狀態，將可疑數據分為可疑數據可用、可疑數據不可用。判斷方式以提升實時數據質量控制，提高數據質量控制效率為目的。吸取借鑒傳統降水質量控制中極值等檢查以及空間一致性檢查的優秀方法，從基礎業務需求出發，著重提高降雨過程中晴雨判斷、大雨辨析、綜合觀測業務保障業務質控能力。設 0.1mm 雨量傳感器探測數據為 a, 0.5mm 雨量傳感器探測數據為 b.
5.1 評估數據的設計
基于 barnes 濾波原理，對站點預設初估值 F0,根據我省觀測站網分布情況，以 20Km 動態范圍內的站點數據作為估測數據，以 5km,5-10km,10-20km 作為權重函數區域?；?barnes 濾波原理，并簡化系統設計過程，經過運算得出權重系數 Wk 分別為 0.9,0.8,0.4.并通過 barnes 濾波原理，F0=∑WKFK/∑WK.
5.2 晴雨判斷標準設計
晴雨判斷方式借鑒數據空間一致性的方法，根據福建省氣象觀測站網分布特點為依據，以站點周邊動態 20km 范圍內的站點數據為判斷依據，以保證判定站點個數為奇數。同時，以 0.1mm 雨量傳感器探測數據作為判斷參考。以偏多站點數出現的晴雨狀況為準，并且晴雨站點數量差值至少大于 1.若 20km 范圍內站點數據為 1,則以周邊站點的判斷參考數據為準。若 20km 范圍內站點數據為 0,則不進行晴雨判斷。
5.3 晴雨判斷數據驗證
5.3.1 若初始預估值為小于 1 或等于 0,即判定為參考晴天
當 a=0∩b=0 時，設備正常；當不是 a=0∩b=0 時，設備異常 1 次，數據顯示可疑，數據不可用，若頻繁出現該現象，判定該站需要維修維護。
無法進行晴雨判斷的站點，以該站 0.1mm 雨量傳感器探測數據為準。
5.3.2 若初始預估值為大于等于 1,即判定為參考雨天
以 2013、2014 年的莆田市山洪雨量統計數據作為數據基礎，對降雨數據根據其于實際情況以及設備特性進行分段質控設計。
E.通過 2013 年、2014 年莆田市山洪雨量探測數據的人工比對以及數據可靠性判定情況，對 a>45 時，采取比值歸一的方法，即 a/b->1,確認為有效數據，依據統計數據將a/b 的取值范圍確定為{0.8,1.25}.當 a/b 不在該取值范圍內時，懷疑 a 或 b 故障，如 a≈F0 時，確定 a 值可信，否則確定 a 值錯誤，0.1mm 傳感器故障。
6 降雨可靠性數據統計分析
以 2013-2014 年莆田市山洪雨量探測設備數據進行統計分析，根據上述質量控制方式，對 2013、2014 年采集到有效數據分別為 1872、6928 組雨量數據進行分析，篩選出異常數據分別為 74 組、269 組。數據可靠率達到 96%,96.2%.
7 結束語
通過上述闡述及相關數據的初步設計，對兩種雨量傳感器觀測數據的初步應用設計，吸取了現階段雨量數據質量控制的優點，結合現階段雨量預報和觀測保障的特點，設計具有本地特色的山洪雨量數據質量控制方法，使之更科學地提高雨量數據的質量，為預報業務數據更有效的應用，為大氣探測技術保障業務進一步提高發現問題解決問題能力提供了進一步摸索的思路。
參考文獻
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