基于IDL的塘沽盐场地面气象观测报表审核软件开发.pdf

30 天 津 科 技第 50 卷 第 8 期第 50 卷 第 8 期2023 年 8 月Vol.50 No.8Aug.2023天 津 科 技 TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY收稿日期：2023-08-020 引 言天津塘沽盐场气象站自建站以来已经拥有超过70 年的地面气象观测数据，为塘沽盐业提供了重要的生产保障。目前塘沽盐场以人工观测与自记设备相结合的方式采集观测数据，由天津市气象信息中心进行人工审核。自 2020 年天津市地面气象观测业务自动化改革以来，逐步实现了观测业务由人工观测向自动观测方式的转变，全市范围内保留人工观测的台站仅有塘沽盐场气象站。国内外针对地面气象数据的质量控制方法开展过许多研究，主要有气候学界限值检查、台站或区域极值检查、要素间内部一致性检查、时间一致性检查和空间一致性检查等1-3。基于气象数据质量控制的研究成果和现代气象业务的发展对气象数据完整性、时效性和质量的要求，中国气象局组织开发了气象资料业务系统（简称MDOS），实现了对国家站等地面观测数据进行自动质量监测，但塘沽盐场的人工观测业务显然不适于MDOS的要求。同时，随着业务科研水平和服务需求的提高，对于观测数据的质量要求提升，数据审核向自动方式转变有更多期望成为大势所趋，进而提升审核的一致性、应用技术基于IDL的塘沽盐场地面气象观测报表审核软件开发黄纯玺1，郭 阳1，陈蓓莹2，年飞翔1，金 津1（1.天津市气象信息中心 天津 300074；2.中国气象局气象干部培训学校河北分院 河北保定 071000）摘 要：基于IDL语言，依据地面气象观测规范及人工审核经验制定人工审核规则，开发具有报表解析、数据审核功能的塘沽盐场地面气象观测报表审核软件。该软件通过数据格式、气候学界限值、内部一致性、时间一致性、空间一致性和质量控制码等方法对塘沽盐场报表格式参数、气象要素、气候概况等内容进行了检查，并形成了审核结论，实现了塘沽盐场地面气象观测报表审核的规范管理，为开展行业内其他观测数据自动化审核奠定了基础。关键词：IDL 气象观测 数据审核 软件开发中图分类号：P41 文献标志码：A 文章编号：1006-8945（2023）08-0030-06Development of Ground Meteorological Observation Report Audit Software for Tanggu Saltworks Based on IDL HUANG Chunxi1，GUO Yang1，CHEN Beiying2，NIAN Feixiang1，JIN Jin1（1.Tianjin Meteorological Information Center，Tianjin 300074，China；2.Hebei Branch，China Meteorological Administration Training Centre，Baoding 071000，Hebei Province，China）Abstract：Based on IDL language，the manual audit rule is formulated according to the ground meteorological observation standards and manual audit experience，and a ground meteorological observation report review software with report analysis and data review functions for Tanggu Saltworks is developped.The software examines the report format parameters，meteorological elements，climate profile and other contents of Tanggu saltworks through data format，climatological boundary value，internal consistency，time consistency，spatial consistency and quality control code，and forms an audit conclusion，which realizes the standardized management of ground meteorological observation report audit for Tanggu saltworks，and lays a foundation for the automatic audit of other observation data in the industry.Key words：IDL；meteorological observation；data audit；software development 31 2023 年 8 月规范性4-5。在参考国家级自动气象观测站已有的技术规定基础上6-8，结合塘沽盐场历史观测数据变化特征，建立了一套人工地面气象观测报表审核规则，并基于IDL（交互式数据语言）开发设计了审核软件，实现了塘沽盐场地面气象观测报表的自动审核。1 资料与方法1.1 数据与来源本文中设计的审核软件基于塘沽盐场地面气象观测报表数据文件，文件名称为A54556YYYYMM。数据包括站气压（hPa）、气温（）、湿球温度（）、水气压（hPa）、相对湿度（%）、露点温度（）、总云量（成）、能见度（km）、定时降水量（mm）、天气现象、自记降水量（mm）、自记风向风速（m/s）、蒸发量（mm）、定时风向风速（m/s）、地面（cm）、日照时数（h），以及各要素相关统计值、天气气候概况、备注信息。数据来源于天津市气象信息中心。1.2 审核规则的建立依据天津地面气象观测自动化业务运行技术规定（2022 版），结合塘沽盐场历史观测数据变化特征，建立了人工地面气象观测数据审核规则，实现了报表的格式检查、常规要素界限值和一致性检查、降水与天气现象的一致性检查、天气现象记录规范性和合理性检查、自记与定时风向风速一致性检查、地面 02 时温度与其他时次换算检查、降水量和日照的空间一致性检查、质控码检查与数据对应性检查、气候概况数值检查输出、部分人工判别的转化等十大类 17 项 30 余条审核规则。主要包含以下内容：报表的格式检查；常规要素（气压、气温、相对湿度、风向风速）的界限值、主要变化范围、时间一致性检查；定时降水量、小时虹吸雨量对比检查，降水量与天气现象之间的内部一致性检查，总云量与日照数据之间的内部一致性检查；天气现象记录规范性、合理性检查；自记与定时风向风速之间一致性检查；地面（0 cm）02 时温度与其他时次换算检查；降水量、蒸发量等要素的空间一致性检查；质量控制码检查与数据的对应性检查；气候概况数值检查；部分人工判别的转化等其他内容。2 基于IDL的审核软件开发结合制定的审核规则和方案，重点研究审核规则向编程语句的转换和程序编写策略，采用交互式数据语言（IDL）开发审核程序。IDL是一种数据分析和图像化应用程序及编程语言，该语言是进行二维及多维数据可视化表现、分析及应用开发的理想软件工具，内置的数学库函数可以切实减少图象处理算法开发的工作量9。2.1 软件结构审核软件读取盐场地面气象观测站的月报表，采用格式检查、界限值检查、内部一致性检查、空间一致性检查等方法对报表内容进行审核，并提示用户对疑误数据进行更正。软件结构（图 1）包括基本参数模块、台站参数和封面信息检查模块、气象要素检查模块、质控码检查模块、天气气候概况检查模块。基本参数模块：将内置的气象台站基本参数（台站基本信息、观测要素、观测方式等）和检查参数（用于审核的阈值）传递给相关变量，用于气象报表审核。台站参数和封面信息检查模块：检查气象报表的台站基本信息和封面信息是否正确，如有错误，则将问题输出到审核单，并提示用户修改。气象要素检查模块：检查各个气象要素是否正确，如有错误，则将问题输出到审核单，并提示用户修改。质控码检查模块：检查各个气象要素对应的质控码是否正确，如有错误，则将问题输出到审核单，并提示用户修改。天气气候概况检查模块：根据当月气象资料和历年平均值生成该站当月天气气候概况，并输出到审核单，用户可根据审核单结果来判断观测员填报的天气气候概况是否正确。图 1 软件结构图Fig.1 Software structure diagram2.2 模块功能2.2.1 基本参数模块算法：将内置的气象台站基本参数（台站基本 黄纯玺等：基于IDL的塘沽盐场地面气象观测报表审核软件开发 32 天 津 科 技第 50 卷 第 8 期信息、观测要素、观测方式等）和检查参数（用于审核的阈值）传递给相关变量，用于气象报表审核；弹出Windows对话框选择要读取的月报表文件，读取文件内容，根据文件参数计算当月应有天数和上月应有天数，并用于程序后续模块的使用。实现：Windows对话框读取文件。2.2.2 台站参数和封面信息检查模块算法：对比文件名站号与表头站号是否一致，如果不一致，则将错误信息输出到审核单；对比月报表表头参数与程序内置参数是否一致，如果不一致，则将错误信息输出到审核单；对比各要素标识符与程序内置参数是否一致，如果不一致，则将错误信息输出到审核单；对比封面信息各参数与程序内置参数是否一致，如果不一致，则将错误信息输出到审核单；检查报表上传时间是否比报表时间晚一个月，检查日期格式是否正确，如果不是，则将错误信息输出到审核单。2.2.3 气象要素检查模块气压检查算法（图 2）：根据要素标识符确定气压数据的开始、结束位置，如未找到，则将错误信息输出到审核单，并结束气压检查；检查气压数据的行数与当月天数是否一致，如果不一致，则将错误信息输出到审核单，并结束气压检查；界限值检查：检查逐日气压数据是否在程序要求的气压值范围内，如果超出范围，则将错误信息输出到审核单；内部一致性检查：检查气压数据是否满足日最低气压日定时气压日最高气压，如果超出范围，则将错误信息输出到审核单。图 2 气压数据检查流程图Fig.2 Flow chart of checking air pressure data气温检查算法：根据要素标识符确定气温数据的开始、结束位置，如未找到，则将错误信息输出到审核单，并结束气温检查；检查气温数据的行数与当月天数是否一致，如果不一致，则将错误信息输出到审核单，并结束气温检查；界限值检查，检查逐日气温数据是否在程序要求的气温值范围内，如果超出范围，则将错误信息输出到审核单；内部一致性检查，检查气温数据是否满足日最低气温日定时气温日最高气温，如果超出范围，则将错误信息输出到审核单。流程图与气压数据检查流程图（图 2）一致。地温检查算法：根据要素标识符确定地温数据的开始、结束位置，如未找到，则将错误信息输出到审核单，并结束地温检查；检查地温数据的行数与当月天数是否一致，如果不一致，则将错误信息输出到审核单，并结束地温检查；界限值检查，检查逐日地温数据是否在程序要求的地温值范围内，如果超出范围，则将错误信息输出到审核单；内部一致性检查，检查地温数据是否满足日最低地温日定时地温日最高地温，如果超出范围，则将错误信息输出到审核单。计算前一日 20 时地温与当日最低地温的平均值，检查当日 02 时地温与该平均值是否一致，如果不一致，则将错误信息输出到审核单。流程图与气压数据检查流程图（图 2）一致。相对湿度检查算法：根据要素标识符确定相对湿度数据的开始、结束位置，如未找到，则将错误信息输出到审核单，并结束相对湿度检查；检查相对湿度数据的行数与当月天数是否一致，如果不一致，则将错误信息输出到审核单，并结束相对湿度检查；界限值检查，检查逐日相对湿度数据是否在程序要求的相对湿度值范围内，如果超出范围，则将错误信息输出到审核单；内部一致性检查，检查相对湿度数据是否满足日最低相对湿度日定时相对湿度，如果超出范围，则将错误信息输出到审核单。流程图与气压数据检查流程图（图 2）一致。天气现象检查算法（图 3）：根据要素标识符确定天气现象数据的开始、结束位置，如未找到，则将错误信息输出到审核单，并结束天气现象检查；检查天气现象数据的行数与当月天数是否一致，如果不一致，则将错误信息输出到审核单，并结束天气现象检查；检查逐日记录的天气现象代码是否在天气现象编码表范围内，如果超出范围，则将错误信息输出到审核单。降水检查算法（图 4）：根据要素标识符确定降水数据的开始、结束位置，如未找到，则将错误信息输出到审核单，并结束降水检查；检查降水数据的行数与当月天数是否一致，如果不一致，则将错误信息输出到审核单，并结束降水检查；降水量与天气现象一致性检查，出现降水天气现象时，检查定时降水是否记录了降水量，检查小时降水的降水时段是否与天气现象时间一致，如果不一致，则将错误信息输出 33 2023 年 8 月 黄纯玺等：基于IDL的塘沽盐场地面气象观测报表审核软件开发到审核单；降水空间一致性检查，在当前文件夹内检索邻近站（默认为塘沽国家气象观测站）月报表，如果文件存在，则读取降水量数据，对比盐场降水与邻近站日降水量是否属于同一量级，如果不一致，则将错误信息输出到审核单，降水量级检查规则如表1所示；如果时间为4 10月，检查定时降水量和小时降水量合计的一致性，规则为，定时降水量或小时降水量合计小于 10 mm时，两者误差应小于 0.4 mm，在大于 10 mm时，误差在 4%以内，如果超出范围，则将错误信息输出到审核单；检查定时降水量（0820 时、2008 时）与对应累计小时降水量是否一致，若以上任意一条不满足，则将疑误信息输出到审核单；在审核单中输出气象报表的跨月降水记录结果，并提示用户检查。跨月降水输出格式为：*跨月降水检查提示*。总云量检查算法：根据要素标识符确定总云量数据的开始、结束位置，如未找到，则将错误信息输出到审核单，并结束总云量检查；检查总云量数据的行数与当月天数是否一致，如果不一致，则将错误信息输出到审核单，并结束总云量检查；界限值检查，检查总云量数据是否在 011 范围内，如果超出范围，则将错误信息输出到审核单；内部一致性检查，如果 13、14 时日照小于 1.0，则对应总云量应大于 1 成，如果超出范围，则将错误信息输出到审核单。流程图与气压数据检查流程图（图 2）一致。日照检查算法：根据要素标识符确定日照数据的开始、结束位置，如未找到，则将错误信息输出到审核单，并结束日照检查；检查日照数据的行数与当月天数是否一致，如果不一致，则将错误信息输出到审核单，并结束日照检查；界限值检查，检查小时日照数据是否在 01 h范围内，如果超出范围，则将错误信息输出到审核单；内部一致性检查，如果 13、14 时日照小于 1.0，则对应总云量应大于 1 成，如果超出范围，则将错误信息输出到审核单。流程图与气压数据检查流程图（图 2）一致。能见度检查算法：根据要素标识符确定能见度数据的开始、结束位置，如未找到，则将错误信息输出到审核单，并结束能见度检查；检查能见度数据的行数与当月天数是否一致，如果不一致，则将错误信息输出到审核单，并结束能见度检查；界限值检查，检查能见度数据是否在 014 km范围内，如果超出范围，则将错误信息输出到审核单；内部一致性检查，能见度和天气现象数据应满足如下一致性关系，若08 时能见度小于 10 km，则白天或夜间应有视程障碍现象，若14 时能见度小于 10 km，则白天应有视程障碍现象，若20 时能见度小于 10 km，则当日白天或转日夜间应有视程障碍现象，若以上任意一条不满足，则将疑误信息输出到审核单。流程图与气压数据检查流程图（图 2）一致。风向风速检查算法（图 5）：根据要素标识符确定风向风速数据的开始、结束位置，如未找到，则将错误信息输出到审核单，并结束风向风速检查；检图 3 天气现象数据检查流程图Fig.3 Flow chart of checking weather phenomenon data图 4 降水数据检查流程图Fig.4 Flow chart of checking precipitation data表 1 降水量级检查规则Tab.1 Checking rules of precipitation grade降水分级盐场降水量范围（单位：mm）邻近站降水量范围（单位：mm）10.1 R盐场 9.90.1 R塘沽 16.9210.0 R盐场 24.95.0 R塘沽 37.9325.0 R盐场49.917.0 R塘沽 74.9450.0 R盐场 99.938.0 R塘沽 174.95100.0 R盐场 249.975.0 R塘沽 349.96250.0 R盐场175.0 R塘沽 34 天 津 科 技第 50 卷 第 8 期查风向风速数据的行数与当月天数是否一致，如果不一致，则将错误信息输出到审核单，并结束风向风速检查；格式检查，检查定时风速数据是否以“0”结尾，检查小时风速和极大风速是否以“0”“3”或“7”结尾，如果不是，则将错误信息输出到审核单；内部一致性检查，检查定时风向与小时风向是否一致，检查定时风速与小时风速是否一致，如果不一致，则将错误信息输出到审核单。图 5 风向风速数据检查流程图Fig.5 Flow chart of checking wind direction and speed data2.2.4 质控码检查模块算法（图 6）：根据要素标识符确定质控码的开始、结束位置，如未找到，则将错误信息输出到审核单，并结束该要素质控码的检查；检查质控码的行数与当月天数是否一致，如果不一致，则将错误信息输出到审核单，并结束该要素质控码的检查；质控码检查，检查该要素的质控码是否为“009”“049”或“889”，如果不是，则将错误信息输出到审核单。图 6 质控码检查流程图Fig.6 Flow chart of checking quality control code2.2.5 天气气候概况检查模块算法：根据当月气温数据、定时降水量、日蒸发量数据统计气温月平均值、气温月最大值、气温月最小值、降水月合计值、单日最大降水量、蒸发月合计值、重要天气现象出现次数等基本参数；从程序内置参数中提取当月的历年月平均气温、历年月降水量、历年月蒸发量等参数；按照固定格式输出当月天气气候概况（包括主要天气气候特点、主要天气过程、天气气候综合评价）。2.3 审核信息输出通过运行审核软件，双击“TY_A_file_Examine.exe”可执行文件打开软件，弹窗加载本地文件，找到存储盐场地面气象月报表的文件夹（文件名应为“A?-YYYYMM.TXT”的规定格式）。选中要进行审核的气象月报表，软件会对该月报表自动进行审核，并将审核结果保存到指定目录下，文件名为“塘沽盐场疑误信息-YYYY-MM.txt”，打开txt文件即可查看盐场地面气象月报表审核结果（图 7）。图 7 审核输出结果样式Fig.7 Audit output style 35 2023 年 8 月 黄纯玺等：基于IDL的塘沽盐场地面气象观测报表审核软件开发3 结 论本软件开发已经完成，并在天津市气象信息中心得到了实际业务运行和检验。自动审核软件运行稳定，建立的审核规则符合地面气象观测业务技术规范的相关要求，能有效满足塘沽盐场观测报表的自动化审核业务需求。通过建立人工观测数据审核规则，将零散的、碎片化的技术标准和人工审核经验进行整理，将数据审核实践经验凝炼为审核标准，为行业内其他观测数据的自动化审核工作提供了科学依据及实践基础。实现了天津特有的塘沽盐场地面气象观测报表的自动化审核，逐步向以扩展审核规则、完善代码程序为重点环节的信息技术应用方向转变，推动了数据质量控制工作的智能化、自动化发展。参考文献姜明，党岳，李晓波，等.区域自动气象站小时雨量数据质量控制方法研究 J .气象水文海洋仪器，2015，32（2）：18-23.123456789张德龙，张立，温建伟，等.气象实时数据的质量控制 J .内蒙古林业科技，2013，39（1）：58-59.傅娜，陈葆德，谭燕，等.上海自动站气温资料的空间质量控制与特征分析 J .大气科学学报，2014，37（2）：199-207.张雅昕，粟定华，杨丽娟，等.辐射月报表质量控制方法的研究与实现 J .气象研究与应用，2012，33（3）：55-57，73.成兆金，庄立伟，吴门新，等.农业气象观测记录年报表审核系统设计与实现 J .干旱气象，2019，37（3）：490-495.中国气象局.地面气象观测规范 M .北京：气象出版社，2003.中国气象局.气象要素分类与编码：QX/T 1332011 S .2011.中国气象局.气象数据归档格式 地面：QX/T 1192010 S .2010.侯立鹏，杨胜天，赵长森，等.基于IDL的遥感水文时空序列数据可视化分析系统开发与应用 J .遥感技术与应用，2014，29（6）：1074-1080.多，项目要根据实际情况评估重控需要达到的精准度，以此来决定是否有必要投入更多的人力。按照本文前面所述，在项目不同阶段以不同的方式进行重控的估算，按此重量计算系数选取方法可以缩短重控的投入时间，进而达到较为精准的目标。参考文献周舰，李渊，周霖.浅谈海上平台上部组块吊装技术1方案 J .中国设备工程，2018（3）：132-133.程友明.对海洋平台重量控制及结构开孔补强的研究 J .船舶标准化工程师，2012（4）：28-30.梅华东，周雷，文志飞，等.海洋平台重量控制程序和方法 J .中国石油和化工标准与质量，2021（11）：141-142.张明，程志涛，幸耀庭.自升式钻井平台重量控制方案 J .船舶标准化工程师，2017，50（4）：40-44.上接第 29 页1234