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天衡系統:問診數據病因 提升觀測質量

來源:中國氣象報   發布時間:2019年06月17日14:50
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  中國氣象報記者 簡菊芳 通訊員 陳挺

  集成近30種先進的智能化質控評估算法,實現8大類觀測設備分鐘級質控全覆蓋;天氣雷達數據正確率提高5.3%,風廓線雷達提高6.2%,自動站提高1.62%,探空提高10%;雷電定位數據正確率達到95%,GNSS/MET觀測數據正確率平均達93%以上,土壤水分數據正確率達85%以上……

  這是中國氣象局首個國家級綜合觀測質控系統——天衡系統上線近一年的部分“成績單”。

  問世,牛刀小試

  從今年3月中下旬開始,中國氣象局氣象探測中心(以下簡稱探測中心)自主研發的天衡系統顯示,泰州雷達均一性評估結果為“疑誤”,而此時,臺站并未發現設備故障。經過與泰州雷達站溝通,保障人員確認該雷達方位旋轉關節松動導致偏差5°。6月5日,故障修復后,泰州雷達均一性評估結果顯示為“可信”。

  5月17日至26日,赤峰雷達回波偏弱10dB,但雷達產品并未有明顯問題。天衡系統評估結果為“疑誤”。在對其跟蹤核查后,技術人員發現為波導同軸轉換器損壞導致回波偏弱。經過修復,5月26日,赤峰雷達恢復正常。

  類似的事例還很多,在我國已經建成并穩定上傳數據的200余部天氣雷達、90多部風廓線雷達以及400多部閃電定位儀、千余個GNSS/MET水汽站等設備中,觀測數據質量成為制約預報、服務能力的重要基礎因素之一。

  為此,從2017年底開始,探測中心發揮遙感類質控優勢,著手研發自己的觀測數據質量控制系統。該系統面向探測和數據業務技術、管理人員,集合天氣雷達、地面自動站、風廓線雷達、雷電定位儀、探空、GNSS/MET水汽站、土壤水分觀測站和大氣成分觀測站等8類探測設備,以提高數據質量和觀測能力為核心。

  氣象探測中心數據質量室首席專家李翠娜表示,觀測數據質量問題的根源大多在于設備和環境,扭住這兩個點,就可以“撬動”數據質量問題這座大山。2018年7月,探測中心發布天衡系統,經過近一年的試運行,通過與省、站、廠家等多方合作,發現和解決了一批長期存在而沒有發現的問題,處置天氣雷達、風廓線雷達等設備43起實時觀測運行問題。

  落地,“打怪”升級

  天衡系統在一路“打怪”的同時,自身也在不斷“升級”。2019年,新增20余種數據質控、評估算法,質控技術更先進,質控范圍全覆蓋,診斷勘誤更智能,質量評估更權威。

  李翠娜表示,天衡對觀測數據診斷、勘誤的過程,與醫生診斷病情極為相似,也是一個“望、聞、問、切”的過程。

  所謂望,是通過監視各類設備數據質量情況了解“病癥”;聞,是通過分析組網數據均一性或觀測與模式評估等,推導“病情”;問,是通過了解數據質量與設備端的問題關系,發現“病因”;切,則是依據設備原理和數據特點深入剖析問題,確定“病灶”,最終對癥下藥,解決數據質量問題。

  李翠娜介紹,天衡系統可實現“一張地圖看好壞”。該系統首次實現對全網雷達均一性評估,其展示界面被技術人員形象地稱為“星空圖”;通過“星空圖”可了解鄰近雷達觀測數據的差異,為前端雷達定標、后端數據偏差訂正等提供有力支撐。通過雷達均一性評估,目前,保障人員已解決了11部雷達數據強度標定或方位偏差的問題。

  同時,探測中心以GRAPES數值預報業務模式為標準,建立國家級觀測-預報的數據質量評估機制,定量化監視全國自動站、探空站數據質量,并開展異常事件的跟蹤反饋管理。

  今年4月,天衡系統發現四川甘孜探空站300百帕風向數據可疑,經追蹤分析后確認雷達標定異常,導致風向偏差明顯。為此,技術人員指導臺站重新定標了雷達。

  為了驗證天衡系統集成算法的準確性,以天氣雷達為例,技術人員隨機抽取系統中被標為故障壞圖、電磁干擾的3000余條數據進行驗證。經檢驗,故障壞圖質控的命中率達94.25%,電磁干擾質控的命中率達93.68%。

  李翠娜說,未來,探測中心將堅持以人為本、以服務為導向,聯合省站、廠家及科研院所,研發應用智能化、大數據、機器學習等先進質控技術,解決設備端引起的數據質量問題,從根本上提升觀測數據質量,從而為氣象預報、服務以及全球觀測、全球預報和全球服務提供強有力支撐。

(來源:《中國氣象報》2019年6月17日三版 責任編輯:顏昕)

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