龍亞星，黃 勤，馮 慧

(1.陜西省大氣探測(cè)技術(shù)保障中心，西安 710014；2.陜西省氣象信息中心，西安 710014)

隨著氣象現(xiàn)代化建設(shè)的不斷推進(jìn)，我國(guó)建成了較為完善的國(guó)家地面天氣站網(wǎng)，以提高對(duì)中尺度天氣系統(tǒng)和災(zāi)害性天氣的監(jiān)測(cè)捕獲能力，滿(mǎn)足當(dāng)前業(yè)務(wù)用數(shù)值預(yù)報(bào)模式同化和天氣學(xué)分析檢驗(yàn)需求[1]。國(guó)家地面天氣站網(wǎng)主要由自動(dòng)氣象站組成，廣義的自動(dòng)氣象站網(wǎng)(AWS)包括傳感器、采集器、通信接口、綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)軟件和系統(tǒng)電源、業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)等外圍設(shè)備以及探測(cè)環(huán)境等等。對(duì)自動(dòng)氣象站網(wǎng)的觀測(cè)資料及其業(yè)務(wù)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控是保證地面氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)正常運(yùn)行的重要手段。目前，自動(dòng)氣象站網(wǎng)業(yè)務(wù)質(zhì)量由地面氣象觀測(cè)質(zhì)量綜合指數(shù)來(lái)反映，具體考核內(nèi)容包括設(shè)備運(yùn)行保障質(zhì)量、觀測(cè)資料傳輸質(zhì)量和觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，對(duì)應(yīng)的考核指標(biāo)分別為設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行率、傳輸及時(shí)率、數(shù)據(jù)可用率[2]。

1 現(xiàn)狀分析

目前，我國(guó)自動(dòng)氣象站網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控業(yè)務(wù)發(fā)展較快，部分省份開(kāi)發(fā)了省級(jí)站網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控及數(shù)據(jù)質(zhì)量控制系統(tǒng)[3-4]，中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心、國(guó)家氣象信息中心分別開(kāi)發(fā)并推廣了綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)(ASOM)[5]、氣象資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)(MDOS)[6]和綜合氣象信息共享系統(tǒng)(CIMISS)[7]，這些系統(tǒng)在自動(dòng)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)控及數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方面具有成熟的技術(shù)方法和業(yè)務(wù)規(guī)定。同時(shí)，目前的業(yè)務(wù)系統(tǒng)還存在以下兩個(gè)方面的不足：一是僅監(jiān)控觀測(cè)數(shù)據(jù)，沒(méi)有對(duì)自動(dòng)氣象站及其附屬設(shè)備、測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)軟件系統(tǒng)及支撐保障業(yè)務(wù)與探測(cè)環(huán)境的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)控；二是僅在正點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)分鐘級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控與提前預(yù)警。

2 監(jiān)控指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1 基本原則

綜合目前已廣泛應(yīng)用的基于觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性判斷的監(jiān)控方法，同時(shí)針對(duì)以上兩個(gè)方面的不足，設(shè)計(jì)基于自動(dòng)氣象站網(wǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)行狀態(tài)信息的監(jiān)控指標(biāo)，形成較為全面、系統(tǒng)的自動(dòng)氣象站網(wǎng)監(jiān)控指標(biāo)體系。指標(biāo)體系的構(gòu)建還應(yīng)有利于完善運(yùn)行監(jiān)控業(yè)務(wù)內(nèi)容、方法和發(fā)揮評(píng)價(jià)作用，有利于完善觀測(cè)業(yè)務(wù)質(zhì)量綜合考核辦法。

2.2 指標(biāo)體系總體框架

自動(dòng)氣象站網(wǎng)監(jiān)控指標(biāo)體系是指能全面反映自動(dòng)氣象站網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量及業(yè)務(wù)運(yùn)行狀態(tài)的若干個(gè)相互聯(lián)系的監(jiān)控指標(biāo)所組成的有機(jī)體，指標(biāo)體系的建立可為自動(dòng)氣象站網(wǎng)全方位、全流程監(jiān)控奠定基礎(chǔ)。結(jié)合以上分析，構(gòu)建由觀測(cè)資料指標(biāo)、測(cè)報(bào)系統(tǒng)指標(biāo)、外圍設(shè)備指標(biāo)、保障業(yè)務(wù)指標(biāo)、探測(cè)環(huán)境指標(biāo)五部分共18項(xiàng)組成的自動(dòng)氣象站網(wǎng)監(jiān)控指標(biāo)體系(如圖1所示)。

圖1 陜西省自動(dòng)氣象站網(wǎng)監(jiān)控指標(biāo)體系總體框架

2.2.1 觀測(cè)資料指標(biāo) 云、能見(jiàn)度、天氣現(xiàn)象、氣壓、空氣溫度和濕度、風(fēng)向和風(fēng)速、降水、日照、蒸發(fā)、地表溫度、草溫、淺層和深層地溫、雪深和雪壓、凍土、電線積冰等觀測(cè)資料應(yīng)具有代表性、準(zhǔn)確性、比較性和完整性等特征[8]，為此構(gòu)建了與觀測(cè)資料質(zhì)量控制方法[9]一致的包括數(shù)據(jù)格式正確率、數(shù)據(jù)完整率等在內(nèi)的共6項(xiàng)指標(biāo)作為觀測(cè)資料指標(biāo)。

2.2.2 測(cè)報(bào)系統(tǒng)指標(biāo) 測(cè)報(bào)系統(tǒng)是指觀測(cè)數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸、存儲(chǔ)的硬件和軟件系統(tǒng)，同時(shí)包含臺(tái)站參數(shù)、儀器參數(shù)和觀測(cè)極值等等基本信息，因此測(cè)報(bào)系統(tǒng)指標(biāo)包括反映測(cè)報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)狀態(tài)的4項(xiàng)指標(biāo)。

2.2.3 外圍設(shè)備指標(biāo) 外圍設(shè)備是支撐自動(dòng)氣象站網(wǎng)運(yùn)行的重要組成部分，因此提出由系統(tǒng)電源UPS、業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的外圍設(shè)備指標(biāo)。

2.3.4 保障業(yè)務(wù)指標(biāo) 綜合考慮自動(dòng)氣象站網(wǎng)保障運(yùn)行實(shí)際內(nèi)容，提出由維護(hù)維修、儲(chǔ)備供應(yīng)、計(jì)量檢定構(gòu)成的保障業(yè)務(wù)指標(biāo)。

2.2.5 探測(cè)環(huán)境指標(biāo) 良好的探測(cè)環(huán)境是確保氣象探測(cè)信息具備代表性、準(zhǔn)確性、連續(xù)性和可比較性的基本條件，因此提出由探測(cè)環(huán)境保護(hù)評(píng)價(jià)及時(shí)性、準(zhǔn)確性構(gòu)成的探測(cè)環(huán)境指標(biāo)。

2.3 監(jiān)控指標(biāo)的設(shè)定

指標(biāo)體系中每項(xiàng)指標(biāo)一般包括其基本內(nèi)涵和目標(biāo)值?；緝?nèi)涵主要對(duì)指標(biāo)的含義或計(jì)算方法進(jìn)行解釋?zhuān)荒繕?biāo)值主要根據(jù)業(yè)務(wù)運(yùn)行現(xiàn)狀和業(yè)務(wù)考核指標(biāo)來(lái)確定，其設(shè)置以定量為主、定性為輔。

數(shù)據(jù)格式正確率指觀測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)以及每條數(shù)據(jù)記錄的長(zhǎng)度與地面氣象要素?cái)?shù)據(jù)文件格式和BUFR編碼格式的相符比例；數(shù)據(jù)完整率指單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際觀測(cè)次數(shù)與應(yīng)觀測(cè)次數(shù)的比例，數(shù)據(jù)完整率與數(shù)據(jù)缺測(cè)率相對(duì)，即數(shù)據(jù)完整率+數(shù)據(jù)缺測(cè)率=100%；界限值超出率指觀測(cè)值超出儀器量程、氣象定義量值或氣候?qū)W界限的次數(shù)占總觀測(cè)次數(shù)的比例；內(nèi)部一致性根據(jù)要素觀測(cè)資料應(yīng)具有如日最低氣溫≤定時(shí)氣溫≤日最高氣溫、極大風(fēng)速≥最大風(fēng)速等等內(nèi)部特征來(lái)判定；時(shí)間一致性以要素觀測(cè)資料如氣壓、地溫應(yīng)符合時(shí)間變化規(guī)律特征來(lái)判定；空間一致性通過(guò)部分觀測(cè)數(shù)據(jù)如氣溫具有與其下墊面及周?chē)h(huán)境相似的一個(gè)或多個(gè)臨近站的觀測(cè)數(shù)據(jù)在空間上可計(jì)算、比較的特點(diǎn)來(lái)評(píng)價(jià)。

臺(tái)站參數(shù)一致性通過(guò)觀測(cè)站業(yè)務(wù)軟件中實(shí)際運(yùn)行的區(qū)站號(hào)、緯度、經(jīng)度、觀測(cè)場(chǎng)海拔高度、氣壓傳感器海拔高度、地方時(shí)差和人工觀測(cè)參數(shù)等基本信息與省級(jí)基本信息標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的相符情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，全省觀測(cè)站省級(jí)基本信息標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)由具有相應(yīng)權(quán)限的各觀測(cè)站或省、市級(jí)管理員進(jìn)行維護(hù)、更新和同步；觀測(cè)采集正常率采用傳感器、主(分)采集器、CAN總線、RS232/RS485終端通信、供電、AD模塊、計(jì)數(shù)器模塊、數(shù)字通道、各類(lèi)主板溫度、CF卡及其剩余空間和串口服務(wù)器等的實(shí)際工作狀態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)正常狀態(tài)的符合程度來(lái)綜合評(píng)定；數(shù)據(jù)文件正常率通過(guò)觀測(cè)站業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的采集數(shù)據(jù)文件、數(shù)據(jù)傳輸文件和觀測(cè)站存檔的觀測(cè)數(shù)據(jù)文件的生成、傳輸狀態(tài)來(lái)綜合評(píng)估；測(cè)報(bào)軟件穩(wěn)定性由臺(tái)站地面綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)軟件ISOS、BURF傳輸服務(wù)程序、StationClient傳輸客戶(hù)端、Meinberg NTP時(shí)鐘同步軟件、地面氣象測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)軟件OSSMO(含監(jiān)控軟件SAWSS、通訊組網(wǎng)接口軟件CNIS)等的運(yùn)行狀態(tài)綜合定性評(píng)估。

UPS穩(wěn)定性主要通過(guò)UPS(含發(fā)電機(jī))的輸入電壓、輸入異常電壓、輸出電壓、輸出電壓最大百分比、輸入頻率、電池單體、溫度、UPS狀態(tài)等綜合定性評(píng)價(jià)；計(jì)算機(jī)使用率通過(guò)業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)的CPU使用率、物理內(nèi)存使用率兩個(gè)方面綜合評(píng)價(jià)；通信網(wǎng)絡(luò)水平通過(guò)觀測(cè)站與省級(jí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)連通率及帶寬占用率綜合定性評(píng)定。

維護(hù)維修及時(shí)率以設(shè)備設(shè)施維護(hù)和故障恢復(fù)時(shí)間與規(guī)定時(shí)間的相符情況進(jìn)行綜合評(píng)估；儲(chǔ)備供應(yīng)水平采用省、市、縣各級(jí)備件數(shù)量占儲(chǔ)備標(biāo)準(zhǔn)的比率綜合判定；計(jì)量檢定及時(shí)率通過(guò)觀測(cè)站觀測(cè)設(shè)備的計(jì)量檢定狀態(tài)與有效期的符合情況來(lái)評(píng)定。

探測(cè)環(huán)境保護(hù)評(píng)價(jià)及時(shí)性采用觀測(cè)站探測(cè)環(huán)境保護(hù)評(píng)價(jià)結(jié)果上傳是否及時(shí)來(lái)評(píng)定；探測(cè)環(huán)境保護(hù)評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性利用觀測(cè)站探測(cè)環(huán)境變化情況報(bào)告的準(zhǔn)確性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

根據(jù)以上評(píng)估原則，在廣泛調(diào)研分析業(yè)務(wù)運(yùn)行實(shí)際情況和通用設(shè)備如UPS、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，給出各項(xiàng)指標(biāo)的目標(biāo)值(表1)。

表1 自動(dòng)氣象站網(wǎng)監(jiān)控指標(biāo)的目標(biāo)值

3 監(jiān)控指標(biāo)體系應(yīng)用

2017年，陜西省氣象部門(mén)全面開(kāi)展國(guó)家地面氣象觀測(cè)站無(wú)人值守業(yè)務(wù)改革，對(duì)自動(dòng)氣象站網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控業(yè)務(wù)工作內(nèi)容、流程及業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行了全面調(diào)整、優(yōu)化和升級(jí)。觀測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)控方面通過(guò)完善省級(jí)運(yùn)行監(jiān)控業(yè)務(wù)和資料收集與分發(fā)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)數(shù)據(jù)分鐘級(jí)監(jiān)控和雙套自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)文件的自動(dòng)補(bǔ)傳(PASOM、CIMISS)，測(cè)報(bào)系統(tǒng)與外圍設(shè)備監(jiān)控方面通過(guò)開(kāi)發(fā)無(wú)人值守運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)(Unattended Meteorological Station of Operations And Monitoring，簡(jiǎn)稱(chēng)USOM)實(shí)現(xiàn)了站網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息的分鐘級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警，保障業(yè)務(wù)方面推廣了省級(jí)技術(shù)裝備動(dòng)態(tài)管理信息系統(tǒng)和陜西省氣象計(jì)量業(yè)務(wù)系統(tǒng)，探測(cè)環(huán)境保護(hù)方面建設(shè)了探測(cè)環(huán)境視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，因此基本構(gòu)建起了基于“觀測(cè)數(shù)據(jù)+狀態(tài)信息”的自動(dòng)氣象站網(wǎng)全要素、全鏈條的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警信息自動(dòng)發(fā)布業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)運(yùn)行情況表明，2017年陜西省地面氣象觀測(cè)質(zhì)量綜合指數(shù)為99.97%，超過(guò)業(yè)務(wù)質(zhì)量考核指標(biāo)99.95%，該數(shù)據(jù)表明自動(dòng)氣象站網(wǎng)監(jiān)控指標(biāo)體系設(shè)計(jì)較為合理。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)深入分析自動(dòng)氣象站網(wǎng)構(gòu)成和運(yùn)行監(jiān)控業(yè)務(wù)現(xiàn)狀，構(gòu)建的由觀測(cè)資料指標(biāo)、測(cè)報(bào)系統(tǒng)指標(biāo)、外圍設(shè)備指標(biāo)、保障業(yè)務(wù)指標(biāo)、探測(cè)環(huán)境指標(biāo)五部分組成的自動(dòng)氣象站網(wǎng)監(jiān)控指標(biāo)體系，將進(jìn)一步完善自動(dòng)氣象站網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控業(yè)務(wù)內(nèi)容，并為自動(dòng)氣象站網(wǎng)運(yùn)行業(yè)務(wù)質(zhì)量考核方法調(diào)整提供重要參考。

(2)個(gè)別指標(biāo)目前還只能做定性評(píng)價(jià)，難以做到定量評(píng)價(jià)，對(duì)今后考核造成了不便。同時(shí)，指標(biāo)體系將隨著業(yè)務(wù)廣度和深度的不斷拓展而不斷調(diào)整、優(yōu)化。此外，指標(biāo)體系中所涉及的統(tǒng)計(jì)方法、評(píng)價(jià)模型、權(quán)重確定等問(wèn)題的研究還較為薄弱，需進(jìn)一步研究。

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