基于空间回归的B样条拟合在地面气温资料质量控制中的应用

将B样条拟合算法引入到地面气温资料的质量控制当中,在分析地面气温资料空间相关性的基础上,提出一种基于空间回归的B样条拟合地面气温资料质量控制方法(SRT_BSF方法)。为了检验SRT_BSF方法的有效性及适应性,利用SRT_BSF方法对多个场景地面气温资料进行质量控制,并与反距离加权方法(IDW方法)和空间回归方法(SRT方法)进行比较分析。试验结果表明,SRT_BSF方法相对于IDW方法和SRT方法更能有效地标记出地面气温资料中的存疑数据,同时多组独立案例的分析结果说明SRT_BSF方法具有更好的稳定性和适用性。     

一种基于改进克里金法的地面气温质量控制算法

依据气温间的空间相关性,将地统计学中的普通克里金法(Ordinary Kriging,OK)引入地面气温资料的质量控制。考虑气温在空间上的连续性,提出一种基于高斯模型改进的普通克里金(Improved Ordinary Kriging,IOK)质量控制方法。为评估该方法的性能,运用IOK法对江苏省67个台站2008年地面日平均气温资料进行质量控制,并与OK法以及反距离加权法(Inverse Distance Weighted,IDW)进行比较。试验结果表明,IOK法的检验效果优于OK法与IDW法,且稳定性与适用性较高,能有效地标记出气温观测数据中的可疑数据。     

空间面板数据模型在地面气温观测资料质量控制中的应用

由于地面气温观测资料的时空分布符合空间面板数据结构特征,提出一种基于改进空间面板数据模型的地面气温观测资料质量控制算法(ST-RH算法)。该算法在利用邻近站地面气温观测资料时空相关性信息对目标站气温观测资料进行质量控制的基础上,兼顾了地面气温与相对湿度之间的强耦合关系,将相对湿度作为解释变量融入算法,增加了算法的内部复杂度,提高了算法的动态稳定性。为了检验该算法的有效性及适应性,利用ST-RH算法对多个场景地面气温观测资料进行质量控制,并与反距离加权算法(IDW算法)和空间回归算法(SRT算法)进行比较分析。试验结果表明,ST-RH算法相对于IDW算法和SRT算法更能有效地标记出地面气温观测资料中的存疑数据,同时多组独立案例的分析结果说明ST-RH算法具有更好的稳定性和适用性。     

一种基于PSO-MEF的地面气温观测资料的质量控制方法

考虑气温在空间上的相关性,提出一种基于粒子群算法（Particle Swarm Optimization,PSO）改进的多面函数内插算法（Multi-quadric Equations Fitting,MEF）的地面逐时气温观测资料的多站联网质量控制方法。为检验该方法的可行性和适用性,运用该方法对江苏省四站2006—2008年地面气温观测资料进行质量控制,并与反距离加权法（Inverse Distance Weighting,IDW）进行比较。试验结果表明,该方法相对于IDW法可以更有效地标记出人为模拟的随机误差,具有识别精度高,地区和气候适应性强等优点。      

一种地面气温的空间插值方法及其误差分析

根据最近邻域法和反向距离法的基本原理,利用空间卷积算法,采用结合中国大陆气象站点位置的截断高斯滤波算子作为距离权重方程,给出一种适合中国陆地区域的地面气温插值方法,并以300多个地面站记录的气温为例,使用交叉验证法分析了给定插值方法的误差分布,结果表明该插值方法比其他插值方法所得误差较小,能够很好地用于气象站点气象观测记录缺失的插补及其空间尺度的扩大化.     

基于三次样条插值的探空气温质量控制研究

利用上海地区2016年11月份探空气温观测资料,把观测资料分为五个高度段,采用平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)对气温观测资料进行质量控制分析。对每个高度段气温观测资料进行三次样条插值,结合交叉检验的思想对探空质量控制进行研究。结果表明:三次样条插值的质量控制算法在低空天气状况良好的条件下,对探空气温观测资料的质量控制效果显著,能更有效地标记出气温观测数据中的可疑值。     

一种基于GEP的地面气温观测资料的质量控制方法

地面观测资料的单站质量控制是气象业务中不可或缺的环节,特别在台站密度较低或新增台站的地区,单站质量控制是观测资料有效性的基本保障。在研究传统单站质量控制方法的基础上,利用气温与相对湿度之间的耦合关系,提出一种基于基因表达式编程(GEP)算法的地面逐时气温资料单站质量控制方法,实现相对湿度对气温的质量控制。并利用该方法对江苏省六市2005—2007年地面观测的逐时气温资料进行质量控制,以评估其适用性,并将控制效果与传统方法进行比较。结果表明,GEP质量控制方法能有效标记出可疑数据,具有可控性强、识别精度高等优点,尤其在每年5—9月的检验效果优于传统的单站质量控制方法。      

AI方法在地面气温观测资料质量控制中的应用

提出一种基于自回归与反距离加权的空间质量控制方法——AI方法,该方法能够在时间维度和空间维度对气象资料进行质量控制。选择不同地区4个地面气象观测站(南京58238站,连云港58044站,无锡58353站,徐州58027站)2007年逐时气温观测数据作为被控对象,检验该方法在气温资料质量控制中的适用性。通过对添加的随机人为误差的检验发现,该方法能够有效地标记出存疑数据,相对于反距离加权和空间回归,该方法具有更好的检验效果,稳定性高、适应性强,适用于平原或丘陵地带。     

上海自动站气温资料的空间质量控制与特征分析

运用Barnes插值方法和2011年7月1日00时至2012年6月30日23时(北京时间)逐时自动站气温资料,对Barnes插值方法的空间一致性质量控制进行研究,研究表明该方法在上海及华东地区有一定的适用性,同时分析了代表性区域的资料特征。结果表明:非降水日情况下,陆地站点和海边站点的气温具有显著的日变化特征,09时与18时左右两者之间差异最小;白天(夜晚),陆地(海边)站点气温高于海边(陆地)站点,最高(最低)气温差异约为0.74℃(0.79℃),多数时刻海陆差异显著,同时海陆气温日变化曲线不同的原因与日照、风向风速相关。此外,自动站资料能够充分反映出有天气过程时气象要素的变化特征,并能体现城市热岛效应。     

基于统一高度Cressman方法的地面2m气温客观分析

针对离散站点资料格点化的业务需求及 Cressman 方法在地形复杂区域客观分析存在的问 题,利用山东及周边省自动气象站观测的 2 m气温和 ECMWF预报的海上 2 m气温,结合山东省中尺度数值预报位温递减率、90 m分辨率 SRTM高程数据,采用统一高度 Cressman 方法对山东省地面2 m气温进行客观分析,生成了逐 1 h、0.01°×0.01°高分辨率的地面 2 m气温格点产品。结果表明,统一高度 Cressman 方法的客观分析格点产品在地形复杂区域的分析更合理,月平均误差基本在±1 ℃以内,鲁中山区地形高度较高区域月平均误差略大于鲁西北、鲁西南、鲁东南和山东半岛等地的平原地区,气温偏低的10、11、12月温度准确率均略低于 5、6、7、8、9 月;2020 年 5—12 月平均误差为－0.0039 ℃,平均绝对误差为 0.1469 ℃,均方根误差为 0.3597 ℃,2 ℃以内准确率为 99.64%,1 ℃以内准确率为 98.24%,各项检验指标均较优。总体上统一高度 Cressman 客观分析格点产品质量接近中国气象局陆面数据同化系统（ HRCLDAS ）高分辨率格点实况产品。     

基于EEMD-CES的单站地面气温资料质量控制方法研究

为了去除或减少我国地面气温观测资料中含有的噪声成分,提高观测资料质量,提出了一种新的单站质量控制算法。该算法融合了集合经验模态分解法(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)和三次指数平滑法(Cubic Exponential Smooth,CES)。利用EEMD方法将气温观测资料分解为一系列相对平稳的本征模分量,并基于能量密度和相关性准则从中分析筛选出目标分量,以完成资料重构;利用CES方法对重构资料建立单站质量控制模型,形成了一种基于EEMD-CES的地面观测资料质量控制算法。为检验该方法的可行性与适用性,选取2008年全国9个观测站地面逐时气温观测资料进行质量控制,并对比传统的单站质量控制法、经验模态分解法和三次指数平滑法的质量控制效果。试验结果表明,基于EEMD-CES的质量控制方法能有效地标记出数据的可疑值,相比传统方法,具有更高的检错率和更强的适应性。     

基于EOF的高时空分辨率自动站温度观测资料质量控制

随着我国气象自动化观测技术的发展,全国已经建成了70 000多个自动观测站点,全面实现了气象观测自动化。自动化观测技术使得气象常规观测资料量得到了飞速增长,这也使得通过质量控制提高自动观测站资料的利用率尤为重要。利用江苏省气象局提供的2019年12月1日00时—7日23时共168个时次的地面自动站温度观测资料,及ECWMF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)的ERA5(ECMWF Reanalysis V5)再分析资料中的温度格点资料作为背景场,结合常规质量控制方法及EOF(Empirical Orthogonal Function)质量控制方法,建立了适用于高时空密度的地面温度资料质量控制方法,并对我国中东部地面自动站温度观测资料进行质量控制试验。结果表明,在利用常规质量控制方法剔除观测资料中明显异常的资料后,针对自动站高密度的特点,通过选择合适的分析区域,EOF分析方法可以很好提取有组织的观测系统信息,从而保证剩余信息更好地满足随机分布特点,利用随机概率分布特点就可以很好剔除异常观测资料,并且可以避免天气变化的影响...     

基于多源数据的地面降水质量控制方法研究北大核心

本文在研究地面小时降水量与自动站其他观测要素的关联关系和雷达定量估测降水的基础上,提出从自动站关联要素和雷达估测降水两个角度对地面降水进行综合质量控制的多源质量控制方法。利用该方法对2019年5至6月江苏省国家级自动站小时降水量进行质量控制,结果表明:1 h相对湿度变化值、1 h变温,相对湿度与小时降水量关联关系较好;基于SFLA-BP的雷达定量估测降水结果与Z-I关系法相比精度更高,提升了天气雷达对降水质量控制的有效性;多源降水质量控制方法比MDOS准确率提高1.45%,产生可疑数据量下降67.16%,该方法能有效提升现有降水质量控制方法的准确性。     

一种基于FCM算法的雷达反射率基数据的质量控制方案

根据FCM（fuzzy C-means,模糊C均值）算法初步建立了一种适用于我国多普勒天气雷达反射率资料的质量控制方案,对2009年6月3—5日蚌埠、阜阳雷达站部分雷达体扫资料进行统计分析。结果表明,降水和非降水回波水平反射率结构（T）和垂直反射率差（V）均有不同的参数分布特征,并可有效区分。在此基础上以这两个参数作为FCM算法的输入特征向量,自动识别出降水回波和地物杂波。质量控制结果表明,恰当选取降水回波和地物回波的特征参数,作为FCM算法中的输入特征向量,能够有效识别这两类回波,从而剔除非降水回波,以提高质量控制的效果。     

A new method for quality control of Chinese rawinsonde wind observations

In 2006, the National Meteorological Information Center(NMIC) of the China Meteorological Administration(CMA)developed its real-time quality control(QC) system of rawinsonde observations coming from the Global Telecommunications System(GTS) and established the Global Upper-air Report Dataset, which, with the NMIC B01 format, is generally referred to as the B01 dataset and updated on a daily basis. However, when the B01 dataset is applied in climate analysis, some wind errors as well as some accurate values with incorrect error marks are found. To improve the quality and usefulness of Chinese rawinsonde wind observations, a new QC method(NewQC) is proposed in this paper. Different from the QC approach used for B01 datasets, the NewQC includes two vertical-wind-shear checks to analyze the vertical consistency of winds, in which the constant height level winds are used as reference data for the QC of mandatory pressure level winds. Different threshold values are adopted in the wind shear checks for different stations and different vertical levels. Several typical examples of QC of different error types by the new algorithm are shown and its performance with respect to 1980–2008 observational data is statistically evaluated. Compared with the radiosonde QC algorithms used in both the Meteorological Assimilation Data Ingest System(MADIS, http://madis.noaa.gov/madis raob qc.html) of the National Oceanic and Atmospheric Administration(NOAA) and the B01 dataset, the NewQC shows higher accuracy and better reliability, particularly when used to judge successive observation errors.     

CMIP6模式中的中国冬季气温主要区域空间模态及与观测的对比分析

利用国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）的全球气候模式历史模拟试验资料,通过旋转经验正交函数分析得到了CMIP6模式中的我国冬季气温变化主要的区域空间模态。结果表明：CMIP6多模式集合平均中我国冬季气温有4个主要的区域空间模态,分别为中原—西北型,华南型,东北型以及滇藏型。其中,东北型与滇藏型是较为稳定的空间模态,在所选CMIP6模式及观测资料中都稳定存在,这也是前人研究中一致性较高的模态。而我国新疆、西北、华中及华南地区的冬季气温在空间分型上存在分歧,这些地区的分型在以往研究中的一致性也较差。华南型在所选CMIP6模式内是一致存在的模态,中原—西北型在模式内部的差异性较大。在近40 a观测资料中,新疆及西北到我国南方为统一的空间分型,在CMIP6多模式集合平均的结果中新疆及西北地区气温空间分布与我国中原地区的联系更为紧密。CMIP6模式能较好地模拟出与低温空间分布有直接联系的对流层中层的槽的位置,当CMIP6模式和观测中的冬季气温都表现为同一个空间模态时,该模态所对应的对流层中层的主要环流系统在观测和CMIP6模式中也是一致的。     

利用空间相关性进行天气雷达波束阻挡数据的识别和订正

波束阻挡影响了天气雷达数据的质量,使雷达的导出产品存在误差。根据雷达观测数据的空间相关性,提出了不依赖于高精度数字高程模型的波束阻挡识别和订正算法,可以方便地用于天气雷达反射率因子的阻挡订正。对于部分阻挡或小范围完全阻挡造成的回波数据不准确情况,先进行阻挡识别,再进行线性插值处理,实现对阻挡数据的订正。论文建立了阻挡识别算法和阻挡订正算法,并利用雷达数据进行了对比验证。结果表明:利用本文的算法,可以有效地对阻挡数据进行订正,提高了雷达数据质量。