Page 43 - 《高原气象》2023年第1期
P. 43

1 期                        刘   娜等：青藏高原多源气象辐射数据整合与评估                                         39
               3. 3 日出日落时间计算                                     有效辐射≥向上光合有效辐射。当上述关系不满足
                   太阳日出之前和太阳日落之后， 没有向下短波                         时， 认为数据错误。
               辐射、 散射辐射、 直接辐射、 向上短波辐射、 向下                        4. 3 时间连续性检查
               光合有效辐射和向上光合有效辐射的有效观测数                                 各辐射要素随天气现象及天空云的分布变化
               据， 为方便数据使用， 数据集根据台站地理位置和                          呈跳跃变化， 时间连续性检查主要是检查数据在连
               观测日期计算了各观测台站每天的日出和日落时                             续时间段内出现无变化非零僵值的异常数据。当
               间（中国气象局，2003）。日出之前和日落之后的短                         各辐射观测要素出现连续 4 h 及以上时次为无变化
               波辐射要素值均用无观测数据特征值表示。                               非零僵值时， 认为数据可疑。
                                                                 4. 4 数据质量评估
               4  数据质量控制
                                                                     四种来源辐射各观测要素均经过质量控制（表
                   受观测仪器、 观测环境及人为操作等因素影                          2）， CMA 辐射业务观测各辐射要素逐小时曝辐射
               响， 观测数据不可避免的存在异常数据， 而高质量                          量实有率和正确性均超过 99%， TIPEX II、 TIPEX
               数据是应用的基础。因此数据集制作过程中各辐                             III大气科学试验观测散射辐射正确率低于 50%， 向
               射观测要素均进行了气候界限值、 要素内部一致性                           上光合有效辐射正确率低于 80%， 其他要素正确率
               检查、 时间连续性检查等质量控制（马有哲， 1998；                       均高于 83%， CAS NIEER &ITPR 野外试验观测各
               王欢等， 2020）， 并根据质量控制结果对辐射各要                        辐射要素实有率和正确率均超过97. 0%。
               素数据标注了质量控制码（QC 码）， 用于标识观测                         5  多源辐射数据整合
               数据的正确、 可疑、 错误及缺测状态（QC=0 表示数
               据正确， QC=1 表示数据可疑， QC=2 表示数据错                      5. 1 多源数据整合规则
               误， QC=8表示数据无观测或数据缺测）。                                 综合考虑四种来源辐射观测数据的时间长
               4. 1 气候界限值检查                                      度、 数据完整性和数据正确性指标， 结合重复站点
                   从气候学角度出现概率极低的要素临界值称                           数据一致性分析， 对大气科学试验站、 长期野外试
               为该要素气候界限值。辐射数据具有明显的季节                             验站及气象业务观测网的辐射观测数据进行数据
               变化规律，基于各观测站辐射历史数据，统计了辐                            源优先选择、重复数据处理和数据整合拼接，形成
               射各要素的每月气候平均值（MEAN）和标准偏差                           站点数量尽可能多，数据时间尽可能长、高质量的
              （STD），净全辐射以［MEAN-nSTD，MEAN+nSTD］作                  青藏高原区域 1993 年以来的气象辐射逐小时曝辐
               为每月气候界限值，其他辐射要素均以［0，MEAN+                         量数据集， 数据整合规则如图 3。相同站点数据，
               nSTD］作为每月气候界限值，检查各辐射要素观测                          若时间覆盖范围有交叉， 交叉时段的数据， 优先选
               值是否在合理界限范围， 如果超出合理界限范围，                           取数据可用率高的数据作为整合数据源（数据可用
               QC 码标识为 2。其中， n 为标准差的倍数， 本文基                      率=数据实有率×数据正确率）， 非交叉时段的数据
               于不同 n取值情况下标记为疑误数据概率的变化曲                           进行拼接整合， 最终所有站点数据， 按照统一数据
               线确定合理的 n 值。按照统计学观点， 相对同质的                         格式整合。
               数据统计特征是相似的， 那么正确数据和异常数据                           5. 2 多源辐射数据整合结果
               的统计特征应存在差异， 因此选取变化曲线变率趋                               经过质量控制和整合， 形成了青藏高原多源辐
               于 0 的 n 值作为计算每个辐射观测要素合理界限范                        射基本要素逐小时曝辐量整合数据集（IRDQTP）。
               围的参数（Eischeid et al， 1995）。本文各辐射观测                ISDQTP 包含了青藏高原区域自 1993 年 1 月以来共
               要素 n的取值如图 2虚线位置所示， 其中净全辐射n                        41 个站气象辐射基本要素每日逐小时辐射曝辐量
               取值为3. 0，其他辐射要素n均取值为2. 5。                          数据。1993 年共 21 个辐射观测站， 1994 年增加至
               4. 2 内部一致性检查                                      24个站并维持至 1998年 5月， 1998年 6月通过整合
                   各辐射观测物理量之间在同一测站同一时段                           TIPEX II数据增加至 26个站， 自 1998年 7月台站数
               内应该具有较好的一致性。向下短波辐射、 散射辐                           为 26 个站并维持至 2004 年， 2005 年通过整合 TI‐
               射、 向上短波辐射以及向下光合有效辐射和向上光                           PEX III 和 CAS NIEER&ITPR 野外实验站数据， 台
               合有效辐射之间应满足以下关系： 向下短波辐射≥                           站数量逐渐增加， 2014 年 8 月增加至 36 个站， 2016
               向上短波辐射， 向下短波辐射≥向下光合有效辐                            年台站数量开始减少， 2017年1月至今主要为CMA
               射， 向上短波辐射≥向上光合有效辐射， 向下光合                          辐射业务观测站（图 4）。以 85°E、 95°E 为分界线，
   38   39   40   41   42   43   44   45   46   47   48