2019年辽宁及内蒙古冻土自动观测及其分钟数据的时间一致性检测

doi:10.3969/j.issn.1673-503X.2022.02.012

Abstract

Abstract:

Five types of frozen soil automatic observational instruments were installed for field experiment at Kazuo station, Liaoyang station in Liaoning province and Manzhouli station in Inner Mongolia Autonomous region.The minute frozen soil data were collected from March to June 2019.These dataset were processed with the control of the time consistency and quality adopting the vertical and horizontal extreme value set method and compared with the manual timing data of the three stations.According to the manual observation data in the same period, the thresholds of abnormal suspicious data and abnormal data of automatic observation of frozen soil were recognized as 5 cm and 11 cm respectively, and the verification was carried out accordingly.The results show that the integrity rate of minute data of frozen soil automatic observation instrument is 99.59%.The average number of frozen soil layers observed with the automatic instrument is consistent with the manual observation, which is in line with the distribution characteristics of frozen soil data applied in business.The five types of frozen soil automatic observation instruments can better reflect the minute changes of frozen soil data in different climatic regions, and the quality control threshold of minute data from frozen soil automatic observation is reasonable and reliable.

Key words: Frozen soil automatic observation, Data quality control, Time consistency check, Vertical and horizontal extreme value set method

CLC Number:

P642.14

Zhi-gang LIU,Dong-li WU,Chang-liang SHAO,Li-xia WU,Shu-zhen HU,Shu-li SONG. Automatic observation of frozen soil and its time consistency detection of minute data in Liaoning provice and Inner Mongolia Autonomous region in 2019[J]. Journal of Meteorology and Environment, 2022, 38(2): 97-104.

Figures/Tables 8

Fig.1

Table 1

Fig.2

Table 2

Table 3

Fig.3

Table 4

Table 5

References 28

1	中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 地面气象观测规范冻土(GB/T 35234-2017)[S]. 北京: 中国标准出版社, 2017.
2	中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 土壤水分观测频域反射法(GB/T 33705-2017)[S]. 北京: 中国标准出版社, 2017.
3	胡建东, 赵向阳, 李振峰, 等. 参数调制探针式电容土壤水分传感技术研究[J]. 传感技术学报, 2007, 20 (5): 1057- 1060. doi: 10.3969/j.issn.1004-1699.2007.05.024
4	李鹏, 余国河, 陈涛, 等. 电容式冻土测量传感器设计[J]. 传感器与微系统, 2014, 33 (1): 89- 91.89-91, 96 doi: 10.3969/j.issn.1000-9787.2014.01.024
5	施林红. 地面气温观测资料质量控制方法及其应用研究[D]. 南京: 南京信息工程大学, 2017.
6	王海军, 刘莹. 综合一致性质量控制方法及其在气温中的应用[J]. 应用气象学报, 2012, 23 (1): 69- 76. doi: 10.3969/j.issn.1001-7313.2012.01.008
7	岳艳霞, 陈静, 郭志斌. 区域自动站雨量资料质量控制方法及应用[J]. 气象科技, 2009, 37 (4): 452- 456. doi: 10.3969/j.issn.1671-6345.2009.04.014
8	周建华. 地面气象观测资料的质量控制方法研究[D]. 南京: 南京信息工程大学, 2015.
9	任芝花, 赵平, 张强, 等. 适用于全国自动站小时降水资料的质量控制方法[J]. 气象, 2010, 36 (7): 123- 132.
10	陶士伟, 仲跻芹, 徐枝芳, 等. 地面自动站资料质量控制方案及应用[J]. 高原气象, 2009, 28 (5): 1202- 1209.
11	封秀燕, 何志军, 王荷平, 等. 自动气象站实时资料质量控制开放式平台设计[J]. 应用气象学报, 2010, 21 (4): 506- 512. doi: 10.3969/j.issn.1001-7313.2010.04.015
12	王海军, 杨志彪, 杨代才, 等. 自动气象站实时资料自动质量控制方法及其应用[J]. 气象, 2007, 33 (10): 102- 109.
13	任芝花, 刘小宁, 杨文霞. 极端异常气象资料的综合性质量控制与分析[J]. 气象学报, 2005, 63 (4): 526- 533. doi: 10.3321/j.issn:0577-6619.2005.04.014
14	任芝花, 许松, 孙化南, 等. 全球地面天气报历史资料质量检查与分析[J]. 应用气象学报, 2006, 17 (4): 412- 420. doi: 10.3969/j.issn.1001-7313.2006.04.004
15	任芝花, 熊安元, 邹凤玲. 中国地面月气候资料质量控制方法的研究[J]. 应用气象学报, 2007, 18 (4): 516- 523. doi: 10.3969/j.issn.1001-7313.2007.04.012
16	廖捷, 熊安元. 我国飞机观测气象资料概况及质量分析[J]. 应用气象学报, 2010, 21 (2): 206- 213. doi: 10.3969/j.issn.1001-7313.2010.02.010
17	Durre I , Menne M J , Gleason B E , et al. Comprehensive automated quality assurance of daily surface observations[J]. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 2010, 49 (8): 1615- 1633. doi: 10.1175/2010JAMC2375.1
18	Graybeal D Y , Arthur T D , Keith L E . Improved quality assurance for historical hourly temperature and humidity: Development and application to environmental analysis[J]. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 2004, 43 (11): 1722- 1735. doi: 10.1175/JAM2162.1
19	Hubbard K G , Guttman N B , You J S , et al. An improved QC process for temperature in the daily cooperative weather observations[J]. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 2007, 24 (2): 206- 213. doi: 10.1175/JTECH1963.1
20	Hubbard K G , You J S . Sensitivity analysis of quality assurance using the spatial regression approach-A case study of the maximum/minimum air temperature[J]. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 2005, 22 (10): 1520- 1530. doi: 10.1175/JTECH1790.1
21	You J S , Hubbard K G . Quality control of weather data during extreme events[J]. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 2006, 23 (2): 184- 197. doi: 10.1175/JTECH1851.1
22	兰朝生, 姜雅凡. 地面气象观测数据综合质量控制方法研究[J]. 现代化农业, 2018, (1): 67- 68. doi: 10.3969/j.issn.1001-0254.2018.01.038
23	中国气象局. TB1-1型冻土器(QX/T 12-2002)[S]. 北京: 中国标准出版社, 2002.
24	中国气象局. 地面气象自动观测规范[M]. 1版北京: 气象出版社, 2020.
25	侯依玲, 刘鸣彦, 赵春雨, 等. 东北地区气温演变的一致性与局地特征研究[J]. 气象与环境学报, 2019, 35 (2): 69- 76. doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2019.02.010
26	中国气象局. 地面气象观测规范[M]. 北京: 气象出版社, 2003.
27	丁抗抗, 张浩宇, 杨洪斌, 等. 1959-2018年沈阳地区冻土时空变化特征[J]. 气象与环境学报, 2019, 35 (6): 101- 108.
28	徐静, 卢宪梅, 刘志刚, 等. 1966-2018年秦皇岛气候舒适度时空变化特征[J]. 气象与环境学报, 2020, 36 (3): 80- 86. doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2020.03.011

试验组	试验数据时间(UTC)	站点	设备编号	测量原理	型号	实测冻土数/个	观测冻土数/个	冻土变化数/次	平均层次/层
A组	3月3日至6月17日 (154080 min) (2月25日安装)	喀左站	R1	人工	TB1-1	321	44	102	1.16
			A1	电阻	ZY4100	154080	16150	36300	1.12
			A2		DTD1	153816	17599	38356	1.09
			A3		HY-DT1	152119	29628	98524	1.66
			A4		XLX1	152178	18493	83488	2.26
			A5	测温	DOD1	152789	21060	89560	2.13
B组	3月3日至6月19日 (156960 min) (2月27日安装)	辽阳站	R2	人工	TB1-1	327	63	150	1.19
			B1	电阻	ZY4100	156960	35009	76080	1.09
			B2		DTD1	156960	32750	70920	1.08
			B3		HY-DT1	155266	32793	117840	1.80
			B4		XLX1	155074	27909	100608	1.80
			B5	测温	DOD1	156956	38006	100012	1.32
C组	3月18日至6月20日 (136800 min) (3月14日安装)	满洲里站1号	R3	人工	TB1-1	285	210	478	1.14
			C1	电阻	ZY4100	136797	98838	223532	1.13
			C2		DTD1	134701	98865	233076	1.18
			C3		HY-DT1	136560	98040	223284	1.14
			C4		XLX1	136800	98280	225720	1.15
			C5	测温	DOD1	136798	94730	220036	1.16
D组	3月18日至6月20日 (136800 min) (3月14日安装)	满洲里站2号	R4	人工	TB1-1	285	188	438	1.16
			D1	电阻	ZY4100	136789	96629	257620	1.33
			D2		DTD1	136424	97590	250766	1.28
			D3		HY-DT1	136800	94129	219338	1.17
			D4		XLX1	136500	93401	224962	1.20
			D5	测温	DOD1	136798	84679	204480	1.21

变化范围/cm	仪器观测次数/次	比例/(%)	人工观测次数/次	比例/(%)
0	3058519	98.8372	684	58.56
1	27471	0.8877	196	16.78
2	3732	0.1206	80	6.85
3	3765	0.1217	37	3.17
4	769	0.0248	41	3.51
5	88	0.0028	25	2.14
6	37	0.0012	22	1.88
7	15	0.0005	17	1.46
8	6	0.0002	19	1.63
9	5	0.0002	16	1.37
10	6	0.0002	15	1.28
11	3	0.0001	5	0.43
>11	86	0.0028	11	0.94
总次数	3094502	-	1168	-

设备编号	各变化幅度出现总次数/异常值次数
设备编号	0 cm	1 cm	2 cm	3 cm	4 cm	5 cm	6 cm	7 cm	8 cm	9 cm	10 cm	11 cm	>11 cm
A1	36145/0	148/0	2/0	-	4/0	1/0	-	-	-	-	-	-	-
A2	38060/0	251/0	7/0	36/0	-	2/0	-	-	-	-	-	-	-
A3	97530/0	927/0	63/0	4/0	-	-	-	-	-	-	-	-	-
A4	82170/0	1312/0	6/0	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
A5	82351/0	4369/0	1351/0	1033/0	414/0	23/19	13/9	5/5	-	-	-	-	1/1
B1	75779/0	206/0	50/0	40/0	1/0	4/1	-	-	-	-	-	-	-
B2	70460/0	414/0	19/0	27/0	-	-	-	-	-	-	-	-	-
B3	116547/0	1243/0	35/0	12/0	1/0	-	-	-	-	-	-	-	2/2
B4	99573/0	997/0	20/0	18/0	-	-	-	-	-	-	-	-	-
B5	94268/0	2237/0	1401/0	1864/0	241/0	1/0	-	-	-	-	-	-	-
C1	221929/0	1305/0	153/0	77/0	29/0	2/0	3/2	1/0	-	2/2	5/4	1/1	25/25
C2	231168/0	1597/0	156/0	97/0	4/0	9/2	2/2	1/0	-	2/1	-	-	40/40
C3	221785/0	1381/0	72/0	34/0	29/0	2/0	-	-	-	-	1/0	-	-
C4	224007/0	1528/0	87/0	70/0	12/0	11/0	4/0	-	1/0	-	-	-	-
C5	218240/0	1686/0	15/0	72/0	17/0	6/5	-	-	-	-	-	-	-
D1	255552/0	1909/0	83/0	42/0	12/0	8/0	7/0	4/4	2/2	-		-	1/1	-
D2	248854/0	1805/0	72/0	23/0	5/0	2/0	1/0	-	1/0	-	-	-	3/3
D3	218028/0	1135/0	76/0	57/0	13/0	9/1	5/1	-	1/0	-	-	-	14/14
D4	223594/0	1293/0	39/0	21/0	5/0	5/0	2/0	-	1/0	-	-	1/1	1/1
D5	202479/0	1728/0	25/0	238/0	2/0	3/3	-	4/4	-	1/0	-	-	-
合计	3058519/0	27471/0	3732/0	3765/0	769/0	88/31	37/14	15/13	6/2	5/3	6/4	3/3	86/86
异常值占比/(%)	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	35.2	37.8	86.7	33.3	60.0	66.7	100.0	100.0

示例	变化量属性	观测仪观测时间	观测仪观测冻土上下限值/cm	人工观测时间	人工观测冻土上下限值/cm
示例1	正确变化量 (D3设备)	201903232258	6—150	201903232000	7—150
		201903232259	6—150	201903232000	7—150
		201903232300	0—150	201903240800	0—150
		201903232301	0—150	201903240800	0—150
示例2	野值变化量 (C2设备)	201905010249	74—150	201904302000	79—150
		201905010250	83—150
		201905010251	75—150	201905010800	79—150
示例3	冻土深度野值 (C1设备)	201904010450	0—150	201903312000	12—150
		201904010451	61—150
		201904010452	0—150	201904010800	0—150
示例4	锯齿变化量 (A5设备)	201903111131	68—72、63—64	201903110800	54—71、0—4
		201903111132	68—70、56—64	201903110800	54—71、0—4
		201903111135	68—70、63—64	201903111400	55—71
		201903111136	68—72、56—64	201903111400	55—71
示例5	随机变化量 (B3设备)	201903081810	26—73	201903081400	22—61、0—6
示例5	随机变化量 (B3设备)	201903081811	9—9、7—7、4—4、0—1	201903082000	22—61

试验组	验证数据时间(UTC)	站点	变化次数	质控阈值出现次数/异常值次数
试验组	验证数据时间(UTC)	站点	变化次数	0—4 cm	5—10 cm	>10 cm
A组	2月28日至3月2日	喀左站	58058	58050/0	8/2	0/0
B组	3月2日	辽阳站	18142	18135/0	2/2	5/5
C、D组	3月17日	满洲里站	26578	26557/0	11/4	10/10
合计	5 d	-	102778	102742/0	21/8	15/15
异常值占比/(%)	-	-	-	0.0	38.1	100

Automatic observation of frozen soil and its time consistency detection of minute data in Liaoning provice and Inner Mongolia Autonomous region in 2019

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[1]	LIU Dan-ni, WU Yang, WANG Ying. Study on features of road-surface temperature on Zhoushan Bridge over the sea and its statistic model in summer [J]. Journal of Meteorology and Environment, 2018, 34(5): 86-92.
[2]	ZONG Rong ;LIU Chun-yun. Quality control method of radar reflectivity data [J]. Journal of Meteorology and Environment, 2009, 25(2): 62-67.