// Вие четете...

Акустика на морето

Контрол на качеството на хидрологичните данни.

„Всяко умение се постига с труд.“

В съответствие с концепцията за построяване на Единна система за информация за обстановката в Световния океан трябва да има разработена технология за управление на океанографските данни, осигуряваща тяхното дълговременно и гарантирано съхраняване, както и тяхното оперативно предоставяне. При това океанографската информация предавана на ползвателите, предварително трябва да е преминала контрол и да има атрибути, които да позволяват да бъде оценено качеството на получаваните данни.

В качеството на такива атрибути е целесъобразно използването на някакви кодове, присвоявани на данните, преминали някакви процедури на контрол. Особено важно допълнение за предоставяната информация са атрибутите за качество при интегриране на данни от разнородни източници, когато е невъзможно да бъдат проверени по първоизточника.

Следва да бъде отбелязано, че по преди на този проблем не се е отделяло нужното внимание, за което е било нужно провеждането на анализ за определяне на възможните пътища за решаване на този проблем.

Основни причини за ниското качество на данните се явяват:

– неточност на измерването;

– грешки при записването и пренасянето на първичната информация в базата данни.

Първата от тях по-често се появява на един или друг етап от експлоатацията на техническите средства и води към отказа от тяхната последваща експлоатация (отделни видове термосонди, електромагнитни измерители на теченията и др.). Поради това наличието на сведения за типа на използвания измерителен прибор се явява непременно условие за приемане на положително решение за възможно включване на получената с негова помощ информация в базата данни.

Втората причина се явява като най-разпространената. Грешките могат да бъдат както в при значната част от данни (координати, дата, време, дълбочина в местата, платформата и т.п.), така и непосредствено данните от измерването. Дела на станция с такива грешки по оценка на специалисти от Световния център за океанографски данни достига до 10%. Отстраняването на грешки от такъв род е посветена и настоящата публикация.

Към разчета на статистическите характеристики на хидрометеорологичните полета има още редица изисквания, произтичащи от необходимостта за получаване на не изкривени, състоятелни статистически оценки за първичната информация. Проблемите, свързани с такива оценки тук не се разглеждат.

По нататък са изложени принципите, които трябва да бъдат положени в основата на технологията на контрола на хидрологичните и хидрохимични данни. Те са съгласувани с принципите, приети във водещите световни центрове за сбор и обработка на океанографска информация и се базират на получения опит за контрол на качеството на данните. Приемането на процедурата по контрола на качеството на данните условно могат да бъдат разделени на два основни етапа:

1. Обективен контрол, който може да бъде формализиран и практически напълно автоматизиран.

2. Интерактивен субективен контрол, който трябва да бъде изпълнен с участието на специалист, което предполага обръщане към първоизточника (при наличие) и не може да бъде напълно автоматизиран.

Ще отбележим, че описаната по-долу процедура не засяга някои специални форми на контрол на океанографската информация, която е необходима при решаването на едни или други приложни задачи. Например, при контрол на океанографските данни в интерес на хидроакустичното осигуряване като задължително условие се явява наличието на данни от съвместно наблюдение за температурата и солеността, наличие на измервания на повърхностния хоризонт, наличие на данни с изискваното разрешение по вертикала и т.п. В същото време при разчет на средните значения на хидрологичните характеристики изпълнението на тези изисквания не е задължително. Тоест приемането на критерии за качеството на данните при решаването на специални задачи могат да се допълват.

Етап на обективния контрол. Целта на работата на този етап е търсенето и регистрирането на поддаващи се на идентификация грешки. Резултатите се фиксират в протоколи за проверката от рейса, базата данни. По резултатите от проверката и последващи редактирания на данните се присвояват едни или други бележки (флагче) за качеството на информацията.

Контрол на форматите за записите. Изпреварват контрола за качеството.

Формален контрол на показателната част. Заключава се в проверка за съответствие с допустимите предели на показателната част на данните от наблюдението. Проверява се полето: година (по-голяма от началната, по-малка от текущата), месец (1….12), дата (по броя на дните в месеца), време (час 0… 23, минути 0-59), ширина (-90.. +90), дължина (-180.. +180). При наличие на данни за дълбочината в възлите на достатъчно подробна мрежа в Световния океан на проверка подлежат и сведенията за дълбочините на мястото.

Проверка за дублиране. Особено важно е сравняването на данните от наблюдението от различни източници. Дублирането на станциите, изпълнени в една точка, в едно и също време и имащи едни и същи данни от наблюдението, се изключва. За съжаление в различните центрове за сбор на данни координатите се регистрират с различна степен на точност. Така например в масивите те се съхраняват с точност до минута, макар в редица случаи следва те да се знаят с точност до стотни от минутата.

Ако самите данни от наблюдението не съвпадат, тогава се регистрира дублиране на показателната част на станциите. На последващия етап се отчита с каква точност са записани координатите на станциите, проверява се показателната част от двете станции по първоизточник и се взема решение от технолога за изключване сведенията за една от станциите.

Проверка за дублиране на хоризонтите, отрицателните хоризонти и отсъствие на нулевия (повърхностния) хоризонт, допустимото разстояние между хоризонтите. В общия случай преди проверката на тази група фактори се извършва сортировка на записите по нарастването на хоризонта. При наличие на еднакви записи на дублирани хоризонти един от дублираните записи се отстранява автоматично, при наличие на отрицателни хоризонти, отсъствието на нулевия се регистрира. Допустимото разстояние между съседните хоризонти се задава равно на удвоеното разстояние между съответните съседни стандартни хоризонти. Ако тези диапазони не се удържат, станцията се отбелязва с знак (флагче), показващ нейната непригодност за използване при интерполация на стандартните хоризонти.

Контрол на глобалния диапазон на изменчивост (климатичен контрол). По публикувани данни за големи океански райони, например за Северния, Централнияи Южния Атлантик се задават предели за възможни изменения на параметрите за състоянието на океана. Изпълнява се автоматичен контрол за съответствие по диапазони на изменчивостта, регистрира се и обема на данни, които не съответстват на зададения диапазон за изменчивост. В зависимост от получените резултати на последващия етап се взема решение за коректура на допустимите диапазони за изменчивост. При наличие на необходимост от сведения за диапазона на изменчивост в регионален мащаб по сезони изложената процедура за контрол може да се допълва до контрол на регионални диапазони за изменчивост.

Във връзка с наблюдаваните климатични изменения в последните десетилетия не бива да бъдат изключвани забележимите изменения на определените по-рано диапазони на изменчивост.

Контрол на крупните градиенти и инверсии на температурата. Изхождайки от физически съображения и на основа на данни от предходни наблюдения може да се оцени с максимално допустимото увеличение на температурата на водата с дълбочината, е равно, както и на максималното нейно намаление с дълбочината (вертикални градиенти). При отсъствие на данни от наблюдение за солеността се счита, че вертикалния градиент на температурата в открития океан трябва да се намира в пределите на -0,7….+0,3ºС/м.

Ако се наблюдава инверсия на температурата (ръст с дълбочината – положителен градиент) в последствие при наличие на наблюдение за соленост е целесъобразно да бъде направен контрол на инверсията на плътността.

На следващия етап, ако се наблюдават голям брой наблюдения с градиенти превишаващи зададения, специалистът трябва да анализира обема и разпределението на тези данни по райони и да вземе решение за изменение на приетите регионални критерии.

Проверка на значенията за стандартни отклонения. Този вид контрол предхожда вертикалната интерполация на данните от наблюдението на стандартните хоризонти.

Метод на вертикална интерполация.За интерполация е целесъобразно да се използва процедура, основана на последователно прилагане на три точковата интерполационна формула на Лагранж.

В началото се определя значението на параметъра на стандартен хоризонт по две точки на профил, лежащ по-горе от стандартния хоризонт и една точка по-долу, след това – по една – отгоре и две – отдолу. В качеството на търсеното значение се приема средното между резултатите от двете интерполации.

Такъв способ се предпочита обикновено при линейна интерполация, доколкото не води до изкривяване на профилите и позволява по-точно да се възпроизведе вертикалния градиент. Ясно е, че за стандартните хоризонти прилягащи към нулевия и последния, се използват разчети по една три точкова интерполационна формула.

Проверка за стандартно отклонение. При тази форма на контрол земното кълбо се дели на пет градусни (ширина и дължина) квадрати. Във всеки от квадратите се отделят едноградусни клетки, които са разположени близо до бреговата линия – в крайбрежните райони; клетките през които преминава бреговата линия – в бреговите райони, а всички останали се отнасят към райони на открития океан. За всеки пет градусен бокс в първо приближение се задават средни значения и стандартни отклонения (σ) на характеристиките за стандартните хоризонти (по вече публикувани данни или по резултати от вече обработени данни, преминали описания по-горе стандартен контрол).

Ако отклонението на данните от наблюдението от средното значение на кой да е стандартен хоризонт превишава Nσ, това наблюдение се маркира с знак (флагче). За първите пет стандартни хоризонта (0…50 м), коефициента N за откритите, крайбрежните и бреговите райони на океана се приемат равни 3, 4, и 5, съответно. За по-ниските от първите пет хоризонта коефициента N се приема за равен на 3, за изключение на случаите, когато проверявания хоризонт се отнася към брегови район и е разположен по-дълбоко от средната дълбочина за бреговата едноградусна клетка. В такива случаи N=4. Повишената изменчивост в крайбрежните райони е обусловена от високата динамична активност, предизвикана от речния сток, близостта до сушата, апвелинга, както и други фактори.

След изпълнение на проверката на новите данни се извършват разчети за средните и стандартните отклонения, без данните, не преминали контрола и целия цикъл на проверката се повтаря.

Проверка на плътността на стандартните хоризонти. Базира се на физически обусловен стремеж на морската вода към устойчива плътностна стратификация.

Счита се, че падането на плътността на водата с дълбочината е по-голяма от 3×10-5 на дълбочини до 30 м, 2×10-5 – на съседни хоризонти в слоя 5-400 м и 10-6 г/см3 на дълбочини по-големи от 400 м физически не е обоснована. Значението на температурата и солеността на съответните хоризонти трябва да бъдат отбелязани, като не преминали дадения вид контрол. Разчетът на плътността на водата на стандартни хоризонти се изпълнява по уравнение, препоръчано от ЮНЕСКО.

Проверка за температура на замръзване. Изпълнява се за стандартни хоризонти по пътя на сравняване с температурата на замръзване на морската вода, разчетена по препоръките на ЮНЕСКО. Счита се, че даже в условията на интензивно охлаждане в райони с чиста вода преохлаждането на морската вода не превишава 0,4ºС.

Контрол на скоростта на хода на кораба. Максималната скорост на хода на експедиционния кораб е известна и трябва да бъде указана в базата на океанографските данни за всеки кораб. При това тя, като правило, не превишава 20 вз. Използвайки това обстоятелство, или задавайки коя да е допустима скорост на движение на кораба, може да се провери, може ли кораба да премине от една точка до друга за определено време. Разстоянието се определя по координатите на две последователно изпълнени станции, а времето – по разликите между срока за наблюдение.

Този вид проверка се предхожда от сортирането на станциите в рейса по времето за изпълнение на измерването. Станциите не преминали този вид контрол, се регистрират; в следващ етап специалист проверява срока и координатите на станцията.

Етап на интерактивния субективен контрол. Целта на работата на този етап е следната.

Контрол за попадане на станцията на сушата. Това е важен елемент на контрола. Реализира се по пътя на нанасяне на точките за изпълнение на наблюдение на една или друга картографска основа, предварително сортирани по времето на изпълнение. Трябва да бъде осигурена идентификация на рейса, номерата на станциите, по които в последствие специалист трябва да вземе решение за изправянето на координатите. Целесъобразно е да се осигури възможност за мащабиране на картографската основа (зумиране). При отсъствие на първоизточници станцията, попадаща на сушата, напълно се бракува.

Субективен контрол на последователността на вертикалното профилиране. Тази форма на контрол, видимо, се явява най-трудоемка. Тя се заключва във визуалното сравняване на профилите, изпълнени последователно в един рейс. Появяването на особени точки на профила, трябва да бъдат за специалиста сигнал за внимателен анализ на данните и проверка по първоизточниците (ако е в наличност) или отбелязване на данните от наблюдението на този или онзи хоризонт, като недостоверни по мнение на експерта.

Анализ на резултатите от обективния контрол. На този етап от контрола от специалист (група от експерти) могат да бъдат приети решения, основани на резултатите от обективния анализ на данните от наблюдението. В това число – решения за изменение на допустимите диапазони за изменение на една или друга величина на стандартните хоризонти (възможно за различни сезони), за преизчисляване на средните значения и дисперсията в пет градусни квадрати и т.п. На този етап се осъществява най-трудоемката работа по сравняване на съмнителни данни от първични материали от наблюденията (при тяхно наличие).

Заключение. Изложените принципи за контрол все още на са напълно разработени. Към най-трудоемките работи по създаването на технологията на контрола се отнасят:

– разработка на съответния програмен модул;

– сравняването им с базата данни, което трябва да позволи на оператора по резултатите от контрола непосредствено да редактира данните в базата от данни;

– създаване на база от данни с диапазони от допустима изменчивост на самите параметри и техните вертикални градиенти, средните квадратични отклонения на значенията на параметрите, дълбочините, скоростта на хода на кораба и т.п.

Коментари

Все още няма коментари

Публикувай коментар