优秀成果展示——地面自记纸记录档案数字化建设及成果应用
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发布时间：2025/8/6 0:00:00
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| 成果评价编号： |
中气科成评[2024]027 |
| 评价结果： |
良好 |
| 成果名称： |
地面自记纸记录档案数字化建设及成果应用 |
| 完成单位： |
国家气象信息中心、江西省气象数据中心、山东省气象数据中心、陕西省气象信息中心、甘肃省气象信息与技术装备保障中心、四川省气象探测数据中心、湖北省气象信息与技术保障中心、宁夏回族自治区气象信息中心 |
| 成果形式： |
应用研究和技术开发类-方法 |
| 研究领域： |
气象服务与应用气象 |
| 评价年份： |
2024 |
| 完成人： |
鞠晓慧、张强、黄少平、李长军、孙英锐、廖捷、战云健、范邵华、王妍、李亚丽、孔令旺、王凌、向芬、张智 |
| 成果简介： |
通过气象部门国省联动，开展了馆藏1.37亿页地面压、温、湿、风、雨自记纸档案的数字化建设，形成约130TB的数字化成果；攻关自记纸图像处理和数字化技术难点，研究建立了自记纸曲线信息数据化技术，研制了人机交互提取分数据的数字化软件；首次建立了2400余个国家地面站1951年-自动站正式运行前一年的逐小时、分钟的历史数据，填补了自动站建立以前高分辨率数据的空白，形成的高价值数据集及衍生数据集已在降水研究、城市暴雨公式编制、全国天气会商等工作中得到充分应用，为气象部门发挥防灾减灾第一道防线作用提供重要数据支撑。获发明专利2项，标准/技术规范/软著等 12项，专著1部，论文9篇，国家档案人才称号2人。
（1）创新使用深度学习的图像二值化技术，提高自记纸迹线自动跟踪准确性，减少人工干预，提高效率约15-20%。自记纸真实、连续记录了实时降水、风和气温等信息，为气候变化研究提供重要参考。但人工整理难度太大。基于深度学习和核心算法实现了对自记纸迹线的自动跟踪和数据提取，使获取分钟数据成为可能。通过技术攻关，将基于U-Net语义分割进行训练的预测模型用于自记纸迹线的自动跟踪，有效解决了自记纸迹线复杂、墨迹污染等跟踪难点，保证了自动跟踪质量。
（2）研发自记纸迹线量化识别技术，通过核心算法实现降水、风向风速和气温曲线数据化。通过解析不同自记纸观测原理和记录原理，分别推导出曲线信息数据化的核心算法，实现分钟降水、风向风速和气温数据规范化和标准化处理。风向风速自记纸同时有两条曲线，数据量化识别更为复杂。通过技术攻关，根据EL型风和达因风观测原理、迹线记录原理，研究并实现了10分钟、近似瞬时风速曲线和风向曲线数据化的核心算法。在此基础上，研究了1分钟、2分钟、10分钟平均风向风速数据以及小时内极大、日极大风算法。
（3）基于自记纸数字化成果和自动站建立后的观测资料，研发建立了数据源整合与检测、质量控制与评估、标准化处理与同化应用紧耦合的历史长序列资料处理流程；依据该流程研制了2473个国家站1951年以来历史分钟雨强数据集，初步建立了国家站1961年以来历史分钟风向风速、气温数据集。其中分钟雨强数据集首次建立了我国2000多个台站60年以上长度的逐分钟降水数据，是历史气象资料数字化建设工作的重大成果。
自记纸档案的数字化建设是历史气象资料数字化工作的重点和难点，通过上述技术，克服了观测仪器多样、原始观测记录不规范等迹线识别的复杂问题，提高了数字化处理质量和效率，在国内和国际上均处于先进水平。
(1)应用及效果
分钟级和小时级降水量序列，为挑取中国地区短时强降水历史极端值奠定了数据基础。随着郑州“7.20”特大暴雨受到社会广泛关注，国家站1951年以来实测的历史极端值情况非常必要。基于全国降水自记纸数字化成果和自动雨量站资料，发布了全国极值一张表（降水），在全国天气会商中得到应用。
(2)社会效益
高时间分辨率历史长序列基础资料的重要用途是极端值的利用。目前已建设完成的降水和风向风速等自记纸数字化成果在气象灾害风险评估、极端天气监测检测中发挥了重要作用。近年全国600余个城市利用降水自记纸数字化成果完成当地暴雨强度公式的重新修订、典型降雨过程和设计雨型分析，为城市排水、防涝工程和海绵城市设计等提供科学依据，减少暴雨带来的损失。近年全国完成3000余项重大规划和重大工程气候可行性论证，开展了“暴雨洪涝灾害风险”普查。
(3)经济效益
基于AI技术的自记纸迹线提取软件，提高了自动跟踪效率，同时提高数据准确性，在人机交互处理时降低了人力成本。以风自记纸迹线数据提取为例，全国2100万页自记纸合计节省经济成本约800万元。
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