OTOMATİK METEOROLOJİK GÖZLEM İSTASYONLARI (OMGİ) İÇİN KALİTE KONTROL SİSTEMİ TASARIMI

Transkript

1 OTOMATİK METEOROLOJİK GÖZLEM İSTASYONLARI (OMGİ) İÇİN KALİTE KONTROL SİSTEMİ TASARIMI Yusuf ÇALIK EBİM Osman ESKİOĞLU EBİM Savaş KÖKSAL Sinoptik ve Deniz Meteoroloji Şube Müdürlüğü Dr. İbrahim SÖNMEZ Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 1

2 İçerik OMGİ ölçüm şebekesi OMGİ ölçüm parametreleri Literatür araştırması Tasarlanan Kalite Kontrol Testleri Eşik değerlerinin elde edilmesi Örnek uygulama istatistikleri Öneriler 2

3 Proje Hedefi OMGİ ölçüm şebekelerinden elde edilen verilerin kalite kontrolünün yapılması 3

4 Proje Adımları Literatürdeki Kalite Kontrol Sistemlerinin araştırılması Türkiye şartlarında OMGİ için uygulanabilecek testlerin belirlenmesi Belirlenen testler için eşik değerlerinin elde edilmesi Kalite Kontrol Sistemi Programının kodlanması ve düzenli bir şekilde çalışır hale getirilmesi 4

5 Ölçüm hatası Ölçüm hataları [Alaka ve Levis(1967)] Sistematik hatalar Rastgele hatalar Ölçüm hatası Ölçüm sistemine Ölçüm başına göre tanımlanır Ölçüm hataları Alet, rasatçı veya veri taşıma kaynaklı olabilir Kaynağı önemsenmeksizin miktarı/hangi ölçüm olduğu önemlidir Hatalı ölçümün belirlenmesi, kalite kontrol sisteminin temel amacıdır Sistemin belirli bir miktar ölçüm hatası içermesi doğaldır! 5

6 OMGİ Ölçüm Parametreleri Periyot Parametre sck1dk nem1dk rzgyon1dk Dakikalık rzghiz1dk ygs1dk gunsur1dk gunsidgl1dk gunsiddr1dk gunsiddf1dk 6

7 OMGİ Ölçüm Parametreleri Periyot Parametre Parametre 10 Dakikalık Anlık Sıcaklık 5 cm Toprak Sıcaklığı (anlık) Maksimum Sıcaklık 10 cm Toprak Sıcaklığı (anlık) Minimum Sıcaklık 20 cm Toprak Sıcaklığı (anlık) Toprak Üstü Minimum Sıcaklığı (5 cm) 50 cm Toprak Sıcaklığı (anlık) Anlık İşba 100 cm Toprak Sıcaklığı (anlık) Anlık Nem 20 cm Toprak Nemi (anlık) Anlık Buhar Basıncı Toplam Güneşlenme Süresi Anlık Basınç Toplam Global Güneşlenme Şiddeti Toplam Yağış Toplam Direk Güneşlenme Şiddeti Vektörel Rüzgar Yönü Toplam Difizyon Güneşlenme Şiddeti Ortalama Rüzgar Hızı 1 m deki Açık Siper Sıcaklığı (anlık) Maksimum Rüzgarın Yönü 2 m deki Açık Siper Sıcaklığı (anlık) Maksimum Rüzgar Hızı 1 m deki Açık Siper Nem (anlık) Maksimum Rüzgarın Saati 2 m deki Açık Siper Nem (anlık) 7

8 OMGİ Ölçüm Parametreleri Periyot Parametre Günlük Ortalama Sıcaklık Maksimum Sıcaklık Minimum Sıcaklık Toprak Üstü Minimum Sıcaklığı(5 cm) Ortalama İşba Ortalama Nem Ortalama Buhar Basıncı Ortalama Basınç Vektörel Rüzgar Yönü Ortalama Rüzgar Hızı Maksimum Rüzgar Yönü Maksimum Rüzgar Hızı Parametre Günlük Toplam Yağış 6 saatlik Yağış Toplamı Maksimum Rüzgarın Saati Ortalama 5 cm Toprak Sıcakllığı Ortalama 10 cm Toprak Sıcakllığı Ortalama 20 cm Toprak Sıcakllığı Ortalama 50 cm Toprak Sıcakllığı Ortalama 100 cm Toprak Sıcakllığı Ortalama 20 cm Toprak Nemi Ortalama günlük buharlaşma 8

9 OMGİ Ölçüm Şebekesi 9

10 Literatür Araştırması Wolfson ve diğerleri(1978): Anlık sinoptik rasat kalite kontrolu. Mantıksal ve Aralık testleri uygulandı. Wade(1987): Basınç, sıcaklık, RH ve rüzgar verilerinin kalite kontrolünü Barnes tekniğini yardımıyla tanımladı. Meek ve Hatfield(1994): Bir tek istasyon için, Limit, Değişim ve Varyans testi uyguladı. Gandin(1998): Sabit basınç yüzeyleri yükseklik ve sıcaklık için kalite kontrol testleri önerdi. Vejen ve diğerleri (2002): İskandinav ülkeleri için kalite kontrol raporu. Aralık, Tutarlılık ve Alansal testler tanımlandı. Shafer ve diğerleri (1999): Oklahoma Mesonet için, Aralık, Basamak, Benzer Alet, Israrlılık ve Alansal testleri tanımladı. Sönmez ve diğerleri (2005): Batı Texas Mesonet için, Aralık, Basamak, Benzer Alet, Israrlılık ve Alansal testleri tanımladı. 10

11 Uygulanması planlanan Testler 1. Mantık Testi : Gözlemlerin kendi içlerinde veya ilgili gözlemlerle tutarlılıklarını kontrol eder. 2. Aralık Testi : Gözlemlerin makul sınırlar içinde olup olmadığını test eder. 3. Basamak Testi : Birbirini takip eden iki gözlem arasındaki farkın makul olup olmadığını kontrol eder. 4. Israrlılık Testi : Belli değerlerde takılı kalan ölçüm aletini tespit eder. 5. Benzer Alet Testi : Benzer parametre gözlemlerini kıyaslamak için kullanılır. 6. Alansal Test : Ölçümü civar istasyonlara göre kıyaslar Uygulamalar : Shafer ve diğerleri(1999), Sönmez ve Doggett(2003), Schroeder ve diğerleri(2005), Sönmez ve diğerleri(2005) 11

12 Verilerin Bayraklanması Kalite kontrol sistem tasarımında; Orijinal ölçüm değerleri değiştirilmeksizin, Ölçümün sıhhat derecesini belirten bayraklamalar planlanmıştır Bayraklama Kodu Tanım Açıklama N Çalıştırılmadı Test henüz çalıştırılmadı I İyi Ölçüm testi geçti S Şüpheli Ölçüm hakkında şüphe var K Kötü Ölçüm hatalı Y Uygulanamadı Test uygulanamadı 12

13 Kalite Kontrol Testleri 1. MANTIK TESTİ Ölçümün kendi içinde VEYA ilgili parametreler ile tutarlılığı kontrol ediliyor Kriterlerin tanımlanması: Literatür Bilirkişi Ölçümlerin bayraklanması: EĞER Ölçüm Kontrol Şartını sağlıyor İSE Ölçüm : İyi EĞER Ölçüm Çapraz Kontrol Şartını sağlamıyor İSE Ölçümler :Kötü 13

14 1. Mantık Testi Uygulması Parametre Test Kriteri Çapraz Mantık Kontrolü rzgyon1dk rzgyon1dk=0 İSE rzghiz1dk=0 X ygs1dk gunsur1dk sck10dk ygs1dk :çift sayı gunsur1dk=0 (gece saatleri için) sck10dk <= sckmax10dk sck10dk >= sckmin10dk sck10dk >=işba10dk rzgyon10dkort rzgyon10dkort=0 İSE rzghiz10dk=0 X rzghiz10dkort rzghiz10ort <=rzghiz10dkmax X rzgyon10dkmax rzgyon10dkmax =0 İSE rzghiz10dkmax=0 X X 14

15 Kalite Kontrol Testleri 2. ARALIK TESTİ Ölçümlerin klimatolojik sınırlar içerisinde olup olmadığını kontrol eder Sınır değerlerin elde edilmesi: Klimatolojik gözlemler Genel Temayül: * Alt Limit Ölçüm Üst Limit 15

16 2. Aralık Testi Uygulaması * Alt Limit-Delta Alt Limit Ölçüm Üst Limit Üst Limit+Delta Alt-Üst Limitlerin belirlenmesi : Ebim veri tabanındaki Klima ve OMGİ ölçümleri Analiz ara yüz programı Her bir istasyon için aylık elde edilmiştir. 16

17 2. Aralık Testi Uygulaması * Alt Limit-Delta Alt Limit Ölçüm Üst Limit Üst Limit+Delta İstasyon Ay Alt Limit ( o C) Üst Limit ( o C) İstasyon Ay Alt Limit ( o C) Üst Limit ( o C)

18 2. Aralık Testi Uygulaması * Alt Limit-Delta Alt Limit Ölçüm Üst Limit Üst Limit+Delta Delta ve Mutlak min-max tayini: Klimatoloji ve bilirkişi Periyot Parametre -Delta +Delta Mutlak Min Mutlak Max sck1dk nem1dk Dakikalık rzgyon1dk rzghiz1dk ygs1dk gunsur1dk gunsiddr1dk

19 2. Aralık Testi Uygulaması * Alt Limit-Delta Alt Limit Ölçüm Üst Limit Üst Limit+Delta Ölçümlerin bayraklanması: Kontrol Bayraklama EĞER Limit Alt Gözlemk, t LimitÜst İSE Ölçüm : İyi EĞER Limit Limit Üst Alt Gözlem Limit Delta VEYA k, t k t Üst Delta Gözlem, Limit İSE Alt Ölçüm : Şüpheli EĞER Gözlemk, t Limit DeltaVEYA Üst Gözlemk, t Limit Alt Delta İSE Ölçüm : Kötü 19

20 Kalite Kontrol Testleri 3. BASAMAK TESTİ Birbirini takip eden iki gözlem arasındaki farkın makul sınırlar içinde olup olmadığını kontrol eder. Maksimum basamak miktarının elde edilmesi: Bilirkişi tecrübesi Ölçümlerin istatistiksel incelenmesi Genel Temayül: Gözlem k, t Gözlemk, t 1 Farkmax Delta 20

21 3. Basamak Testi Uygulaması Gözlem k, t Gözlemk, t 1 Farkmax Delta Fark max değerlerinin belirlenmesi: k parametresi, m istasyonu & p ayı için; m istasyonu için p ayına ait tüm ölçümleri dikkate al Aralık testine göre tüm Kötü ölçümlerin ayıkla Geriye kalan ölçümlerin ardışık mutlak farkları hesapla Elde edilen matrisin histoğramı(sınıf aralığı ve frekanslarını) hesapla Sınıf aralığının fonksiyonu olarak kümülatif histoğram parametrelerini elde et Kümülatif frekans değerinin %99 olduğu sınıf aralık değerini eşik değeri olarak ata İşlemi her bir istasyon ve ay için tekrarla 21

22 3. Basamak Testi Uygulaması Gözlem k, t Gözlemk, t 1 Farkmax Delta Parametre: sıcaklık1dk Parametre: nem1dk İstasyon Ay Fark max ( o C) Delta( o C) İstasyon Ay Fark max (%) Delta( % )

23 3. Basamak Testi Uygulaması Gözlem k, t Gözlemk, t 1 Farkmax Delta Ölçümlerin bayraklanması: EĞER Gözlem Kontrol Gözlemk, t 1 Farkmax Delta k, t İSE Bayraklama Gözlem k, t ve Gözlem k, t 1 : Kötü EĞER Gözlem k, t Gözlemk, t 1 Farkmax İSE Gözlem k, t ve Gözlem k, t 1 : Şüpheli EĞER Gözlem k, t Gözlemk, t 1 Farkmax İSE Gözlem k, t ve Gözlem k, t 1 : İyi 23

24 Kalite Kontrol Testleri 4. ISRARLILIK TESTİ Arızalı ve/veya takılı kalan ölçüm aletini tespit için kullanılır Gözlem i pencere aralığındaki ölçümler olmak üzere Genel Temayül: min{ Gözlem i} max{ Gözlemi } 0 sağlayan max 24

25 4. Israrlılık Testi Uygulaması max değerlerinin belirlenmesi: k parametresi, m istasyonu & p ayı için; m istasyonu için p ayına ait tüm ölçümleri dikkate al Aralık Testine ve Basamak Testine göre tüm Kötü ölçümleri ayıkla Geriye kalan ölçümlerden ardışık olan ve tekrarlanan ölçüm sayısını bul Elde edilen matrisin histoğramı(sınıf aralığı ve frekanslarını) hesapla Sınıf aralığının fonksiyonu olarak kümülatif histoğram parametrelerini elde et Kümülatif frekans değerinin %99 olduğu sınıf aralık değerini eşik değeri olarak ata İşlemi her bir istasyon ve ay için tekrarla 25

26 4. Israrlılık Testi Uygulaması AYLAR Parametre sck1dk nem1dk rzgyon1dk rzghiz1dk ygs1dk gunsidgl1dk gunsiddr1dk sck10dk

27 4. Israrlılık Testi Uygulaması Ölçümlerin bayraklanması: Gözlem i max pencere aralığıdaki veriler olmak üzere; Kontrol Bayraklama EĞER min{ Gözlemi } max{ Gözlemi } 0İSE (i=1,n) Gözlem i : Kötü (i=1,n) EĞER min{ Gözlemi } max{ Gözlemi } 0İSE (i=1,n) Gözlem i : İyi (i=1,n) 27

28 Kalite Kontrol Testleri 5. BENZER ALET TESTİ Benzer parametre VEYA farklı seviyelerdeki aynı parametre ölçümleri kıyaslamak için kullanılır. u ve v parametre & t zaman değişkenini göstermek üzere, Genel Temayül: Gözlem u, t Gözlemv, t Farkmax 28

29 5. Benzer Alet Testi Uygulaması Gözlem u, t Gözlemv, t Farkmax Benzer Alet testi uygulanan parametre çiftleri: 1) Hava Sıcaklığı 1 m. Açık Siper Sıcaklığı 2) Hava Sıcaklığı 2 m. Açık siper Sıcaklığı 3) 1 m. Açık Siper Sıcaklığı 2 m. Açık Siper Sıcaklığı 4) Hava Nemi 1 m. Açık Siper Nemi 5) Hava Nemi 2 m. Açık siper Nemi 6) 1 m. Açık Siper Nemi 2m. Açık Siper Nemi 7) 5 cm Toprak Sıcaklığı 10 cm Toprak Sıcaklığı 8) 10 cm Toprak Sıcaklığı 20 cm Toprak Sıcaklığı 9) 20 cm Toprak Sıcaklığı 50 cm Toprak Sıcaklığı 10) 50 cm Toprak Sıcaklığı 100 cm Toprak Sıcaklığı 29

30 5. Benzer Alet Testi Uygulaması Gözlem u, t Gözlemv, t Farkmax Fark max değerlerinin belirlenmesi: u & v parametre çifti, m istasyon & p ayı için; m istasyonu için p ayına ait tüm ölçümleri dikkate al Aralık ve Basamak Testlerine göre tüm Kötü ölçümleri ayıkla Geriye kalan ölçümler için aynı t anına ait mutlak farkları hesapla Elde edilen matrisin histoğramı(sınıf aralığı ve frekanslarını) hesapla Sınıf aralığının fonksiyonu olarak kümülatif histoğram parametrelerini elde et Kümülatif frekans değerinin %99 olduğu sınıf aralık değerini eşik değeri olarak ata İşlemi her bir istasyon ve ay için tekrarla 30

31 5. Benzer Alet Testi Uygulaması Gözlem u, t Gözlemv, t Farkmax AYLAR Parametre çifti sck10dk & acsp1msck10dk sck10dk & acsp2msck10dk acsp1msck10dk & acsp2msck10dk nem10dk & acsp1mnem10dk nem10dk & acsp2mnem10dk acsp1mnem10dk & acsp1mnem10dk tpsck5cm10dk & tpsck10cm10dk tpsck10cm10dk & tpsck20cm10dk tpsck20cm10dk & tpsck50cm10dk tpsck50cm10dk & tpsck100cm10dk

32 5. Benzer Alet Testi Uygulaması Gözlem u, t Gözlemv, t Farkmax Ölçümlerin bayraklanması: EĞER EĞER Gözlem Gözlem Kontrol u, t Gözlemv, t Farkmax u, t Gözlemv, t Farkmax İSE İSE Bayraklama Ölçüm, ve u t Ölçüm, : Kötü Ölçüm, ve u t v t Ölçüm, : İyi v t 32

33 Kalite Kontrol Testleri 6. ALANSAL (UZAYSAL) TEST Ölçümü civar istasyonlara göre kıyaslar Sıcaklık ve basınç parametreleri için uygulanmıştır Her bir istasyon için aynı mikro klima içinde olacak şekilde 3 er komşu tayin edilmiştir Komşu listesi her parametre için ayrı yapıldı Merkez istasyon ölçümü komşu 3 istasyon ölçümü ile kıyaslanmıştır 33

34 6. Alansal Test Uygulaması Komşu istasyon seçiminde kullanılan Ebim arayüz programı Fark min ve Fark max değerleri önceden tanımlandığı şekilde elde edilmiştir Fark min ve Fark max değerleri her bir istasyon ve ay için hesaplanmıştır. 34

35 6. Alansal Test Uygulaması istasyonu için komşu ve basınç Fark max değerleri: İST Ay Komşu1 Fark1 mi n Fark1 ma x n Komşu2 Fark2 mi Fark2 ma x n Komşu3 Fark3 mi Fark3 ma x

36 6. Alansal Test Uygulaması Ölçümlerin bayraklanması: u parametre değişkenini, t ölçüm anını ve x,y ve z merkez istasyon civarında bulunan komşu istasyonları göstermek üzere; Komşu sayısı 3 ise; Kontrol Bayraklama EĞER Fark1 Fark min Gözlemu, t Gözlemu, t, x 1max VEYA Fark2 Fark min Gözlemu, t Gözlemu, t, y 2max VEYA Ölçüm, : İyi u t Fark3 Fark min Gözlemu, t Gözlemu, t, z 3max İSE EĞER Fark1 Fark min Gözlemu, t Gözlemu, t, x 1max VEYA Fark2 Fark min Gözlemu, t Gözlemu, t, y 2max VEYA Ölçüm, : Kötü u t Fark3 Fark min Gözlemu, t Gözlemu, t, z 3max DEĞİL İSE 36

37 6. Alansal Test Uygulaması Ölçümlerin bayraklanması: u parametre değişkenini, t ölçüm anını ve x,y ve z merkez istasyon civarında bulunan komşu istasyonları göstermek üzere; Komşu sayısı 2 ise; EĞER Kontrol Fark1 Fark min Gözlemu, t Gözlemu, t, x 1max Fark2 Fark min Gözlemu, t Gözlemu, t, y 2max VEYA İSE Bayraklama Ölçüm, : İyi u t EĞER Fark1 Fark min Gözlemu, t Gözlemu, t, x 1max Fark2 Fark min Gözlemu, t Gözlemu, t, y 2max VEYA DEĞİL İSE Ölçüm, : Kötü u t 37

38 6. Alansal Test Uygulaması Ölçümlerin bayraklanması: u parametre değişkenini, t ölçüm anını ve x,y ve z merkez istasyon civarında bulunan komşu istasyonları göstermek üzere; Komşu sayısı 1 ise; Kontrol Bayraklama EĞER İSE Gözlem u, t : İyi Fark1 Fark min Gözlemu, t Gözlemu, t, x 1max EĞER Fark1 Fark min Gözlemu, t Gözlemu, t, x 1max DEĞİL İSE Gözlem u, t : Test Uygulanamadı EĞER Komşu sayısı :0 İSE Kontrol Bayraklama Gözlem, : Test Uygulanamadı u t 38

39 Örnek Uygulama İstatistikleri İstatistiksel Sonuçlar: Periyot : 2008/01/ /01/31 Parametre bazında bayraklanma istatistikleri Sorgulama zaman istatistikleri 39

40 Örnek Uygulama İstatistikleri 40

41 Örnek Uygulama İstatistikleri Mantık Testi Aralık Testi istno zaman sck sckmax sckmin istno Zaman sck min max

42 Öneriler-1 / Çalışma Grubu Kurulması Gelinen Nokta: Testler için eşik değerleri tayin edildi (bazı parametre/istasyonlar için kısıtlı miktarda veri kullanıldı!) Kalite kontrol sistemi operasyonel olarak çalıştırılmakta Ölçümler kriterlere göre bayraklanmakta Kurulacak olan çalışma grubunun iş tanımı: Şüpheli ve kötü bayraklanan ölçümlerin kontrolü Bu ölçümlerin yeni eşik değeri mi yoksa hatalı kayıt mı olduğunun değerlendirilmesi Testlerdeki muhtemel iyileştirmelerin tespit edilmesi Yeni testlerin önerilmesi 42

43 Öneriler-2 / Komisyon kurulması Komisyonun iş tanımı: OMGİ ölçümlerinin sunumu(satışı) TUMAS ile yapılmakta (kurum dışına dahil). Kurulacak olan komisyon; TUMAS sunumu için, ölçümlere ait bayraklama bilgisinin hangi hassasiyet derecesinde kullanılacağı kararlaştırılmalıdır. Her bir gözlem için 1X6 boyutlu bayrak matrisi M A B I B A Geçmişe yönelik veri sunum politikası belirlenmelidir. 43

44 Occurrence Frequency Öneriler-3 / Araştırma Sönmez et al.(2005) WS2m & WS10m Saçılma diagramı Günlere göre histogram J. Day : 337,338, J. Day : 357, J. Day : 30, Julian Day 44

45 WS at 10m (m/s) Temperature ( O C) WS2m-WS10m (m/s) WS at 2m (m/s) Relative Humidity (%) Öneriler-3 / Araştırma Sönmez et al.(2005) İstasyon: FLOY 2 Aralik, 19:20 6 Aralık, 18:20, Dec 3 Dec 4 Dec 5 Dec Dec 3 Dec 4 Dec 5 Dec Dec 3 Dec 4 Dec 5 Dec Temp at 1.5m Temp at 9m Dec 3 Dec 4 Dec 5 Dec 6-10 Dec 3 Dec 4 Dec 5 Dec 6 45

46 Sonuçlar/Özet Ölçüm, DMİ nin asli görevidir Ölçüm hatası doğaldır! Ölçüm bir milli servettir! Servetlerin bakımı ve muhafazası önemlidir! Ölçümlerin sıhhat derecelerinin tayini elzemdir! OMGİ ölçümleri için kalite kontrol testleri tanımlanmıştır Kalite kontrol sistemi operasyonel olarak çalışır durumdadır Testlerin sürekli ve özenle izlenmesi ve gerekli tedbirlerin alınması gerekmektedir. 46

47 Teşekkür Komisyon üyeleri, bu çalışmanın çeşitli aşamalarında yardımlarını esirgemeyen; Rasat Kontrol Şube Müdürlüğü Hidrometeoroloji Şube Müdürlüğü, Araştırma Şube Müdürlüğü Ebim Şube Müdürlüğü Elektronik Gözlem Şube Müdürlüğü çalışanlarına teşekkürü bir borç bilir. Ayrıca komisyon; Soner Karataş Selami Yıldırım a teşekkürlerini sunar. 47

48 Soru ve Öneriler 48