23sta

Metoda pro validaci koncentrace pˇrízemního ozónu ˇ rené na Atmosférické stanici Kˇrešín kontinuálneˇ meˇ u Pacova

ˇ Campulová, Komínková, Dvorská, Hanuš

ˇ rené na Atmosférické Metoda pro validaci koncentrace pˇrízemního ozónu kontinuálneˇ meˇ 1 / 23sta

Obsah

ˇ rení Meˇ Kvalita a kontrola dat Metoda pro validaci



ˇ rení Meˇ

ˇ rení na AS Kˇrešín Meˇ ˇ rení ve tˇrech výškových úrovních (50 m, 125 m/ 8 Kontinuální meˇ m, 230 m) 250 m vysokého atmosférického stožáru ˇ rení od roku 2013, interval meˇ ˇ rení 1 minuta (meˇ ˇ rení jsou oproti Meˇ ˇ rením velmi variabilní) hodinovým meˇ UV fotometr Thermo Scientific Model 49i (princip - absorpce UV ˇ v každé výškové úrovni meˇ ˇ rení záˇrení) umístený



ˇ rení Meˇ

ˇ rení na AS Kˇrešín Meˇ

Obrázek : Thermo struktura



Kvalita a kontrola dat


Problém v datech: hodnoty významneˇ odchýlené od zbývajících ˇ rení meˇ ˇ ˇ rení, validace a ukládání Nutnost zajistit kvalitu dat behem meˇ







Metoda pro validaci

Metoda pro validaci

Metoda pro validaci Vychází z obecných doporuˇcení WMO (GAW Report No. 209) ˇ Zohlednuje specifické podmínky lokality

ˇ První krok: Validace zohlednující diagnostiku analyzátoru ozónu Druhý krok: Automatická identifikace odlehlých hodnot užitím statistických metod Tˇretí krok: Manuální validace



Metoda pro validaci

Metoda pro validaci - diagnostika analyzátoru ozónu

Metoda pro validaci - diagnostika analyzátoru ozónu ˇ ˇ rení, doplnení ˇ a pˇriˇrazení flagu Identifikace chybejících meˇ Automatická identifikace a pˇriˇrazení pˇríslušných flagu˚ ˇ rením, kdy: (vycházejících z EMEP) meˇ ˇ Nekterý z parametru˚ analyzátoru ozónu byl mimo povolený rozsah ˇ rená hodnota koncentrací O3 ležela mimo interval (0;300) ppb Nameˇ

Rozsahy parametru˚ analyzátoru ozónu vychází z: Hodnot doporuˇcených výrobcem Obecných doporuˇcení WMO (GAW Report No. 209) Empirické zkušenosti

ˇ Tyto hodnoty jsou využívány pˇri vyplnování týdenních checklistu˚ o stavu pˇrístroje ˇ rení identifikovaná v prvním kroku validace nejsou zahrnuta v Meˇ ˇ analýze provádené v druhém kroku validace



Metoda pro validaci


Metoda pro validaci - diagnostika analyzátoru ozónu Flag

Popis

Validita

Vyhodnocení

999 980 950 940 780 775 459 699 698 682 664 635 634 633 632 631 629 570 561 564 563 559 455 130 100 000

ˇ chybející hodnota - nespecifikovaný duvod ˚ ˇ chybející hodnota - kalibrace/servis ˇ chybející hodnota - špatneˇ nastavený vnitˇrní cˇ as ˇ chybející hodnota - výpadek proudu hodnota pod limitem detekce (1ppb) ˇ rení (0 - 100 000 ppb) hodnota mimo rozsah meˇ hodnota > 300 ppb nevalidní hodnota z duvodu ˚ poruchy pˇrístroje nevalidní hodnota z duvodu ˚ manipulca s pˇrístrojem nevalidní hodnota z kalibrace Pˇrekroˇcení mezní hodnoty pro prutok ˚ celou A/B (0,6; 1,6 l/min) Pˇrekroˇcení mezní hodnoty pro teplotu lampy (50; 60 C) Pˇrekroˇcení mezní hodnoty pro teplotu optické lavice (5; 60 C) Pˇrekroˇcení mezní hodnoty pro tlak v cele (600-1000 mmHg) Rozdíl (tlak v cele – atmosférický tlak) > 135 hPa ˇ odezvy cely detektoru A/B > 0,2 Pomer Odchylka prutoku ˚ cely A/B od vyhlazení (-0.0102, 0.0102) Neˇcistoty ve vzorkovací hadici ˇ elská ˇ Zemed cˇ innost v okolí stanice Provoz výtahu Provoz dieselových generátoru˚ (doˇcasný výpadek proudu) Nestandardní blíže nespecifikované jevy v okolí stanice (auto, traktor, kouˇr) Hodnota identifikovaná jako odlehlá Úprava hodnot operátorem po kalibraci pˇrístroje Hodnota zkontrolovaná operátorem a považována za validní ˇ rení Validní meˇ

M M M M W I I I I I I I I I W W W I W W W W I W V V

A M M M A A A A A A A A A A A A A M M M M M A/M M M A/M

Pozn: Validita - M = missing, I = invalid, W = valid with warning, V = valid; Vyhodnocení - M = manual, A = automatic ˇ Campulová, Komínková, Dvorská, Hanuš


Metoda pro validaci





Metoda pro validaci - statistická analýza

Metoda pro validaci - statistická analýza ˇ rené hodnoty O3 koncentrací jsou vyhlazeny (neparametrická, jádrová regrese) a dále probíhá analýza odchylek Nameˇ od kˇrivky vyhlazení ˇ renou hodnotu koncentrace O3 ve dni d, xid (i = 1, . . . , n, n ≤ 1440) cˇ as i-tého meˇ ˇ rení ve Oznaˇcíme-li Yid i-tou nameˇ dni d, neparametrický regresní model je dán Yid = m(xid ) + σ(xid )εid , pro i = 1, . . . , n, ˇ ˇ rení (nezávislé stejneˇ rozdelené kde m(xid ) je neznámá regresní funkce, σ(xid ) je varianˇcní funkce a εid jsou chyby meˇ ˇ náhodné veliˇciny splnující E(εid ) = 0, Var(εid ) = 0). Gasser-Mülleruv ˚ odhad regresní funkce:

ˆ id ) = m(x

n X i=1

Yid

Z t id

1

t(i−1)d hxid

K

x −u hxid

!

du,

kde K je jádro rˇádu k , n je poˇcet platných pozorování ve dni d, hxid je šíˇrka vyhlazovacího okna v bodeˇ xid a hraniˇcní meze jednotlivých integrálu˚ jsou urˇceny tid = 0, 5(xid + x(i+1)d ) pro i = 1, . . . , n − 1. Epanechnikovo jádro, iterativní plug-in algoritmus [Hermann 1997] pro odhad hxid



Metoda pro validaci





Metoda pro validaci





Metoda pro validaci



Pro každý den a každou výšku jsou identifikovány (užitím metod z oblasti changepoint analýzy) cˇ asové okamžiky, ve kterých dochází ˇ eˇ variability O3 odchylek od kˇrivky vyhlazení ke zmen ˇ Denní cˇ asové ˇrady O3 koncentrací jsou rozdeleny do ruzn ˚ eˇ dlouhých úseku˚ Pro každý úsek je urˇcena kritická hranice



Metoda pro validaci





Metoda pro validaci





Metoda pro validaci



Odchylky O3 koncentrací na jednotlivých cˇ asových úsecích mají ˇ pˇribližneˇ normální rozdelení Vzdálenost kritické hranice od kˇrivky vyhlazení je urˇcena jako 6 ˇ smerodatných odchylek vypoˇctených z O3 odchylek od odhadu regresní funkce na daném úseku



Metoda pro validaci





Metoda pro validaci





Metoda pro validaci - manuální validace

Metoda pro validaci - manuální validace

Manuální kontrola automaticky validovaných dat operátorem ˇ na stanici (napˇr: provoz Pˇridávání kódu˚ kvality odpovídajících dení výtahu) ˇ rení, která byla automaticky identifikována Vizuální kontrola meˇ jako odlehlá ˇ Plán do budoucna: Uvažování informace o prub ˚ ehu meteorologických parametru, ˚ koncentraci CO, NOx ˇ rení v jednotlivých výškách Plán do budoucna: Srovnávání meˇ ˇ Manuální zmena kódu˚ kvality



ˇ Podekování

ˇ Podekování

ˇ Tento pˇríspevek byl vytvoˇren za finanˇcní podpory MŠMT v rámci programu NPU I, cˇ íslo projektu LO1415, a za podpory projektu specifického výzkumu SV14-FEM-K101-01-MICH.



Literatura

Literatura

HERRMANN. Local bandwidth choice in kernel regression estimation. Journal of Graphical and Computational Statistics 6, 1997, 35–54. WMO. Guidelines for Continuous Measurements of Ozone in the Troposphere, GAW Report No. 209 (WMO No. 1110), 76 pp. World Meteorological Organization, Geneva, Switzerland. 2013 EMEP manual for sampling and chemical analysis, Norwegian Institute for Air Research, Kjeller, Norway. 2001 WAND, M a M JONES. Kernel smoothing. 1st ed. London: Chapman & Hall, 1995, 212 s. Monographs on statistics and applied probability, vol. 60. ISBN 0412552701.



ˇ Dekuji za pozornost



23sta

Recommend Documents