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Homogenisierung der (historischen) Messreihen des DWD
geschrieben von: Michael (5 km östl. Bremerhaven) (IP-Adresse bekannt)
Datum: 15. Juni 2019 13:55

Hallo,

in diesem Thread auf der Wetterwiese gibt es ja schon eine kleine Diskussion dazu.

Ausgangsproblem: fehlende Klimamittel junger Stationen und solcher mit allgemein nur kurzen Messreihen. Ich möchte aber auf einer Karte gerne flächendeckend für alle Stationen sehen wie die Abweichung eines Monatsmittel von einem gewählten Klimamittel aussieht. Das geht eigentlich ja nur für Stationen, die auch während des Zeitraums des Klimamittels gemessen haben. Zusätzliche Probleme: Stationsverlegungen. Eine Station die heute misst, zu Zeiten des Klimamittelzeitraums ganz oder zeitweise woanders gemessen. Dadurch sind heutige Messwerte mit alten Klimamitteln (oder irgendwelchen Klimamitteln) schlecht vergleichbar

Grundidee: Es müssen homogenisierte Messreihen her.
Diese erlauben dann für jeden Monat zubestimmen, wie groß die mittlere Differenz zwischen den Monatsmitteln an der Station und dem Mittel des gesamten Bundeslandes ist, in dem die Station besteht. Die Monatsmittel eines Bundeslandes werden als stabile Vergleichsbasis genommen, da sich hier Fehler an einzelnen Stationen im Wesentlichen herausmitteln oder nur wenig ins Gewicht fallen.
Das homogene Klimamittel einer Station für einen gewählten Monat ergibt sich dann einfach aus dem Klimamittel des Bundeslandes plus der mittleren Differenz zwischen Station und Bundesland (weil die Monatsmittel z.B. auf dem Brocken viel niedriger liegen als die des Bundeslandes Sachsen-Anhalt insgesamt).
Dazu ist es auch notwendig, die gesamte Messreihe einer Station auf Bruchstellen zu untersuchen, zwischen denen die Messungen dann störungsfrei laufen. Für jeden der störungsfreien Abschnitte muss zusätzlich ein Korrekturfaktor berechnet werden, um alle Zeitabschnitte auf eine Basis zu bringen. Siehe hier: [www.wzforum.de]

Schließlich lässt sich die Abweichung vom Klimamittel in einem bestimmten Monat folgendermaßen berechnen:
T_Klima_Station_homogen(Monat) = T_Klima_Bundesland(Monat) + mittlere_Abweichung_Station-Bundesland(Monat)
T_Abweichung_homogen(Jahr,Monat) = T_Station_gemessen(Jahr,Monat) - Korrektur(Jahr,Monat) - T_Klima_Station_homogen(Monat)

Beispiel für 2680 Bad Königshofen, Klimamittel 1961-1990, Mai 2019:

T_Klima_Station_homogen(Mai) = T_Klima_Bundesland(Mai) + mittlere_Abweichung_Station-Bundesland(Mai)
T_Klima_Station_homogen(Mai) = 11,71 °C + 0,6 K = 12,31 °C

T_Abweichung_homogen(2019,Mai) = T_Station_gemessen(2019,Mai) - Korrektur(2019,Mai) - T_Klima_Station_homogen(Mai)

T_Abweichung_homogen(2019,Mai) = 10,3 °C - -0,36 K - 11,71 °C = -1,65 K

Bei der Station muss zurzeit eine recht große Korrektur von 0,36 K hinzugerechnet werden, um die aktuellen Messungen mit früheren in Einklang zu bringen. Ihre Messwerte liegen seit Änderung des Sensors und leicht anderer Aufstellung im Juni 2005 tiefer als zuvor: [www.mtwetter.de]

In den Tabellen des DWD wird für Bad Königshofen ein Klimamittel für Mai (1961-90) von 12,6 °C angegeben. So hätte die Abweichung für die nicht homogenisierten Werte 10,3 °C - 12,6 °C = -2,3 K betragen. Ein deutlicher Unterschied.
Es zeigt, wie wichtig es ist, Brüche in den Messreihen zu finden und entsprechende Korrekturen anzubringen, um die Werte räumlich über ganz Deutschland und zeitlich - für historische Daten - vergleichbar zu machen.

Hier ist ein Vergleich der unkorrigierten und nicht homogenisierten Abweichungen für den Mai 2019 (links) mit den korrigierten Stationsmesswerten und homogenisierten Klimamitteln (rechts). Das Ergebnis spricht für sich, finde ich. Ungereimtheiten in der Verteilung der Abweichungen sind so gut wie verschwunden. Große Unterschiede auf kurzen Strecken sind meist auf Berg/Tal-Effekte zurückzuführen.
Auch zu beachten ist, dass sich die Abweichung für ganz Deutschland praktisch nicht geändert hat!


Ein historisches Beispiel: August 2003. Für diesen Zeitpunkt versagen natürlich viele Klimamittel, die ich für den heutigen Standort der Stationen berechnet oder vom DWD übernommen habe. Über die Homogenisierung fallen auch hier fast alle Inkonsistenzen weg. Im Deutschlandmittel erneut nur ein unbedeutender Unterschied.

Durch einen Datenbankfehler, den ich gerade behebe, fehlen auf der homogenisierten Karte einige Stationen...

Ich denke, dass ich die Temperatur-Abweichungen auf meiner Homepage entsprechend umstellen sollte. Es macht es auch viel einfacher, für ganz viele verschiedene Klimazeiträume Karten anzubieten (1961-90, 1971-2000, 1981-2010, 1991-aktuell, 2001-aktuell).

Wie sind eure Meinungen dazu?

Viele Grüße,
Michael



1-mal bearbeitet. Zuletzt am 15.06.19 14:03.



Thema Klicks geschrieben von Datum/Zeit
  Homogenisierung der (historischen) Messreihen des DWD 579 Michael (5 km östl. Bremerhaven) 15.06.19 13:55


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