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27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie1 Räumliche Modellierung von phänologischen Daten: Qualitätskontrolle und Datenanalyse Andreas Hense Meteorologisches.

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1 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie1 Räumliche Modellierung von phänologischen Daten: Qualitätskontrolle und Datenanalyse Andreas Hense Meteorologisches Institut Universität Bonn

2 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie2 Überblick Motivation Methodik Ergebnisse Zusammenfassung

3 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie3 Motivation Netz freiwilliger Beobachter des DWD seit 1951 (siehe Meteorologischer Kalender 2003) –keine langen Zeitreihen –räumlich inhomogen –Repräsentativität kein Problem der Beobachter ! Die Dichte des Netzes erlaubt Korrekturen Korrekturen: Qualitätskontrolle und Homogenisierung

4 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie4 Methode Räumliche Modellierung Gitterpunktsanalyse: Homogenisierung –Mittelwert durch Regression mit unabhängigen Variablen –Anomalie für jedes Jahr durch 2-d Variationelle Analyse (2d-Var) Qualitätskontrolle –durch Kreuzvalidation: Lasse eine Station weg

5 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie5 Daten, Stichprobenentnahme, Stichprobenfehler Modellierung der jährliche Anomalien, Modellfehler Modellierung des Mittelwert , Modellfehler Unscharfe Koeffizienten

6 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie6 Daten Entnommen der Phänologie-Datenbank des DWD Beispiel Sommerlinde im Gebiet 6° E bis 10° E und 50°N bis 54° zwischen 1951 und 2001 etwa Beobachter pro Jahr ca Beobachtungen

7 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie7 Modellierung des Mittelwertes Orographie: digitales Geländemodell 1/12° x 1/12° Auflösung und Höhe der Beobachter solare Einstrahlung, geographische Breite linear und quadratisch und geog. Breite des Beobachter Abstand vom Meer: geographische Länge linear und quadratisch und geogr. Länge der Beobachter Urbanität: Bevölkerungsdichte 1/12° x 1/12° und interpoliert auf den Beobachter

8 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie8 Mittelwert

9 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie9 Mittelwert

10 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie10 Mittelwert Blühdatum Sommerlinde

11 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie11 Erste Qualitätskontrolle Repräsentativität in der Höhe –Stationshöhe vs. Digitales Höhenmodell grobe Abweichungen vom Mittelwert –|Beobachtung - Mittelwert| > 3 r (Mittelwert) etwa 5% der Beobachtungen erfüllen die Bedingungen nicht –Höhenabweichungen korrigierbar –grobe Abweichungen: 270 statt 170

12 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie12 Analyse der jährlichen Anomalien vom Mittelwert Variationelle Formulierung (2-d Var) Reduktion der Dimension (Anzahl der Gitterpunkte) durch vorgegebene Muster V

13 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie13 Zweite Qualitätskontrolle Kreuzvalidation –lasse eine Beobachtung weg –berechne diese Beobachtung aus den anderen mit Hilfe der variationellen Analyse –|Beobachtung - Berechnung| > 20/15 Tage –nicht repräsentative Station –etwa weitere 10% der Beobachtungen

14 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie14 Zeitreihe des Gebietsmittels

15 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie15 Anomaliefeld eines extremen Jahres (1993)

16 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie16 Anomaliefeld eines extremen Jahres (1962)

17 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie17 Zusammenfassung Mittels Techniken der Numerischen Analyse –automatische Qualitätskontrolle –Homogenisierung in Raum und Zeit –Gitterpunkte mit repräsentativen Flächenwerten Grundlagen für –weitere Modellierung –Überwachung und Klimawirkungsforschung – Vergleiche mit Satellitenbeobachtungen


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