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

Kolloquium Phänologie Überblick Motivation Methodik Ergebnisse Zusammenfassung 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie

Kolloquium Phänologie 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 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie

Kolloquium Phänologie Methode Räumliche Modellierung Gitterpunktsanalyse: Homogenisierung Mittelwert 1951-2001 durch Regression mit unabhängigen Variablen Anomalie für jedes Jahr durch 2-d Variationelle Analyse (2d-Var) Qualitätskontrolle durch Kreuzvalidation: „Lasse eine Station weg“ 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie

Kolloquium Phänologie Daten, Stichprobenentnahme, Stichprobenfehler Modellierung der jährliche Anomalien, Modellfehler Modellierung des Mittelwert 1951-2001, Modellfehler Unscharfe Koeffizienten 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie

Kolloquium Phänologie 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 300-700 Beobachter pro Jahr ca. 29000 Beobachtungen 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie

Modellierung des Mittelwertes 1951-2001 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 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie

Kolloquium Phänologie Mittelwert 1951-2001 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie

Kolloquium Phänologie Mittelwert 1951-2002 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie

Mittelwert Blühdatum Sommerlinde 1951-2001 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie

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 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie

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

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 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie

Zeitreihe des Gebietsmittels 1951-2001 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie

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

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

Kolloquium Phänologie 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 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie