Andreas Hense Meteorologisches Institut Universität Bonn

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1 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

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

3 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

4 Kolloquium Phänologie
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“ 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie

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

6 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 Beobachter pro Jahr ca Beobachtungen 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie

7 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

8 Kolloquium Phänologie
Mittelwert 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie

9 Kolloquium Phänologie
Mittelwert 27. Januar 2003 Kolloquium Phänologie

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

11 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

12 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

13 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

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

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

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

17 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