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Datenbasis

Als Datengrundlage stehen gemessene Zeitreihen täglicher Werte verschiedener Klimaelemente der amtlichen Messnetze Deutschlands (DWD), Tschechiens (CHMU) und Polens (IMGW-PIB) zur Verfügung. Aus der Verfügbarkeit der Daten für das Untersuchungsgebiet leitet sich der Untersuchungszeitraum von 1971 bis 2010 ab.

Tabelle: Primare Klimaelemente und abgeleitete Klimagrößen (Sekundär-Elemente)

Klimaelement	Abkürzung	Einheit	Anzahl Stationen
Lufttemperatur-Max	TX	°C	18
Lufttemperatur-Mittel	TM	°C	24
Lufttemperatur-Min	TN	°C	27
Niederschlag	RR	mm	100
relative Luftfeuchte	RF	%	21
Sonnenscheindauer	SD	h	13
Windgeschwindigkeit-Mittel (10 m)	FF	m/s	18
Luftdruck	PP	hPa	24
Dampfdruck	DD	hPa	21
Wolkenbedeckungsgrad	NN	Achtel	13
korrigierter Niederschlag	RK	mm	100
Globalstrahlung	GS	J/cm²	13
potentielle Verdunstung	ET	mm	13
Gras-Referenz-Verdunstung	GR	mm	11

Für die Analyse des rezenten Klimas sowie für die Erstellung der Klimaprojektionen und der Wasserhaushaltsmodellierung werden möglichst lange, lückenlose und qualitätsgeprüfte Zeitreihen benötigt, um die Gefahr von falschen Schlussfolgerungen durch fehlerbehaftete oder inhomogene Daten zu minimieren. Folgende Schritte wurden im Auftrag des Leadpartners vom Lehrstuhl für Meteorologie der TU Dresden durchgeführt, um einen grenzübergreifenden, einheitlichen und qualitativ hochwertigen Datensatz zu erzeugen (Bernhofer und Franke 2013):

Plausibilitätsprüfung und Korrektur
Lückenschließung
Homogenitätsprüfung

Plausibilitätsprüfung und Korrektur

Für alle Klimaelemente wurden die physikalisch bedingten Grenzen der Wertebereiche überprüft und in Fällen der Grenzwertverletzung im nachfolgenden als ein fehlender Wert behandelt. Weiterhin wurden Minimum-, Mittel- und Maximumtemperatur auf ihre wertmäßige Reihung hin überprüft und ggf. korrigiert.

Lückenschließung

Die Schließung der Lücken erfolgte in 4 Stufen:

Stations-interne Schließungen von Klimaelementen (betrifft: Dampfdruck, Relative Feuchte, Sonnenscheindauer)
Stations-übergreifende Schließungen von Klimaelementen (betrifft: Maximaltemperatur, Mitteltemperatur, Minimumtemperatur, Niederschlag, Relative Feuchte, Sonnenscheindauer, Windgeschwindigkeit)
Weitere Stations-interne Schließungen von Klimaelementen (betrifft: Dampfdruck, Luftdruck)
Stations-interne Berechnung von sekundären Klimaelementen (betrifft: Korrigierter Niederschlag, Globalstrahlung, Potentielle Verdunstung, Gras-Referenzverdunstung)

Grundvoraussetzung für die Lückenschließung war eine Verfügbarkeit des jeweiligen Datensatzes von wenigstens 2/3 im Zeitraum 1971 bis 2010. Wenn mehr als 1/3 der Daten einer Datenreihe fehlten, ist eine Lückenfüllung nicht plausibel möglich und wurde daher nicht durchgeführt. Die vier Stufen der Lückenfüllung werden hier im Detail erläutert.

Die folgende Abbildung stellt die prozentualen Anteile der originalen Daten, der geschlossenen (Schließung) und verbleibenden Lücken (Lücke), der berechneten und korrigierten (aus Plausibilitätsprüfung) an den Zeitreihen der einzelnen Klimaelemente für den Zeitraum 1971-2010 dar. Da nur sehr wenige Werte korrigiert werden mussten, ist dieser Anteil in der Abbildung 7 nicht erkennbar.

Das Ergebnis der Lückenschließung wurde mit mehreren Verfahren auf Plausibilität geprüft. Dabei wurden u. a. Statistiken der originalen mit den Lücken gefüllten Datensätzen verglichen. Alle Prüfverfahren ergaben eine hohe Plausibilität der Lückenschließung, bis auf wenige Ausnahmen. Folgende der festgestellten Probleme konnten in einigen Datenreihen nicht behoben werden, weshalb die Zeitreihen von einer weiteren Verwendung ausgeschlossen wurden: Die Wind- und Temperaturdaten der Station Szrenica konnten nicht plausibel gefüllt werden. Die Werte ab Oktober 2002 sind zu gering und schwanken zwischen den Tagen zu stark. Des Weiteren wurde bei einer Prüfung festgestellt, dass die aus dem Bedeckungsgrad errechnete Globalstrahlung eine tendenzielle Unterschätzung der berechneten gegenüber der gemessenen Sonnenscheindauer aufweist. Für die Stationen Kubschütz, Slubice, Zgorzelec und Szczawno Zdroj wurden keine plausiblen Werte berechnet. Damit können für diese Stationen keine Werte für die Verdunstung und die klimatische Wasserbilanz ermittelt werden.

Homogenitätsprüfung

Die Zeitreihen von Niederschlag und Temperatur wurden einem komplexen Algorithmus zur Homogenitätsprüfung unterzogen. Vor der Lückenschließung ist es das Ziel, Inhomogenitäten zu identifizieren, die z. B. durch Messgerätewechsel und Stationsverlegung entstehen. Eine erneute Prüfung nach der Lückenschließung kann Inhomogenitäten aufdecken, die durch den Lückenfüllungsalgorithmus entstanden sind.

Details zur Homogenitätsprüfung sind in hier zusammen gestellt.

Die untersuchten Temperatur- und Niederschlagszeitreihen können nach Auswertung der Ergebnisse der Homogenitätsprüfung als weitgehend homogen angesehen werden. Lediglich die oben schon erwähnten Stationen Szrenica, Kubschütz, Slubice, Zgorzelec und Szczawno Zdroj wurden wegen Inhomogenitäten ausgeschlossen. Eine Homogenisierung der Reihen wurde nicht vorgenommen, da die Homogenitätsprüfung und Homogenisierung separat für jedes Klimaelement erfolgen würde und dies elementübergreifende Inkonsistenzen zur Folge haben kann.

Nach der Homogenitätsprüfung und Lückenschließung liegt ein geprüfter, lückenloser und grenzüberschreitender Datensatz für die weiteren Analysen im Projekt vor. Für die Untersuchungsregion stellt dies aufgrund des grenzübergreifenden Ansatzes eine neue Qualität der Daten dar.

Literatur:

BERNHOFER C, FRANKE J (2013): Aufbereitung meteorologischer Daten für die Verwendung im Klimamodell im Rahmen des Projektes Neymo. Abschlussbericht, 35 S, unveröff.