Mitteilungen der DMG

Heft 1/2001 (Auszüge)


  Schwerpunktthema: Phänologie
Inhaltsverzeichnis (durch Anklicken eines Artikels kommen Sie direkt dorthin)
Editorial
Phänologie im Deutschen Wetterdienst
Internationale phänologische Netze
Das Netz der Internationalen Phänologischen Gärten in Europa
Markante Veränderungen in der Vegetationsentwicklung seit dem Ende der achtziger Jahre
POSITIVE - ein phänologisches Forschungsprojekt
Internationale Konferenz "Progress in Phenology - Monitoring, Data Analysis, and Global Change Impacts" vom 4.-6.10.2000 in Freising
GLOBE - Ein internationales Schulnetzwerk erforscht die Phänologie
ZV Leipzig: Fortbildungsveranstaltung "Landoberflächenprozesse"
25 Jahre Europäisches Zentrum für Mittelfristige Wettervorhersagen
150 Jahre Royal Meteorological Society
Rückgang der Spitzenkonzentrationen des Sommersmogs
Workshop "Nachfolge der meteorologischen Satellitensysteme MSG und EPS" vom 15. bis 16. November 2000 in der Tagungsstätte Kloster Walberberg
Die Witterung des Jahres 2000
Meteorologische Dienstleistungen im Internet


Editorial

Die Kirschblüte galt in Japan als Symbol des wiedererwachenden Lebens und hatte als solche große Bedeutung für die ganze Nation.  Die Beobachtungsreihe der Eintrittdaten der jährlichen Kirschblüte in Kyoto reicht bis ins Jahr 705 zurück und wurde am Kaiserlichen Hof in Japan archiviert. Sie ist die erste phänologische Beobachtungsreihe. 
          In der europäischen Geschichte sind immer wieder Ansätze zu finden systematische phänologische Beobachtungen durchzuführen oder internationale Beobachtungsnetze aufzubauen. Auch wenn die Intiativen zunächst meist  von einzelnen Personen ausgingen, Wissenschaftlern, Landesfürsten ebenso wie Privatpersonen,  so bezeugt dieses die frühe Einsicht in die Bedeutung dieses Beobachungsmaterals für das menschiche Leben. Auch auf private Initiative hin wurden z.B. in Schottland über Generationen hinweg detaillierte phänologische Beobachtungen aufgezeichnet, wie z.B. über die Blattentfaltung von dreizehn Laubgehölzen, das Blühdatum des Schneeglöckchens, Buschwindröschens, Weißdorns oder tierphänologische Aspekte. Der Wert der Beobachtungen für die Menschen damals könnte dadurch unterstrichen  werden, dass man den ältesten Teil der Sammlung unter den Dielen einer alten Mühle entdeckte, wo er fast wie ein Schatz versteckt war.
           Nach dem zweiten Weltkrieg wurden durch die Wetterdienste phänologische Beobachtungsnetze auf- und ausgebaut. Seit dem Ende der 50er Jahre werden weltweit Internationale Phänologische Gärten (IPG) angelegt, um standardisierte  Beobachtungen durchzuführen. Den aktuellen Trend der Phänologie fasst H. Häckel in einem Artikel über die Geschichte der Phänologie (Phänologie-Journal, 15/2000)  zusammen: "Neuerdings sind wieder vermehrt Aktivitäten zur Förderung der IPG´s und zur internationalen Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Phänologie erkennbar".  Die MITTEILUNGEN DMG tragen dieser aktuellen Entwicklung mit einem eigenen Schwerpunkt Rechnung und danken Herrn Frank F. Chmielewski, Humboldt-Univ. Berlin,  für die Kooperation bei der Zusammenstellung und Beschaffung der Beiträge.

S. Theunert
Redaktion Mitteilungen DMG
 

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Phänologie im Deutschen Wetterdienst

Zu Beginn des Jahres 1936 wurden alle bisher bestehenden phänologischen Netze auf dem Gebiet des Deutschen Reiches zu einem einheitlichen Beobachtungsnetz beim Reichswetterdienst zusammengefügt. Der Agrarmeteorologe Dr. Fritz Schnelle wurde mit dieser Aufgabe betraut. Das Gesamtnetz umfasste etwa 7000 Beobachter.
          Die Aufgaben der Phänologie wurden wie folgt dargelegt (1936; Zitate Prof. Dr. Weickmann, Präsident des Reichamts für Wetterdienst):

"...dient einerseits der Klimatologie ...".
"Andererseits nützt die Phänologie aber in hohem Maße der Landwirtschaft ..."
"... Erforschung der natürlichen Anbaubedingungen ..."
"... bestmögliche Ausnutzung des deutschen Bodens ..."

Phänologie wurde primär als Nutzbringer der Agrarmeteorologie betrachtet und deshalb war sie dort auch angesiedelt. 
          Die Sicherung der Volksernährung wird mit Grund dafür gewesen sein, dass die Zonenwetterdienste die Phänologie nach dem Zusammenbruch des Deutschen Reiches schon ab 1946 wieder aufnahmen und auch die Netze neu aktivierten.
          Die deutschen Wetterdienste Meteorologischer Dienst (MD) und Deutscher Wetterdienst (DWD) machten sich die Phänologie ebenfalls zur Aufgabe. Dr. Fritz Schnelle blieb als Leiter der Agrarmeteorologie weiterhin der oberste Interessenvertreter der Phänologie beim DWD, beim MD übernahm Dr. Franz Seyfert eine ähnliche "Nuntius"-Funktion.
           In der Zeit zwischen den Staatsgründungen und der Wiedervereinigung erreichte das ostdeutsche Netz bis zu 1100 aktive Beobachtungsstellen, das westdeutsche bis 2500. In den 80er Jahren nahm allerdings die Zahl der Beobachter in ganz Deutschland ab, so dass bei der Zusammenlegung der beiden Netze im Jahr 1990 noch etwa 2600 Beobachter aktiv waren. Dieser Rückgang, der mit der abnehmenden Bereitschaft der Bürger zum Ehrenamt begründet werden kann, setzte sich fort. Ende der 90er Jahre kamen fiskalische Vorgaben hinzu, so dass Anfang 2001 noch 1600 ehrenamtlich tätig sind, hinzu kommen etwa 50 hauptamtliche Beobachtungsstellen (überwiegend Wetterstationen). Zukünftig soll das Netz aus max. 1600 Beobachtungsstellen bestehen.
          Die Programme wurden mehrmals geändert, jedoch blieben die Beobachtungsphasen - sowohl die der alten und neuen Programme als auch die innerdeutschen - im wesentlichen vergleichbar. 
          Das derzeit geltende Programm enthält 30 Wildpflanzen mit 58 Phasen, neun landwirtschaftliche Kulturen mit ebenfalls 58 Phasen und 6 Obstarten mit 31 Phasen.
          Inzwischen sind die phänologischen Daten bis einschließlich 1951 (Westdeutschland) bzw. 1961 (Ostdeutschland) auf Datenträgern gespeichert. Etwa 14 Mill. Daten warten auf Ihre vielfältige Nutzung.
          Im Zeitalter der landwirtschaftlichen Überschussproduktion hat die Phänologie ihre Bedeutung für die "Sicherung der Volksernährung" zu einem erheblichen Teil eingebüßt. Folgerichtig wurde sie im Zuge der Neuorganisation des Deutschen Wetterdienstes1996 der Abteilung Klima und Umwelt des DWD zugeordnet. Hier allerdings ist kein Wissenschaftler mehr in der Hauptsache mit Phänologie befasst. Es gibt eine bilaterale Kooperation mit dem slowakischen Wetterdienst SHMI zur klimatologischen Auswertung phänologischer Daten. Im Übrigen werden für wissenschaftliche Untersuchungen sporadisch Werkverträge an externe Phänologen/Phänologinnen vergeben und interessierte studentische Praktikantinnen/Praktikanten eingesetzt.
          Es zeichnet sich ab, das sich einige Universitäten in Deutschland zu "Know how - Zentren" der Phänologie entwickeln. 
Einige neuere phänologische Arbeiten befassen sich mit Fragen zum "Climate Change". Phänologische Eintrittsdaten (ED) eignen sich hervorragend als Indikatoren für Klimaänderungen, hohe Korrelationen ergeben sich z.B. zwischen Temperatur und ED.
          Die Diskussionen um die Erderwärmung werden immer wieder mit neuen Zahlen angefacht. Während der globale Temperaturanstieg seit 1880 0.6°C betrug, könnte ein weiterer Anstieg um diesen Betrag nach einem "mittleren Szenario" bereits vor 2030 erreicht sein. 
 

Abb.1: Doppelte phänologische Uhr

           Die beiden übereinander gelegten phänologischen Uhren 1961- 1990 und 1988 - 1999 fügen sich in den Trend. Verfrühungen lassen sich nicht beliebig fortführen: Welches sind die Folgen eines "entfesselten" Temperaturanstiegs? Es warten noch viele offene Fragen auf eine Antwort. In diesem Zusammenhang bleiben auch die phänologischen Beobachtungsdaten interessant, vielleicht erweist sich der Datenpool des DWD noch einmal als wahre Fundgrube.

Ekko Bruns
Deutscher Wetterdienst
Abteilung Messnetze und Daten
Kaiserleistraße 42
63067 Offenbach 
Tel.: 069/8062-2022
E-Mail.: ekko.bruns@dwd.de

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Internationale phänologische Netze

Ausgerechnet die moderne, satellitengestütze Messung des "green wave" verhalf der Phänologie internationalen Maßstabs zu neuer Aufmerksamkeit. Es kam die wesentliche Frage auf, in welcher Weise und mit welchen Spezies die Vegetation daran beteiligt ist. Diese Informationen lassen sich aber nur konventionell erheben.
          Im Zuge der "Wiederentdeckung" phänologischer Daten wurden und werden in einigen Ländern phänologische Netze aufgebaut (z.B. Kanada, USA, Niederlande) oder einstmals eingestellte Netze wieder aktiviert (z.B. Großbritannien, China).
          Die europäischen Forstwissenschaftler initiierten das "Pan-European Programme for Intensive and Continuous Monitoring of Forest Ecosystems", welches auch umfangreiche phänologische Beobachtungen an Forstgehölzen einschließt. 
          Die Internationalen Phänologischen Gärten (IPG), die seit 1957 existieren, werden seit 1995 von der Humboldt-Universität geführt. Auch hier ist festzustellen, dass die Beobachtungsdaten nunmehr Gegenstand wissenschaftlicher Fragestellungen sind. 
          Die IPG sind mit genetisch einheitlichen Beobachtungsobjekten bepflanzt, d.h. alle Pflanzen gehen auf eine "Mutterpflanze" zurück (vegetative Vermehrung), sie sind sozusagen "sortenecht". Durch die genetische Übereinstimmung wird die Streuung der Daten aufgrund genetischer Unterschiede (z.B. frühblühende/spät-blühende oder frühreifende/spätreifende Typen) unterdrückt - ein großer Vorteil für wenig dichte Netze. Damit ist eine höchstmögliche Standardisierung der Objekte erreicht.
          Die Idee der Standardisierung spielt bei den Überlegen zu einer "Internationalisierung" der Phänologie eine herausragende Rolle.
          Ein einheitliches Netz über den gesamten Globus hat schon 1991 das "World Climate Programme" anlässlich einer Konferenz in Japan gefordert. Diese inzwischen wiederholte Forderung ist indes bisher noch nicht umgesetzt worden.
          Unter dem Dach der "International Society of Biometeorology" (ISB) haben sich Klimatologen, Phänologen und Experten anderer Fachrichtungen in der "Commission Vegetation Dynamics, Climate und Biodiversity" zusammengeschlossen und praktizieren eine verstärkte Zusammenarbeit und Kooperation auf dem Gebiet der Phänologie.
          Es werden auch Überlegungen angestellt, ob sich ein globales Netz (Global Phenological Monitoring - GPM) installieren lässt und wie ein globales Programm aussehen kann. Man kam zu der Erkenntnis, das Obstgehölze und Zierpflanzen die Forderungen der Phänologen in ganz besonderer Weise erfüllen. Sie sind weltweit verbreitet, bekannt, hoch akzeptiert und sortenecht, also genetisch einheitlich, verfügbar. Die vegetative Vermehrung von Obstgehölzen und Zierpflanzen ist die Regel, daher Routinesache und nicht so kostenintensiv wie die vegetative Vermehrung von Forstgehölzen. Andere Vorteile kommen hinzu. 1998 wurden die ersten Stationen in Deutschland und den Niederlanden bepflanzt, 1999 in China, 2001 folgen weitere in den USA, Tschechien und der Slowakei.
          Als Muttergarten für Europa steht die renommierte Baumschule Müller-Platz in Erkelenz am Niederrhein zur Verfügung. Hier gedeihen alle wärmeliebenden bis frostharten Beobachtungsobjekte, die für die gemäßigten Breiten vorgesehen sind.
          Die Beobachtungen werden - wie bei den IPG - "ehrenamtlich" durchgeführt. Auch die Kosten für die Pflanzen (etwa Euro 500 pro Station) müssen von den Beobachtungsstationen selber getragen werden. Dieses Hindernis blockiert jedoch geradezu einen nachhaltigen Netzaufbau.
          Für die beiden internationalen Netze IPG und GPM wäre eine dauerhafte und unabhängige Finanzierung um des Überlebens willen wünschenswert. Rechtzeitig zum neuen Jahrhundert startete die Landbauuniversität in Wageningen am 01.01.2001 das EU-Projekt "European Phenological Network - a network for increasing efficiency, added value and use of phenological monitoring, research, and data in Europe".
          Dieses umfassende Projekt läuft über drei Jahre und kann der Phänologie sowohl in Europa als auch in der Welt wichtige, ja entscheidende Impulse geben.

Ekko Bruns
Deutscher Wetterdienst
Abteilung Messnetze und Daten
Kaiserleistraße 42
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Das Netz der Internationalen Phänologischen Gärten in Europa 

Phänologische Beobachtungen haben vor allem im europäischen Raum eine lange Tradition. Die Eintrittstermine der phänologischen Phasen sind ein "Indikator" für die Wirkungen von Witterung und Klima sowie anderer Umweltfaktoren auf die Pflanzenentwicklung. Nach der Winterruhe der Pflanzen (Dormanz) fördern die zunehmende Tageslänge und ansteigende Temperaturen zum Winterende und im zeitigen Frühjahr die Entwicklungsvorgänge in der Pflanze und führen zum Austrieb der Knospen, Blätter und Blüten. Diese jährlich wiederkehrenden Entwicklungsprozesse (phänologische Phasen) werden von  Phänologen beobachtet und zeitlich festgehalten. Damit werden phänologische Beobachtungen zu sensiblen Indikatoren von Klimaänderungen. Sie widerspiegeln rasch die Reaktion der Natur auf klimatische Veränderungen.
           Die ältesten phänologischen Aufzeichnungen der Kirschblüte stammen aus Japan und sind auf das Jahr 705 datiert. Erwähnenswert sich auch die privaten phänologischen Aufzeichnungen der Familie Marsham aus Schottland, die über sechs Generationen hinweg von 1736 bis 1925 Pflanzenbeobachtungen durchgeführt hat. Erste flächendeckende phänologische Beobachtungen gehen auf Initiative des schwedischen Botanikers Carl von Linné zurück, der 1750 in Schweden ein Beobachtungsnetz mit 18 Stationen einrichtete. Die Beobachtungen dauerten jedoch nur drei Jahre. Das erste internationale phänologische Beobachtungsnetz entstand 1781. Es war an die meteorologischen Beobachtungen der "Societas Meteorologica Palatina" zu Mannheim geknüpft und umfaßte 32 Stationen, die in einem Gebiet von Nordamerika bis zum Ural und von Grönland bis zum Mittelmeer lagen. 1792 wurden die Beobachtungen leider wieder eingestellt. Erst im Jahr 1882 gelang H. Hoffmann und E. Ihne ein Durchbruch in der Phänologie. Auf ihre Initiative hin wurden seit 1883  nach einheitlichen Richtlinien phänologische Beobachtungen in ganz Europa durchgeführt, die in einer fortlaufenden Reihe bis 1941 veröffentlicht wurden. Um die Entwicklung der Phänologie in Deutschland haben sich vor allem Fritz Schnelle und Franz Seyfert verdient gemacht.
          Ein bekanntes Problem bei der Beobachtung phänologischer Phasen besteht darin, dass die Pflanzen infolge genetischer Unterschiede sehr verschieden auf die Witterung reagieren können. So kann gelegentlich beobachtet werden, dass zwei gleiche, beieinander stehende Bäume unterschiedlich weit in der Entwicklung fortgeschritten sind.
          Diesen Umstand berücksichtigend, wurde - auf Anregung der agrarmeteorologischen Kommission der WMO im Jahre 1953 - durch Fritz Schnelle und Ernst Volkert ein einzigartiges phänologisches Beobachtungsnetz gegründet: die Internationalen Phänologischen Gärten Europas (IPG). Die Idee der IPG bestand darin, großräumige und standardisierte phänologische Beobachtungen durchzuführen. Um genetische Einflüsse auszuschließen, wurde angeregt in allen Gärten vegetativ vermehrte Bäume und Sträucher anzupflanzen. Hierzu musste ein Muttergarten eingerichtet werden, der die Vermehrung, Aufzucht und den Versand der Pflanzen übernahm. Nach einigen Jahren der Vorbereitung wurde bereits 1959 der erste Phänologische Garten in Offenbach gegründet, dem schnell weitere Gärten in ganz Europa folgten.
 

1953 Beschluss der "Agrarmeteorologischen Kommission" der WMO zur Einrichtung eines internationalen phänologischen Beobachterprogramms
1957 Gründung der Internationalen Phänologischen Gärten durch Schnelle und Volkert.
Einrichtung des Muttergarten in Wächtersbach und Escherode
1959 Herausgabe der ersten Arboreta Phaenologica durch F. Schnelle und E. Volkert.
Erster Internationaler Phänologischer Garten in Offenbach meldet Beobachtungen (Offenbach)
1973 Übernahme der Netzverwaltung durch die Universität München (Lehrstuhl für Biometeorologie).
Verlegung des Muttergartens nach Großhansdorf an die Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft
1978 In Europa sind 66 Gärten aktiv; weitere Gärten sind geplant. Übernahme der Netzverwaltung durch den Deutschen Wetterdienst
1992 Aufgabe des Muttergartens in Großhansdorf bei Hamburg
1996 Übernahme der Betreuung und Verwaltung der Internationalen Phänologischen Gärten durch die Humboldt-Universität zu Berlin, Institut für Pflanzenbauwissenschaften, FG Agrarmeteorologie
1997 Verlegung des Muttergartens nach Ahrensburg bei Hamburg (Verein JORDSAND e.V.)
1999/
2000
Beobachtungsbeginn in neu eingerichteten IPGs, u.a. in Thyrow bei Berlin und in Doksany bei Prag
2001 Einrichtung neuer IPGs in Tschechien (Kostelec und Krtiny)

          Alle IPGs wurden in einem ähnlichen Umfeld etabliert (überwiegend ebene Fläche mit Wiesen und einigen Bäumen), detaillierte Beobachteranleitungen wurden herausgegeben und professionelles Personal aus Instituten, botanischen Gärten etc. als Beobachter gewonnen. Die Anzahl der IPGs nahm in den sechziger und siebziger Jahren weiter zu und erreichte mit 66 Gärten im Jahr 1978 sein Maximum. Die Ausdehnung des Netzes erstreckte sich damit annähernd von 70°N bis 40°N und 10°W bis 30°E (s. Abbildung 1). 

Abb.1: Lage der Internationalen Phänologischen Gärten (IPG) in Europa. Dargestellt sind aktive und bereits geschlossene Gärten mit einer Beobachtungsperiode von mehr als 10 Jahren. NB: Wenn Sie die Abbildung anklicken erhalten Sie eine vergrößerte Darstellung - Filegröße: 130kB

Heute besteht das IPG-Netz  noch aus 50 aktiven Stationen, wobei die längste Reihe am IPG-Offenbach jetzt immerhin schon 42 Beobachtungsjahre umfaßt. Seit der Gründung des Beobachtungsnetzes konnten somit mehr als 65.000 Beobachtungsdaten von 23 Pflanzenarten verschiedener Sorten und Herkünfte in der Datenbank gespeichert werden (http://www.agrar.hu-berlin.de/pflanzenbau/agrarmet/ipg.html).
          Die wichtigsten Meilensteine in der Entwicklung der Internationalen Phänologischen Gärten lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Diese einfach zu gewinnenden phänologischen Daten erweisen sich heute von großem Wert, nicht zuletzt für fundamentale Fragen in der Debatte um den globalen Klimawandel und den damit verbundenen Auswirkungen auf die Natur. 
Phänologische Beobachtungen werden daher u.a. herangezogen
zur Eichung von Fernerkundungsdaten,

  • für den Nachweis von Klimaänderungen in natürlichen und gestalteten Ökosystemen,
  • zur Modellierung der Vegetationsentwicklung in verschiedensten Modellklassen (u.a. Klimamodelle, Wasserhaushaltsmodelle, Ertragsmodelle)
  • für die Pollenflugvorhersage und 
  • zum Monitoring von Umweltveränderungen
Auf internationaler Ebene erfährt die Phänologie seit dem Anfang der neunziger Jahre eine Renaissance. Ausdruck hierfür ist nicht nur die gestiegene Anzahl von Publikationen zu diesem Thema sondern auch die zahlreichen Aktivitäten der ISB-Arbeitsgruppe Phänologie mit Mitgliedern aus China, Europa, Kanada und den USA. Auf der letzten Tagung der Internationalen Gesellschaft für Biometeorologie (http://www.es.mq.edu.au/ISB/) in Sydney wurde eine neue Kommission (Vegetation Dynamics, Climate and Biodiversity) ins Leben gerufen, die die Aufgaben dieser Arbeitsgruppe fortsetzt (http://www.fsd.nl/isb/). Eine der primären Aufgaben dieser Kommission ist der Aufbau eines globalen phänologischen Beobachtungsnetzes (GPM) über das ebenfalls in diesem Heft berichtet wird. 
          Eine vordringliche Aufgabe in den nächsten Jahren ist die Erneuerung des Pflanzenbestandes in den Internationalen Phänologischen Gärten, da die Bäume zum Teil überaltert und auch einige Pflanzen abgestorben sind. Dies bedeutet, dass das Pflanzenmaterial wieder neu zu vermehren ist und ein Versand von Jungpflanzen an die IPG-Standorte erfolgen muss. Eine Einrichtung, die die Pflanzenvermehrung übernehmen würde, konnte in diesem Jahr gewonnen werden. Die Kosten, die für die vegetative Vermehrung der Bäume als auch für den Pflanzenversand, für Gesundheitszeugnisse etc. entstehen, können von dem Betrieb nicht übernommen werden.
           Bisher arbeitete das IPG-Beobachtungsnetz völlig ehrenamtlich und verfügt daher über keinen Etat. Zur Sicherung des Fortbestandes der IPG ist jetzt dringend eine finanzielle Unterstützung von Außen notwendig. Wünschenswert wäre ebenfalls die Einrichtung einer befristeten Koordinationsstelle an der Universität zur Erledigung der jetzt anstehenden, vielschichtigen Aufgaben. Für Hinweise und Anregungen diesbezüglich bin ich äußerst dankbar.

Ekko Bruns
Deutscher Wetterdienst
Abteilung Messnetze und Daten
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Zum Titelbild: Markante Veränderungen in der Vegetationsentwicklung seit dem Ende der achtziger Jahre

Im Rahmen des BMBF-Forschungsprojekts "Klimavariabilität und Phänologie in Mitteleuropa" (01LA9850/1 ) wurden die Daten der Internationalen Phänologischen Gärten Europas (IPG) genutzt, um erstmals phänologische Rasterkarten für Europa zu konstruieren und den gesicherten Nachweis zu erbringen, dass sich klimatische Veränderungen in Europa bereits seit einigen Jahren deutlich in der Vegetationsentwicklung widerspiegeln. 
Phänologische Karten geben einen guten Überblick über die regionalen Differenzen in den Eintrittsterminen phänologischer Phasen. Die erste phänologische Frühlingskarte für Europa wurde von Hoffmann 1881 veröffentlicht. Später veröffentliche Schnelle (1955) in seinem Standardwerk "Pflanzenphänologie" verschiedene Phänokarten für die gleiche Region. In diesen Karten wurden die Beobachtungsorte mit Linien gleichen Phaseneintritts, den sogenannten Isophanen verbunden. Die Isophanen widerspiegeln die thermischen Verhältnisse im Beobachtungsgebiet, wodurch die Phänologie zu einem wichtigen Indikator regionaler Klimaunterschiede wird. 
          Im Rahmen eines kürzlich abgeschlossenen Forschungs-projektes wurden auf der Grundlage der IPG-Daten Rasterkarten für ausgewählte phänologische Phasen (u.a. die Blattentfaltung von Kirsche, Birke und Eberesche, der Blühbeginn von Kirsche, Pappel und Weide, der Maitrieb der Fichte sowie der Blattfall verschiedener Arten) berechnet. Die Karten stellen den mittleren phänologischen Eintrittstermin an jedem Rasterpunkt dar (Auflösung ca. 1 km horizontal und 30 m vertikal) und wurden mittels eines Geographischen Informationssystems (GIS) kartographiert. Berechnet wurden neben Mittelwertkarten auch Karten für Extremjahre und Karten, die den Beginn, das Ende und die Dauer der Vegetationszeit in Europa charakterisieren. 
          Der Beginn der Vegetationsperiode wurde als Mittel der Blattentfaltung von Birke (Betula pubescens), Kirsche (Prunus avium), Eberesche (Sorbus aucuparia) und Alpenjohannisbeere (Ribes alpinum) definiert, das Ende der Vegetationsperiode als Mittel des Blattfalls von Betula pubescens, Prunus avium, Küblerweide (Salix smithiana) und Ribes alpinum. Die Länge der Vegetationsperiode wurde aus der Differenz von Ende und Beginn der Vegetationszeit bestimmt. 
          Die Titelseite dieses Heftes zeigt den so berechneten mittleren Beginn der Vegetationsperiode (Zeitraum 1969-1998) für Europa. Im Mittel zieht der Frühling in Europa mit einer Geschwindigkeit von 44 km/d von S nach N, mit 200 km/d von W nach E und mit 32 m/d mit zunehmender Höhe ein. In den meisten Regionen Europas beginnt die Vegetationsperiode  zwischen dem 10. und 25. April.  Während auf den Britischen Inseln mit der Ausnahme Schottlands, in Belgien, den Niederlanden, in Nordfrankreich genauso wie in Ungarn und Kroatien der Vegetationsbeginn zwischen den 5. und dem 15. April zu beobachten ist, ergrünt die Natur in Südfrankreich, im Norden Portugals und Spaniens sowie in den meisten Küstenregionen des Mittelmeers bereits vor dem 5. April. Ein später Beginn zwischen dem 15. und 25. April errechnet sich für Dänemark, Deutschland, die Tschechische Republik sowie Polen. Nach dem 25. April beginnt die Blattentfaltung in Skandinavien und im Gebiet der Ostsee. Der späteste Beginn der Vegetationsperiode in Europa nach dem 30. Mai ist in den Hochlagen Norwegens sowie nördlich des Polarkreises anzutreffen. Gebirgsregionen wie die Alpen oder der Bayerische Wald zeigen große Unterschiede. Während in Tallagen der Beginn der Vegetationsperiode oftmals bereits vor dem 15. April einsetzt, beginnt er auf Hochlagen - in ca. 1500 m - nahezu 4 Wochen später.
          Der zweiter Schwerpunkt in diesem Vorhaben zielte auf den Nachweis klimatischer bedingter Veränderungen in der Vegetationsentwicklung für Europa.
          Die Trendanalysen des Beginns, des Endes und der Länge der Vegetationsperiode ergaben eine signifikante (p<0.05) Verlängerung der Vegetationsperiode in 7 von 11 untersuchten Naturräumen Europas. Die Verlängerung der Vegetationsperiode basiert zum Großteil auf einem früheren Beginn der Vegetationsperiode, weniger auf eine Verspätung des Vegetationsendes, die im Mittel lediglich einen Tag in 30 Jahren ausmacht.
          Die im Zeitraum der letzten 30 Jahre (1969-1998) europaweit beobachtete Erwärmung im zeitigen Frühjahr (Februar bis April) führte zu einem deutlich früheren Beginn der Vegetationsperiode und damit zu einer Verlängerung der Vegetationszeit um insgesamt 10.5 Tage. Ursache für die beobachtete Erwärmung ist eine Veränderung der Zirkulation im zeitigen Frühjahr über Europa (s. Abb. 1), mit zunehmend positiven Phasen der Nordatlantischen Oszillation (NAO). 
 

Abb.1:Beziehungen zwischen dem mittleren NAO-Index von Februar und April (NAO24, dünne Linie) und den Beginn der Vegetationsperiode (VB, fette Linie) in Europa, im Zeitraum 1969-1998, Korrelationskoeffizient r=-0.70 (p<0.05). NB: Wenn Sie die Abbildung anklicken erhalten Sie eine vergrößerte Darstellung - Filegröße: 6,5kB

Insbesondere seit dem Ende der 80er Jahre sind deutliche Änderungen in der NAO zu beobachten, die letztendlich zu einem Anstieg der mittleren Lufttemperatur von Februar bis April und damit zu einer Verfrühung des Vegetationsbeginns um 8 Tage geführt haben. Zwischen 1989 und 1998 wurde in Europa in 8 von 10 Jahren ein vorzeitiger Vegetationsbeginn registriert (Abb. 2). Markant sind die extrem frühen Jahre 1989 und 1990 mit ebenfalls deutlich positiver Phase des NAO-Index.

Abb.2:Abweichungen der mittleren Lufttemperatur von Februar bis April (T24) und des mittleren Beginns der Vegetationsperiode (VB) in Europa vom langjährigen Mittelwert im Zeitraum 1969-1998, Korrelationskoeffizient r=-0.83 (p<0.05). NB: Wenn Sie die Abbildung anklicken erhalten Sie eine vergrößerte Darstellung - Filegröße: 10kB

Im Mittel der Jahre 1969 bis 1998 ergibt sich bei einer Erwärmung im Zeitraum Februar bis April von 1°C eine Verfrühung des Vegetationsbeginns von 6.7 Tagen. Die Dauer der Vegetationsperiode verlängert sich in Europa um 5 Tage bei einem Anstieg der Jahresmitteltemperatur um 1°C.
           Die wichtigsten Ergebnisse, die im Rahmen des Projektes erzielt wurden, lassen sich wie folgt zusammenfassen:

1. Der Frühling zieht in Europa mit einer Geschwindigkeit von 44 km/d von S nach N, mit 200 km/d von W nach E und mit 32 m/d mit zunehmender Höhe  ein. 
2. Der mittlere Vegetationsbeginn in Europa hat sich in den letzten 30 Jahren um 8 Tage verfrüht, wobei eine Häufung früher Termine seit Ende der 80er Jahre beobachtet wird.
3. In fast allen Naturräumen Europas zeigen sich Verfrühungen im Vegetationsbeginn, lediglich in SE-Europa wurden Verspätungen beobachtet. Der stärkste Trend zur Verfrühung wurde für Mitteleuropa regis-triert.
4. Eine Erwärmung im zeitigen Frühjahr um 1 K (Februar - April) führt zu einer Verfrühung des Frühlingsbeginns um ca. 7 Tage.
5. Das Vegetationsende zeigt in fast allen Naturräumen die Tendenz zu Verspätungen, die jedoch größtenteils nicht statistisch gesichert sind.
6. Infolge des vor allem zeitigeren Vegetationsbeginns ergibt sich in 7 von 11 Naturräumen ein signifikanter Trend zu einer Verlängerung der Vegetationsperiode. 
7. Die mittlere Vegetationsperiode dauert in Europa 188 Tage (Vegetationsbeginn: 23.04., Vegetationsende: 28.10.) und verlängert sich mit der Zunahme der Jahresmitteltemperatur von 1 K um 5 Tage.
8. Die Trends in der Vegetationsentwicklung korrespondieren gut mit Veränderungen der Zirkulation und der Lufttemperatur im zeitigen Frühjahr (Februar bis April).
9. Die Zusammenhänge zwischen Anomalien im Temperaturfeld über Europa und der regionalen Vegetationsentwicklung im Frühjahr sind hoch. 

          In der Mehrzahl der Fälle führen positive bzw. negative Temperaturanomalien in ganz Europa zu entsprechenden Verfrühungen und Verspätungen in der Entwicklung der Vegetation.

Frank-M. Chmielewski
Humboldt-Universität zu Berlin
Inst. f. Pflanzenbauwissenschaften
FG Agrarmeteorologie
Albrecht-Thaer-Weg 5
14195 Berlin
chmielew@agrar.hu-berlin.de

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POSITIVE - ein phänologisches Forschungsprojekt

Die detaillierte Analyse der Zusammenhänge zwischen großräumigen, langfristigen phänologischen Beobachtungen und der Witterung erweist sich als wichtiges Werkzeug in der Global Change-Forschung. In diesem Bereich wird am Lehrstuhl für Bioklimatologie und Immissionsforschung des Wissenschaftszentrums Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt der TU München im Rahmen des Projekts POSITIVE intensive Forschung betrieben.
          POSITIVE (Phenological Observations and Satellite Data (NDVI): Trends in the Vegetation Cycle in Europe) ist ein von der EU gefördertes Projekt mit Partnern aus den USA, Österreich, Frankreich und Estland. In diesem Projekt werden 3 Datengrundlagen gekoppelt: Phänologische Bodenbeobachtungen, meteorologische Daten zur Modellierung von phänologischen Phasen und NDVI Satellitendaten. Es werden Trends im Vegetationszyklus der vergangenen Jahrzehnte in Europa ermittelt und mögliche Veränderungen im Zuge des anthropogenen Treibhauseffektes abgeschätzt. Ziele des Projektes sind es, die räumliche und zeitliche Variabilität von phänologischen Phasen zu analysieren und phänologische Gradienten in den Alpen zu untersuchen. Ferner werden phänologische Modelle und Pollenmodelle entwickelt, parametrisiert und getestet. Anhand von NDVI Satellitendaten, die von den AVHRR Instrumenten an Bord der NOAA Satelliten stammen und von der NASA bzw. der DLR aufgearbeitet wurden, soll die sogenannte "green wave" studiert werden und über ein Index-Modell mit Bodenbeobachtungen gekoppelt werden. Die für diese Auswertungen erforderliche Datenbank beinhaltet nicht nur phänologische und meteorologische Daten aus Deutschland, Österreich, Slowenien, Estland, Polen, Spanien und der Schweiz, sondern auch erstmals digitalisierte Daten aus dem europäischen Gebiet der ehemaligen Sowjetunion. 
          In der ersten Hälfte des Projekts wurde unter anderem bereits ein Pollenmodell für die Taxa der Hauptallergene neu entwickelt. Als Eingabedatei werden Temperaturdaten einschließlich der Vorhersage der nächsten Woche gebraucht, um die mittlere Pollenkonzentration in diesem Zeitraum abschätzen zu können. Dieses Modell soll als Softwareanwendung für Ärzte und betroffene Patienten zur Verfügung gestellt werden.
          Erste Analysen des umfangreichen phänologischen Datenmaterials des Deutschen Wetterdienstes (1951-1998) zeigen, dass sich die Frühjahrsphasen von wildwachsenden Pflanzen erheblich, die Sommerphasen etwas und Phasen des Frühherbstes kaum zeitlich verschoben haben, während die Herbstphasen geringfügig später zu beobachten sind. Bei landwirtschaftlichen Nutzpflanzen ist deutlich zu erkennen, dass die Phasen, die von der Bewirtschaftung (Aussaat, Ernte) abhängen, sich weit weniger verfrüht haben als natürliche Entwicklungsphasen (Gelbreife, Ährenschieben).

Annette Menzel
TU München
Am Hochanger 13
85354 Freising

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Internationale Konferenz "Progress in Phenology - Monitoring, Data Analysis, and Global Change Impacts" vom 4.-6.10.2000 in Freising

Der Lehrstuhl für Bioklimatologie und Immissionsforschung der TU München hat vom 4. bis 6. Oktober 2000 die Internationale Konferenz "Progress in Phenology - Monitoring, Data Analysis, and Global Change Impacts" ausgerichtet, zu der Wissenschaftler verschiedener Disziplinen im Kardinal - Döpfner - Haus auf dem Domberg in Freising zusammen kamen. Im Programmkomitee wirkten Wissenschaftler aus den USA, Kanada, Großbritannien, den Niederlanden und Österreich mit. Die 67 Teilnehmer aus 21 Ländern, überwiegend aus Nordamerika, der Europäischen Union und verschiedenen osteuropäischen Staaten, aber auch aus Argentinien und China, präsentierten in über 40 Referaten und 30 Postern ihre neuesten wissenschaftlichen Ergebnisse und erörterten den augenblickliche Stand der Phänologie und ihre zukünftigen Perspektiven. Für die drei Übersichtsvorträge konnten international hoch angesehene Wissenschaftler gewonnen werden, die jeweils in einen der drei Teilbereiche der Konferenz einführten.

Abb: Konferenzteilnehmer. NB: Wenn Sie auf das Bild klicken erhalten Sie eine vergrößerte Darstellung -  80kB

           In der Phänologie werden Pflanzen und Tiere im Jahresverlauf beobachtet. Wiederkehrende Ereigisse, wie Blattverfärbung von Bäumen oder die Ankunft der Zugvögel, dienen als Uhrzeiger der Jahreszeiten. Da Pflanzen und Tiere wie Messinstrumente mit ihrem Verhalten die saisonale Witterung genau widerspiegeln und Klima- und Umweltveränderungen so aufgedeckt werden können, hat die Phänologie in letzter Zeit großen Aufschwung erfahren. Mögliche künftige Klimaänderungen werden phänologische Ereignisse verschieben und damit Auswirkungen auf Land- und Forstwirt-schaft, Ökologie und menschliche Gesundheit haben. 
          Prof. Dr. Teja Preuhsler von der Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft in Freising führte als Vorsitzender der beiden Arbeitsgruppen Meteorologie und Phänologie des europaweiten Programms zur intensiven Waldzustandserfassung (Level II Programm) mit einem Übersichtsvortrag in den ersten Schwerpunkt der Tagung ,Phenological Monitoring and Networks' ein. In der anschließenden Sitzung mit insgesamt 9 Vorträgen erhielten die Teilnehmer wichtige Informationen über phänologische Netzwerke, u. a. in osteuropäischen Staaten, wie der Tschechischen Republik und Albanien. Daneben wurden Fragen der Datenkorrektur und Kartendarstellung erörtert. In einer die Sitzung abrundenden Diskussion am Abend wurde die Zukunft des phänologischen Biomonitorings, Fragen des Datenaustausches und das neue EU Projekt EPN (European Phenological Network) erörtert.
          Im zweiten Schwerpunkt ,Analysis of Phenological Data and Assessment of Future Impacts' kann man in der gegenwärtigen phänologischen Forschung drei grund-legende Fragestellungen ausmachen: 
a) Welche Hinweise auf veränderte Umweltbedingungen geben phänologische Beobachtungen ?
b) Wie wird die sogenannte ,green wave' aus Satellitendaten in Beobachtungen am Boden abgebildet? 
c) Welche Prognosen lassen sich mit verbesserten phänologischen Modellen erzielen? 
          Im zugehörigen Übersichtsvortrag berichtete Prof. Dr. Compton J. Tucker vom Goddard Space Flight Center, NASA, USA, über Veränderungen der Photosynthese und der Länge der Vegetationsperiode auf der Nordhemisphäre, abgeleitet aus NOAA/AVHRR Satellitendaten. Danach hat die Photosynthese beispielsweise in der Zone von 55 bis 75°N in den Jahren 1982 bis 1999 als Reaktion auf veränderte Frühjahrs- und Sommertemperaturen um 8-14% zugenommen. 
          Die folgenden 10 Vorträge zeigten, wie sich die Ankunft von Zugvögeln sowie das Verbreitungsgebiet von Schmetterlingen verändert hat und wie sich beispielsweise in der Schweiz, Deutsch-land, Argentinien und dem Mittelmeerraum pflanzenphänologische Phasen verschoben haben. Die 7 Vorträge zum Thema ,Phänologie und Fernerkundung' befaßten sich hauptsächlich mit der Verknüpfung von NDVI Satellitendaten und phäno-logischen Beobachtungen. 8 weitere Vorträge zeigten, wie phänologische Modelle verbesserte werden können und zur Prognose von Pollen oder Insektenbefall eingesetzt werden können.
          Der dritte Schwerpunkt der Tagung ,Applications of Phenology in the Context of Global Climate Change' begann mit einem Übersichtsvortrag von Dr. Koen Kramer, Alterra, Wageningen. Er betonte, daß die Güte eines phänologischen Modells nicht nur von der Anpassungsgenauigkeit, sondern auch von seiner generellen Anwendbarkeit und seinem Realismus abhänge. Gerade die Durchführung von kontrollierten Experimenten sei dringend notwendig, um mit diesen Modellen für zukünftige Klimaszenarien Abschätzungen machen zu können.
Die Tagung, an der ein großer Teil der Wissenschaftler, die intensiv auf dem Gebiet der Phänologie arbeiten, teilnahm, kann als sehr erfolgreich angesehen werden. Fruchtbare Kontakte zu den mittel- und osteuropäischen Teilnehmern wurden geknüpft und zukünftige Zusammenarbeiten geplant.
          Der Tagungsband kann unter http://www.forst.tu-muenchen.de/EXT/LST/METEO/positive/
als pdf-file heruntergeladen werden.

Annette Menzel
TU München
Am Hochanger 13
85354 Freising

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GLOBE - Ein internationales Schulnetzwerk erforscht die Phänologie

GLOBE (Global Learning and Observations to Benefit the Environment) ist ein weltweites Programm, das Forschung und Bildung im Bereich Umwelt miteinander verknüpft. Schüler, Lehrer und Wissenschaftler arbeiten gemeinsam daran, durch langfristige Beobachtung umweltrelevanter Parameter ein tieferes Verständnis über das Zusammenwirken der einzelnen Umweltkompartimente Klima, Gewässer, Boden und Biologie zu erreichen. Schulen in der ganzen Welt bilden ein dichtes Messnetz zur regelmäßigen Erhebung umweltbezogener Daten. Schüler nahezu aller Altersstufen erfassen anhand genauer Anleitungen Daten in der Umgebung ihrer Schule. Diese werden via Internet in eine zentrale Datenbank in Boulder (Colorado) eingegeben. Dort werden sie gesammelt, prozessiert und visualisiert. Alle Messwerte sind öffentlich über das Internet zugänglich und können von Schulen, Wissenschaftlern oder anderen Interessierten abgerufen werden. Wissenschaftler können diese Daten für ihre Forschungsarbeit verwenden. Man verspricht sich von diesen Messdaten wertvolle Hinweise zur Ursachenforschung globaler und lokaler Umweltveränderungen. 
          Derzeit sind nahezu 10.000 Schulen in über 95 Ländern an GLOBE beteiligt; davon über 180 Schulen in Deutschland. Die Auswertung und Interpretation der mit Hilfe von GLOBE erhobenen Daten soll helfen, die ineinandergreifenden Prozesse des "Systems Erde" besser zu verstehen, globale Änderungen nachzuvollziehen und zukünftige Änderungen vorauszusehen. Weiteres Ziel ist es, das Umweltbewusstsein der Schüler, insbesondere für globale Zusammenhänge, durch ihren eigenen Beitrag an der Umweltbeobachtung und -forschung zu stärken. GLOBE ermöglicht eine Vertiefung der Schulbildung in den Umwelt- und Naturwissenschaften sowie im technologischen Bereich. 
          Die Nutzung moderner Kommunikationstechnologie soll die Schüler auf den Einstieg in die zukünftige Informationsgesellschaft vorbereiten. Schüler messen zusammen mit ihren Lehrern Daten aus den Bereichen Klima, Hydrologie, Bodenkunde, Biologie. Zusätzlich validieren die Schüler Satellitenbilder, indem sie den Nahbereich ihrer Schule mit den Informationen dazugehöriger Satellitenbilder vergleichen. Die Lehrer erarbeiten mit ihnen das erforderliche Hintergrundwissen und versuchen sowohl aus den eigenen Daten, als auch aus den Daten anderer Länder Zusammenhänge abzuleiten. Die Schüler werden so zum wissenschaftlichen Denken und Arbeiten angeleitet. Dabei können sie auf Wissenschaftler bei der Klärung von Fragen zurückgreifen. 

Verwendung der Daten für Forschungsprojekte

Im Rahmen des GLOBE-Programms werden langfristige Datenbanken aufgebaut, die öffentlich zugänglich sind und für verschiedene Projekte und Forschungsvorhaben zur Verfügung stehen. GLOBE-Daten werden als Start- und Verifikationsparameter für Modelle verwendet. Die Universität von New Hamshire setzt z.B. diese Daten für ein langfristiges Forschungsprojekt ein, dessen Ziel es ist, die primären biogeochemischen Zyklen der Erde zu verstehen. Es werden numerische Modelle entwickelt, die den Transport von Kohlenstoff, Schwefel, Stickstoff und Wasser zwischen Atmosphäre, Hydrosphäre und Biosphäre beschreiben. Mit Hilfe der von Schulen durchgeführten "ground truth validation" kann eine Bewertung der von Satelliten gemessenen Daten erfolgen. Auch werden diese Ergebnisse bei der Entwicklung zukünftiger Sensoren eingesetzt. 

Qualität der Daten

Für die Schulen werden von Wissenschaftlern genaue Anleitungen zur Erhebung der einzelnen Messparameter erstellt. Diese Anleitungen dienen den Schulen als Grundlage für die Messungen. Sie sollen aber auch die Datenqualität und die Vergleichbarkeit der weltweit gesammelten Daten gewährleisten. Lehrer verantworten die sorgfältige Datenerhebung durch entsprechende Anleitung, Motivation und Kontrolle der Schüler. Die Aus- und Weiterbildung der Lehrer im wissenschaftlichen Bereich wird durch nationale Workshops gewährleistet. Derzeit befindet sich ein deutsches Wissenschaftlerteam für das GLOBE Programm im Aufbau.

Abb.1: Birkenwald in der Nähe der Albert-Schweizer Grundschule Wipperfürth. NB: Wenn Sie auf das Bild klicken erhalten Sie eine vergrößerte Darstellung -  90kB

Phänologie

Im Frühjahr 2000 beteiligten sich 17 Schulen an einem gemeinschaftlichen GLOBE-BLK-Pilotprojekt zum Thema "Knospung der Birke". Rund 70 Schüler beobachteten ab dem 9. Februar an zwei Birkenbäumen im Nahbereich ihrer Schulen deren Knospungszeitpunkt sowie den Zeitpunkt der Blattentfaltung. Neben verschiedenen anderen Pflanzen gilt die Birke nämlich als ein Frühlingsbote. Mit Hilfe der von GLOBE entwickelten Beobachtungsmethode wollte man herausfinden, an welcher Schule der Frühling zu welchem Zeitpunkt Einzug hält. Neben dem Knospungsdatum wurden auch Höhe und Umfang der Bäume ermittelt. Außerdem wurde untersucht, ob der Knospungszeitraum ortsgebunden unterschiedlich ist, und ob im Vergleich zu den Daten des Deutschen Wetterdienstes der vergangenen Jahre, Abweichungen erkennbar sind. 

Die Ergebnisse wurden via Internet an den internationalen GLOBE-Server in Boulder/USA geschickt, von wo aus die Daten beispielweise in visualisierter Form wieder abgerufen werden können (Abb2). 

Abb. 2: Beispiel für eine Visualisierung auf dem GLOBE- Server (Zeitpunkt der Knospung in Wochen seit Jahresbeginn). NB: Wenn Sie auf das Bild klicken erhalten Sie eine vergrößerte Darstellung -  30kB

Die Beobachtungs- und Messarbeiten waren an allen beteiligten Schulen vor den Osterferien abgeschlossen, die Auswertung der Ergebnisse erfolgte anschließend. Abgeschlossen wurde das Projekt mit einem Treffen aller Beteiligten Schüler, Lehrer und Kooperationspartner am 29. Mai in der Lise-Meitner-Schule in Köln-Porz, wo die Schüler die Ergebnisse ihrer Arbeit präsentierten. Fragen zur Phänologie wurden von Herrn Dieter Bothe, dem Leiter der Agrarmeteorologischen Beratungsstelle Bonn beantwortet, der darüber hinaus über seine Arbeitspraxis informierte (Abb. 3).

Abb.3: Abschlusstreffen zum Projekt "Knospung der Birke. NB: Wenn Sie auf das Bild klicken erhalten Sie eine vergrößerte Darstellung -  31kB

Die Zusammenarbeit der Schulen untereinander wurde auch von außerschulischen Partnern unterstützt. Hier sind besonders das Kuratorium Baum des Jahres (die Birke ist Baum des Jahres 2000), der Deutsche Wetterdienst, die Grünen Schule Flora (Köln) sowie das Internet-projekt "Naturdetektive" zu nennen. Planungshilfe leistete das Zentrum für Evaluation und Methoden der Universität Bonn, welches am 30. August 2000 für die beteiligten Lehrer und andere Interessierte einen Workshop organisierte, in dem unter anderem Empfehlungen für eine Fortführung dieser und anderer GLOBE-Projekte in Form von Netzwerken ausgesprochen wurden. Derzeit laufen die Planungen für eine deutschlandweite Untersuchung der Birke. Im Jahr soll das Thema Phänologie weiter ausgebaut werden. Dazu werden Überlegungen angestellt, in Schulen einen "kleinen" phänologischen Garten anzulegen. 

Sven Baerwalde, GLOBE Country Coordinator
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
Linder Höhe, 51147 Köln

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ZV Leipzig: Fortbildungsveranstaltung "Landoberflächenprozesse"
Die erste Fortbildungsveranstaltung des ZV Leipzig im Jahr 2000 fand am 17. Mai 2000 auf Einladung des Instituts für Hydrologie und Meteorologie der Universität Dresden im Hörsaal A2 in Tharandt statt. Da die Energieumsetzungen an Landoberflächen und die Haushalte von Vegetationsgebieten ein wesentliches Problem in der Meteorologie darstellen, bestand deutliches Interesse an diesem Thema. Während der Veranstaltung wurden 4 Vorträge gehalten.

Christoph Jacobi
Institut für Meteorologie
Universität Leipzig
Stephanstr. 3
04103 Leipzig

Christian Bernhofer
Technische Universität Dresden 
Institut für Hydrologie und Meteorologie 
Pienner Straße 9 
01737 Tharandt

Landoberflächenprozesse über heterogener Unterlage: Das LITFASS - Projekt des Deutschen Wetterdienstes

Dr. Frank Beyrich Deutscher Wetterdienst - Meteorologisches Observatorium Lindenberg, (frank.beyrich@dwd.de)

Mit dem Ziel einer weiteren Verbesserung der lokalen und kurz-fristigen Wettervorhersage hat der Deutsche Wetterdienst (DWD) das Projekt LITFASS initiiert. LITFASS ist ein Akronym für 'Lindenberg Inhomogeneous Terrain - Fluxes between Atmosphere and Surface: a Long term Study'. Der wissenschaftliche Schwerpunkt von LITFASS liegt auf der Bestimmung und Parametrisierung der Austauschströme von Impuls, fühlbarer Wärme und Wasserdampf zwischen der Atmosphäre und der Erdoberfläche, so dass diese repräsentativ für eine Fläche der Größenordnung von 10*10 km² sind (dies entspricht dem gegenwärtigen Gitterabstand des operationellen Wettervorhersagemodells LM des DWD) insbesondere für heterogene Landoberflächen. Das LITFASS-Projekt umfasst drei Komponenten:

  • die Entwicklung eines nicht-hydrostatischen Modells (des LITFASS-Lokal-Modells - LLM) mit der Gitterweite von ca. 100 m,
  • experimentelle Untersuchungen in einem 20 km x 20 km großen Gebiet (Gitterelement Lindenberg) mit dem Meteorologischen Observatorium Lindenberg als Zentrum
  • der Betrieb einer Datenbank als Schnittstelle zwischen experimentellen und Modellaktivitäten.
Der experimentelle Teil von LITFASS umfasst neben den laufenden Routine-Messprogrammen am Meteorologischen Observatorium Lindenberg den Betrieb eines Monitoring-Messnetzes für ausgewählte Landoberflächen- und Modellantriebsparameter (Niederschlag, Globalstrahlung, Abfluss, Landnutzung) und den Langzeitbetrieb von Energiebilanzstationen über verschiedenen Oberflächentypen (Wasser, Wiese, landwirtschaftliche Kulturen, Wald) im Untersuchungsgebiet.
          Während des Feldexperimentes LITFASS-98 im Mai/Juni 1998 wurde die gesamte Messstrategie über einen mehrwöchigen Zeitraum erprobt und ein erster komplexer Datensatz für LLM-Simulationen bereitgestellt. Das Experiment wurde in Kooperation mit einer Vielzahl deutscher und ausländischer Partner realisiert und ausgewertet (u.a. GKSS, KNMI, DLR, Universitäten Wageningen, Dresden, Hannover, Bayreuth, Hamburg). Von diesen externen Teilnehmern wurde dabei das Instrumentarium des DWD durch zusätzliche Turbulenzmesstechnik, indirekte Sondierungssyteme (u.a. Lidar, Scintillometer) sowie flugzeuggestüzte Messsysteme ergänzt.
          Im Vortrag wurden ausgewählte Ergebnisse aus dem LITFASS-98 Experiment präsentiert und diskutiert. So zeigt sich bei den meteorologischen Antriebsgrößen (Globalstrahlung, Niederschlag) innerhalb des Untersuchungsgebietes eine Variabilität, die auch über längere Zeitscalen (Tagessummen der Globalstrahlung, Monatssummen des Niederschlages) typischerweise 10-30 % beträgt. Die turbulenten Flüsse von Impuls und fühlbarer Wärme weisen signifikante Differenzen zwischen den einzelnen Landnutzungsformen auf, die auch für verschiedene Typen niedriger Vegetation eine Größenordnung von 10-25 % erreichen können. Die Größenordnung der mit verschiedenen Methoden ermittelten regional repräsentativen turbulenten Wärmeflüsse entspricht einem flächengewichteten Mittel der lokal über unterschiedlichen Landnutzungsformen gemessenen Werte.


Landoberflächenprozesse aus Satellitendaten

Dr. Franz H. Berger, Institut für Hydrologie und Meteorologie, Piennerstr. 9, 01737 Tharandt
(berger@forst.tu-dresden.de)

Zu Beginn muss klar festgestellt werden, dass mit Hilfe von Fernerkundungsmethoden nicht die Prozesse an der Erdoberfläche, sondern nur die Ergebnisse dieser Prozesse fernerkundet werden können. Erst im Zusammenspiel mit meteorologischen Modellen können lokale, regionale oder auch globale Prozessstudien durchgeführt werden. Mit der Fernerkundung, ob passiv oder aktiv, können aber auch die Ergebnisse der Modelle validiert und gegebenenfalls deren Parametrisierungen verbessert werden. Damit sind unterschiedlichste Studien an der Erdoberfläche mit Satellitendaten möglich, so z.B. Studien zum lokalen Energie- und Wasserkreislauf, oder Studien hinsichtlich der Nutzung von Landoberflächen und deren Veränderungen mit der Zeit. 
          Zur Beobachtung der Landoberflächeneigenschaften mittels Satelliten stehen unterschiedliche Systeme zur Verfügung, die sich aber grundlegend in ihrer zeitlichen Auflösung und in ihrer räumlichen Auflösung unterscheiden. Für passive System im solaren und infraroten Spektralbereich gilt dabei: Je höher die räumliche Auflösung ist, desto geringer ist die zeitliche Auflösung. Als klassische Erderkundungssatelliten mit einer hohen räumlichen Auflösung kennt man Landsat TM (30 m) oder auch Spot (panchromatisch 10 m). Bei den aktuellen meteorologischen Satelliten mit passiven Systemen stehen NOAA-AVHRR, ERS-1/2 ATSR und Meteosat zur Verfügung. Die letztgenannten werden in den nächsten Jahren durch verbesserte Satellitensysteme mit einer verbesserten räumlich, zeitlichen aber auch spektralen Auflösung ersetzt (EPS, Envisat und MSG). 
          Mit Hilfe der Radar-Altimetrie oder auch konventionellen Messmethoden an der Erdoberfläche kann die Topographie des Untersuchungsgebietes bestimmt werden, wobei diese unbedingt für Strahlungs- und Energiehaushaltstudien mit kleinen räumlichen und zeitlichen Skalen benötigt wird. Aktuelle Ergebnisse liegen global in einer 1km Auflösung und regional in einer Auflösung weniger Meter vor. Nach dieser ersten Charakterisierung der Erdoberflächen können mit Hilfe weiterer Satellitendateninformationen, meistens passive VIS/IR Systeme, die Landnutzung global und/oder regional erkannt und die Veränderungen detektiert werden. Darüber hinaus kann der Pflanzenbedeckungsgrad in einem einzelnen Satellitenbildelement oder auch das Pflanzenwachstum in diesem Bildelement quantifiziert werden. Wesentlich dabei bleibt aber immer die eindeutige Interpretierbarkeit der Ergebnisse bzw. die eindeutige Nutzung dieser Information für weiterführende Untersuchungen. 
          Für meteorologische Prozessstudien sind aber die physikalischen, radiometrischen Eigenschaften der Oberflächen von großem Interesse, da sie insbesondere beim Strahlungshaushalt benötigt werden. Hierbei können Strahlungstransfersimulationen genutzt werden, um z.B. aus der am Satelliten gemessenen Strahldichte die Erdoberflächenreflexion bestimmen zu können, oder auch einfache Verfahren angewandt werden, um das Emissionsvermögen von Landoberflächen quantifizieren zu können. Ein Problem hierbei ist jedoch, dass in Mitteleuropa z.B. mehr als 60 Prozent der Bildelemente bewölkt sind und daher nicht direkt genutzt werden können. Abhilfe schafft ein Sampling über mehrere Tage, wobei es natürlich auch vorkommen kann, dass ein-zelne Bildelemente nie wolkenfrei sind und damit auch nicht berücksichtigt werden können. 
          Zur Bestimmung der Strahlung am Erdboden, den einzelnen Komponenten sowie der Bilanz, existieren verschiedenen Methoden, von empirisch bis physikalisch. Aktuelle physikalische Me-thoden basieren dabei auf einer inversen Fernerkundung, wobei intensive Simulationen des Strahlungstransfers zu Beginn der Analyse der Satellitendaten durchgeführt werden müssen. Ergänzt werden diese Analysen auch durch die Charakterisierung des Wolkeneinflusses, durch die Bestimmung der Wolkentypen und/oder ihrer optischen und radiometrischen Eigenschaften. Dabei hat es sich gezeigt, dass für Strahlungshaushaltsuntersuchungen die mikrophysikalischen Wolkeneigenschaften nicht primär von Bedeutung sind. Entscheidend ist die möglichst exakte Bestimmung der optischen Dicke der Wolken, insbesondere im Intervall von 1 bis 40 optischer Dicke. Schwierig ist zur Zeit in der bewölkten Atmosphären noch immer die Bestimmung der langwelligen Strahlungsflussdichten am Erdboden, wobei mit Mikrowellenfernerkundung oder auch mit einfachen Verfahren mittels passiver VIS/IR-Fernerkundung der Einfluss der Wolken in einer ersten Näherung bestimmt werden kann. 
          Somit kann die Strahlungsbilanz für wolkenfreie Atmosphären, aber auch für bewölkte Atmosphären genutzt werden, um in weiteren Arbeitsschritten die Energieflüsse an der Erdoberfläche bestimmen zu können. Der Bodenwärmestrom einer homogenen Grasfläche kann als Funktion der Nettostrahlung und des normalisierten Differenzen-Vegetationsindex (NDVI) bestimmt werden. Der Dalton-Ansatz kann wiederum genutzt werden um die sensiblen Wärmestromdichten abzuleiten. Es ist aber auch möglich, die sensiblen Wärmestromdichten als Residuum der Energiebilanzgleichung abzuleiten, wobei die latenten Wärmestromdichten zur Verfügung stehen müssen. Möglichkeiten in der Bestimmung der latenten Wärmestromdichten sind unter anderem die Bestimmung der potenziellen Verdunstung nach Priestley-Taylor oder die Bestimmung der aktuellen Verdunstung nach Penman-Monteith. Dazu müssen jedoch mit Hilfe einfacher empirischer Beziehungen aus VIS/IR Satellitendaten ergänzende Pflanzeneigen-schaften, wie z.B. der Blattflächenindex zur Quantifizierung des Bestandeswiderstandes oder die Rauigkeitshöhe, bestimmt werden. Dabei zeigte es sich, dass die Genauigkeit in der Bestimmung der einzelnen Energieflusskomponenten sehr stark von einer möglichst exakten Charakterisierung der Landnutzung abhängt. Um diesen Einfluss nicht berücksichtigen zu müssen, kann die aus der Penman-Monteith Beziehung abgeleitete Gras-Referenz Verdunstung bestimmt werden, bei der eben nur eine fest definierte Grasfläche Berücksichtigung findet. Trotz der Ungenauigkeiten in der Bestimmung der Energieflüsse existiert eine erste effiziente Möglichkeit um diese aus Satellitendaten ableiten zu können. Weiterführende Studien mit Hilfe von ein- oder mehrdimensionalen Modellen, aber auch weitere Feldmessexperimente werden dazu beitragen, dass die Bestimmung der Energieflüsse, aber auch der einzelnen Landoberflächeneigenschaften verbessert werden kann.


Landoberflächenmodellierung  - Eine Bestandsaufnahme

Dr. habil. Nicole Mölders
LIM - Institut für Meteorologie, Universität Leipzig, Stephanstraße 3, 04103 Leipzig (moelders@curie.meteo.uni-leipzig.de)

Landoberflächenmodelle werden in verschiedenen Bereichen (z.B. Meteorologie, Klimaforschung, Hydrologie, Agrarwissenschaften, Luftchemie, Geoökologie, Biogeophysik, etc.) eingesetzt, um den Austausch von Energie, Wasser und Spurenstoffen an der Grenzfläche Erde-Atmosphäre zu beschreiben. Sie beruhen auf Systemen gekoppelter nichtlinearer Differentialgleichungen zur Beschreibung dieser Austauschprozesse. Bei der Modellierung der Landoberflächenprozesse gibt es im wesentlichen drei Strategien,

  • Verwendung von vorgegebenen Landoberflächenparametern,
  • konzeptionelle Modelle,
  • biophysikalisch basierte Modelle.
Im ersten Fall werden Felder der Albedo, der Rauigkeitslänge und des Bowen-Verhältnisses vorgegeben und während der gesamten Simulation konstant gehalten. Wesentliche Annahmen sind dabei u.a., dass horizontale Homogenität herrscht und die Oberflächentemperatur gleich der Temperatur der obersten (dünnen) Bodenschicht sei. Die Nachteile dieser Vorgehensweise sind, dass
  • man mit vorgegebenen Oberflächeneigenschaften keine Rückkopplung des Klimas auf die Oberflächenbeschaffenheit (z.B. Albedo) simulieren kann,
  • die Vorgabe des Bowen-Verhältnisses auch dann noch einen Verdunstungsfluss liefert, wenn im Integral über das Gebiet die Differenz Niederschlag minus Verdunstung negativ ist,
  • ein enormer Datenerhebungsaufwand notwendig ist, um realistische klimatologische Felder zu erzielen.
Die sogenannten konzeptionellen Modelle berücksichtigen einige Rückkopplungsmechanismen zwischen Landoberfläche und Atmosphäre. Im allgemeinen bleibt die Form der Gleichungen erhalten, wie sie schon bei der Vorgabe von Oberflächeneigenschaften eingesetzt wird, aber die Parameter in diesen Gleichungen werden nun als von den Landoberflächenbedingungen abhängig betrachtet. Oft wird beispielsweise die Bodenfeuchte durch einen Speicher (Eimer, engl. bucket) repräsentiert, der sich durch Niederschlag füllt und durch Evaporation und Abfluss entleert. So kann nun z.B. die Albedo in Abhängigkeit von der Bodenfeuchte variieren. Als weitere bekannte konzeptionelle Modelle seien die Penman-Monteith-Gleichung oder die Force-Restore-Methode genannt. Wesentliche Nachteile einer konzeptionellen Behandlung bestehen darin, dass 
  • einige der berechneten Werte oft nur als effektive Größen betrachtet werden können, was eine Evaluierung erheblich erschweren kann, und
  • die getroffenen Näherungen Langzeitintegrationen oft einschränken können. 
Die bedeutenden Vorteile von konzeptionellen Modellen liegen jedoch in ihrem 
  • geringen Rechenzeitaufwand,
  • und ihrer häufig einfachen Initialisierung. Die Force-Restore-Methode z.B. ist zu dem relativ insensitiv zu den Anfangsbedingungen von Bodenfeuchte und Bodentemperatur in der Tiefe soweit diese Werte plausibel gewählt werden.
Biophysikalisch basierte Landoberflächenmodelle enthalten Komponenten zur
  • Berücksichtigung der natürlichen Heterogenität der Eigenschaften, Zustandsgrößen und Austauschflüsse von Wasser und Energie an der Grenzfläche Erde-Atmosphäre, wobei es sich hier z.B. um die Inhomogenität innerhalb einer scheinbar homogen Fläche (z.B. in der Bodenfeuchte durch unterschiedliche Beregnung, Hangneigung, Bodentypen, etc.) oder die Wechselwirkung auf der Mikroskala handeln kann,
  • Schneeakkumulation und -ablation,
  • Parametrisierung der Vegetationsprozesse wie z.B. die Transpiration und die Wasserent-nahme durch Wurzeln mit Hilfe von Widerstandskonzepten, wobei eine, zwei oder mehr Vegetationsschichten sowie eine vom Vegetationstyp abhängige vertikale Wurzelverteilung berücksichtigt werden, 
  • zur Parametrisierung der Infiltration, der ober- und unterirdischen Abflüsse
  • und nutzen die (gekoppelten) Diffusionsgleichungen für Bodentemperatur- und Bodenfeuchte in mindestens 3 Bodenschichten.
Ein biophysikalisch basiertes Landoberflächenmodell weist folgende Vorteile auf:
  • Die zahlreichen Wechselwirkungsprozesse zwischen Boden, Biosphäre und Atmosphäre werden realistisch behandelt.
  • Es werden physikalische Zustandsvariablen (statt der konzeptionellen Analoga) berechnet, was einen Vergleich mit aktuellen Messungen (Validierung) gestattet.
  • Die globale Bedeckung und hohe zeitliche Auflösung von Fernerkundungsdaten kann genutzt werden.
  • Es besteht eine Perspektive für eine integrale Modellierung (z.B. Kopplung von hydrologischen mit atmosphärischen Modellen oder von Klimamodellen mit sozioökonomischen Modellen).
Als Nachteile der biophysikalisch basierten Landoberflächenmodelle erscheinen
  • die hohen Rechenzeit- und Speicherplatzanforderungen,
  • die Bereitstellung und Erfassung der (stark variierenden) pflanzenphysiologischen und bodenphysikalischen Parameter sowie
  • die fehlenden Anfangsbedingungen (Initialisierung).
Die Ergebnisse des PILPS-Vergleichs (Project for Intercomparison of Land Surface Parameterization Schemes), an dem verschieden komplexe (und unterschiedliche Kombinationen von) konzeptionell und biophysikalisch basierten Landoberflächenmodellen beteiligt waren, belegen, dass die Formulierung von den Zeit- und Raumskalen des Anwendungsbereichs abhängt, für den das jeweilige Landoberflächenmodell entwickelt wurde, und dass verschiedene Landoberflächenmodelle verschiedene Sensitivitäten aufweisen.


Modellierung von Landoberflächenprozessen

Dr. Norbert Kalthoff, Institut für Meteorologie und Klimaforschung
Forschungszentrum Karlsruhe (nobert.kalthoff@imk.fzk.de)

Die Wechselwirkung zwischen der Atmosphäre und der Erdoberfläche wird durch die Bilanzen von Wärme, Feuchte und Impuls bestimmt . Dabei spielt die Energiebilanzgleichung eine wesentliche Rolle, da sie die Umsetzung der einfallenden Strahlungsenergie an der Erdoberfläche auf die drei weiteren Komponenten der Energiebilanz, den fühlbaren und latenten Wärmestrom sowie den Bodenwärmestrom beschreibt. Die Umsetzung der Energie an der Erdoberfläche hängt wiederum von verschiedenen Faktoren ab. So treten bei unterschiedlicher Landnutzung Unterschiede in den Oberflächeneigenschaften (z. B. Bodenbewuchs, Rauigkeit, Albedo, Emissionsvermögen) auf, die entsprechende Änderungen bei der Energieumsetzung zur Folge haben. Diese Eigenschaften sind anthropogenen Einflüssen unterworfen und unterliegen damit einem stetigen Wandel. Darüber hinaus beeinflussen zeitlich invariante Klimafaktoren, wie Bodenart, Hangneigung und Höhenlage die Energieumsetzung und somit das lokale und regionale Klima. 
          Neben der Bedeutung der Energiebilanz für das Klima sind einzelne Komponenten der Energiebilanz für andere Prozesse von entscheidender Bedeutung. So nimmt der latente Wärmestrom über die Verdunstung Einfluss auf den Wasserhaushalt. Der fühlbare Wärmestrom wiederum bestimmt das Wachstum der konvektiven Grenzschicht und damit den Höhenbereich der Atmosphäre, über den die am Boden freigesetzten Schadstoffe im Verlauf des Tages verteilt werden. Und schließlich führen regionale Unterschiede in der Energieumsetzung zu regionalen Unterschieden der Temperatur und damit zur Ausbildung thermischer Windsysteme, die zum Horizontaltransport von Feuchte und Luftschadstoffen führen. Um sowohl die lokalen als auch die regionalen Phänomene richtig beschreiben zu können, enthalten meteorologische Modelle daher die Energiebilanzgleichung für die Erdoberfläche.
          Das Ziel des Vortrags war es, anhand von Modellrechnungen den Einfluss der Landoberflächen auf das lokale und regionale Klima aufzuzeigen, wobei dies für Gebiete mit unterschiedlich komplexer Oberflächenstruktur geschehen sollte, angefangen bei homogenem Gelände bis hin zu orographisch stark strukturiertem Gelände. Daher wurde zunächst die Energiebilanzgleichung für verschiedene versiegelte Oberflächen gelöst, um die räumlichen Unterschiede beobachteter Oberflächentemperaturen eines Stadtgebietes interpretieren zu können.
          Im zweiten Beispiel wurde für ein ebenes, aber inhomogen strukturiertes Gebiet der Einfluss der unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften auf das lokale und regionale Klima aufgezeigt. Dazu wurden die Ergebnisse von Modellrechnungen herangezogen, die mit dem gekoppelten Boden-/Vegetations-/Atmosphären Modell KAMM (Adrian und Fiedler, 1991) durchgeführt wurden. Es sollte insbesondere demonstriert werden, bis in welche Höhen der Einfluss der unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften auf Größen wie die Temperatur und Feuchte nachzuweisen ist (Kalthoff et. al., 1993). 
          Danach wurde ein Modellsystem vorgestellt (Wenzel und Kalthoff, 2000), das eine flächendeckende Berechnung der Energieflüsse für ein orographisch strukturiertes Gebiet mit unterschiedlicher Landnutzung auf der Basis von Jahresmittelwerten durchführt und welches in der Lage ist, die beobachtete räumliche Verteilung der Energieumsetzung richtig zu beschreiben (Abb. 1).
 

Abb 1: Jahresmittelwerte des latenten Wärmestroms von 1993 für das Gebiet des Oberrheingrabens. Bereiche ohne Angaben kennzeichnen versiegelte Gebiete. NB: Wenn Sie auf das Bild klicken erhalten Sie eine vergrößerte Darstellung -  230kB

Abschließend wurden Modellergebnisse diskutiert, die mit dem KAMM-Modell für eine chilenische Küstenregion durchgeführt wurden. Hierbei wurde besonders auf die Ausbildung thermischer Windsysteme eingegangen, die sich aufgrund der räumlichen Unterschiede der Energiebilanz ausbilden, und auf die mit den thermischen Windsystemen verbundenen Transporte von Feuchte und Luftschadstoffen (Fiedler et al., 2000).

Literatur:

Adrian, G. und F. Fiedler, 1991: Simulation of unstationary wind and temperature fields over complex terrain and comparison with observations. Beitr. Phys. Atmos., 64, 27-48.
Fiedler, F., N. Kalthoff, I. Bischoff-Gauß, M. Fiebig-Wittmack und L. Gallardo, 2000: The influence of meteorological phenomena on trace gas concentrations at the Cerro Tololo global watch station (Chile), Sixth Int. Conf. on Southern Hemisphere, Santiago, Chile, 3-7 April 2000. 
Kalthoff, N., G. Schädler, F. Fiedler und G. Adrian, 1993: Land surface processes over flat agricultural terrain. Meteorol. Zeitschr. (N. F.), 2, 51-69.
Wenzel, A. und N. Kalthoff, 2000: Method for calculating the whole-area distribution of sen-sible and latent heat fluxes based on climatological observations. Theor. Appl. Climatol., (in press).

An die Vorträge anschließend wurde noch eine Exkursion zu den Messgebieten des Instituts im Tharandter Wald durchgeführt, die ebenfalls auf reges Interesse stieß. Schwerpunkt der Exkursion waren die dortigen mikrometeorologischen Messungen zum Wasser- und Kohlenstoffhaushalt von Wäldern.

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25 Jahre Europäisches Zentrum für Mittelfristige Wettervorhersagen


Aufgabenschwerpunkte des EZMWF:
  • Entwicklung und Verbesserung von Rechenverfahren zur Erstellung  mittelfristiger Wettervorhersagen
  • Erstellen mittelfristiger Wettervorhersagen und Weitergabe an die  meteorologischen Dienste der Mitgliedstaaten
  • Sammlung und Archivierung globaler meteorologischer Daten
  • Unterstützung der Weltorganisation für Meteorologie bei der  Durchführung von Programmen
  • Durchführen von Fortbildungsveranstaltungen auf dem Gebiet der numerischen Meteorologie für Wissenschaftler der Mitgliedstaaten
  • Entwicklung von Rechenverfahren für die Erstellung von Jahreszeitenvorhersagen.

Am 1. Dezember 2000 bestand  das Europäische Zentrum für  Mittelfristige Wettervorhersagen (EZMW) in Reading bei London 25 Jahre. Seinem Lenkungsgremium steht seit 1997 der Präsident des Deutschen  Wetterdienstes (DWD), Udo Gärtner, vor. 
          Diese für die Meteorologie  in Europa und mittlerweile auch in Übersee unverzichtbare Forschungseinrichtung hat vielfältige Aufgabenschwerpunkte, die in der Tabelle zusammengefaßt sind.
          Das EZMW wurde 1973 im Rahmen der wissenschaftlichen und technischen Zusammenarbeit in Europa von den Regierungen 18 europäischer Staaten, darunter auch die Bundesrepublik Deutschland, durch die Ratifizierung einer Konvention, die Arbeitsgrundlage für die Organisation ist, in Brüssel ins Leben gerufen. In Kraft trat die Konvention am 1. Dezember 1975. Die 18 Staaten finanzieren auch gemeinsam den ca. DM 60 Mio. betragenden Jahresetat des EZMW. Davon trägt die Bundesrepublik Deutschland etwa 25%.

Pressemitteilung
DWD, Dezember 2000

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150 Jahre Royal Meteorological Society

Am 3. April 1850  versammelten sich zehn  englische Gentleman in der Bibliothek von Hartwell House, einem Landhaus  nahe Aylesbury, Buckinghamshire.  Sie beschlossen "to form a society the objects of which should be the advancement and extension of meteorological science by determining the laws of climate and of meteorological phenomena in general". Sie nannten die Vereinigung  "British Meteorological Society".  Der erste Präsident wurde Samuel Charles Whitbread, ein Enkel des Gründers der berühmten englischen Bäckerei. 1883 erhielt die  Gesellschaft von Ihrer  Majestät, der Königin Victoria, das Privileg gewährt, den Titel "Royal" im Namen zu führen. 
          Die Royal Meteorological Society (RMS)  ist nicht die erste meteorologische Gesellschaft, die sich im Vereinigten Königreich bildete.  In der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts gab es kurzlebige Vorläufer, die zwar von bedeutenden Wissenschaftlern gegründet wurden,  sich aber nach kurzer Zeit wieder auflösten.  Die Schottische Meteorologische Gesellschaft, die ihren Ursprung im Jahre 1855 hatte, vereinigte sich mit der RMS im Jahre  1921. 
          Das Logo der RMS, entworfen im Jahr 1901, zeigt den Turm der Winde in Athen mit der Inschrift "Royal Meteorological Society". 
          Die Jubiläumsveranstaltung, an der Frau C. Lüdecke, Vorsitzende des FA Geschichte der Meteorologie der DMG (FA GEM), als einzige ausländische Vertreterin teilnahm, wurde von der Specialist Group of History of Meteorology and Physical Oceanography - das entspricht dem FAGEM der DMG - in den Räumen der Royal Society ausgerichtet. Insgesamt wurden 12 Vorträge gehalten, die einen großen Bogen über Einzelaspekte aus der Geschichte der Gesellschaft, die 65jährige Geschichte der Schottischen Meteorologischen Gesellschaft, die Astronomie und Meteorologie im 19. Jahrhundert und die maritime Meteorologie in 19. und 20. Jahrhundert spannten. Dazwischen,  in den Kaffee- und Lunchpausen, gab es sehr gute Gelegenheiten, um mit den  englischen und schottischen Kollegen Kontakte zu knüpfen. Im Bezug auf die EMS-Gründung wurde die Idee der Einrichtung einer europäischen Arbeitsgruppe für Geschichte der Meteorologie sehr begrüßt.

Abb.: First Court St. John's College, Cambridge. NB: Wenn Sie auf das Bild klicken erhalten Sie eine vergrößerte Darstellung -  44kB

          In der Woche vom 10.-14. Juli 2000 organisierte die RMS anläßlich ihres Geburtstages eine Konferenz und eine Gartenparty in glanzvollem Rahmen im St. John College an der Universität Cambridge. Die Konferenz über die Meteorologie am Beginn des neuen Millenniums vereinigte mehr als 300 Teilnehmer aus zahlreichen Ländern. Sie diskutierten über die Beziehungen zwischen der Meteorologie und anderen Wissenschaften oder Techniken sowie über die Rolle der Meteorologie in der Gesellschaft. Hinter dem College-Gebäude, auf einem ausgedehnten Rasengelände,  wurde eine Garten-Party in feierlichem Rahmen dargeboten. Unter den zahlreichen anwesenden Persönlichkeiten waren die Präsidenten bzw. Vertreter der Europäischen Meteorologischen Gesellschaften sowie Godwin Obasi, der Sekretär der WMO und überbrachten der RMS ihre Glückwünsche (Den Text der Glückwunschadresse finden Sie hier). 
(Quellen: C. Lüdecke, München,  La Météorologie No 31/Sep. 2000)

NB: Im Umfeld der Cambridge-Feierlichkeiten und Konferenzen, fanden auch eine Vollversammlung und ein Vorstandstreffen der European Meteorlogical Society (EMS) statt, an denen der DMG-Vorsitzende, Prof. Wehry und ich als DMG- und EMS-Sekretär teilnehmen.

A. Spekat
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Rückgang der Spitzenkonzentrationen des Sommersmogs

Im Jahr 2000 gab es in Deutschland im Vergleich zu 1999 zwar wieder häufiger hohe Ozonwerte über 240 µg/m³ Luft, doch der Trend der vergangenen zehn Jahre bleibt ungebrochen: Die Spitzenkonzentrationen des gesundheitsschädlichen Sommersmogs gehen zurück. In dem Bericht "Ozonsituation 2000 in der Bundesrepublik Deutschland" des Umweltbundesamtes werden die Ozondaten der Monate April bis August des Jahres 2000 ausgewertet, und zwar nach der gültigen Ozon-Richtlinie der Europäischen Union (EU) von 1992 und erstmals gemäß dem Gemeinsamen Standpunkt des EU-Umweltministerrates zu einer neuen, schärferen EU-Ozon-Richtlinie. Sie wird die geltende Ozon-Richtlinie ablösen.
           Entsprechend der gültigen EU-Ozon-Richtlinie wurden die Überschreitungen der Schwellenwerte von 180 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft (µg/m³) sowie 360 µg/m³ als Stundenwerte ausgewertet. Ergebnis: Der Informationsschwellenwert von 180 µg/m³ wurde an 233 der 370 Messstellen in Deutschland überschritten. Im Verlauf der Ozonsaison gab es 600 Überschreitungsfälle der 180 µg/m³ mit insgesamt 1.588 Stunden Dauer, verteilt auf 24 Tage, während der Wert zur Auslösung des Warnsystems wie in den vorangegangenen Jahren nicht erreicht wurde.
           Der künftige Informationsschwellenwert von 180 µg/m³ (Stundenwert) stimmt mit dem bisherigen überein. Er wurde 2000 in Deutschland an rund zwei Dritteln der Messstellen überschritten. Der Alarmschwellenwert wird in der künftigen EU-Richtlinie von 360 µg/m³ auf 240 µg/m³ herabgesetzt, wobei ab einer Dauer von drei Stunden kurzfristige Maßnahmen dann zu ergreifen sind, wenn damit nach Prüfung durch die Mitgliedstaaten ein signifikantes Potenzial zur Minderung der Überschreitung des Schwellenwertes verbunden ist. Im Sommer 2000 gab es in Deutschland nur in einem Fall eine solche, über drei Stunden dauernde Überschreitung des Schwellenwertes.
           Zum Schutz der menschlichen Gesundheit soll langfristig das Tagesmaximum der über acht Stunden gemittelten Ozonkonzentration den Wert von 120 µg/m³ nicht überschreiten. Der Zielwert lässt eine Ausnahme an 25 Tagen pro Jahr zu. An etwa drei Viertel aller Messstellen in Deutschland ist dieser Zielwert eingehalten worden.
          Die Beurteilungsschwellen zum Schutz der Vegetation basieren auf dem so genannten AOT-Konzept (accumulation over threshold). Dabei werden die Konzentrationen oberhalb einer festgelegten Schwelle während eines definierten Jahres- und Tageszeitraumes - der Haupt-Wachstumsphase - zusammengezählt. Damit wird der Erkenntnis Rechnung getragen, dass eine länger dauernde Belastung oberhalb einer bestimmten Schadstoffkonzentration die Pflanzen maßgeblich schädigen kann. An 81 % der deutschen Messstellen wurde der definierte Summen-Zielwert eingehalten Um einen Vergleich zu den Vorjahren zu ermöglichen, wurde schließlich auch nach den Kriterien des ehemaligen "Ozongesetzes" ausgewertet. Obwohl der Auslösewert von 240 µg/m³ an acht Messstellen, verteilt auf vier Tage, erreicht wurde, wären die weiteren Bedingungen zur Auslösung von Ozon-Alarm und somit für Fahrverbote im Jahr 2000 an keinem Tag erfüllt gewesen. Das "Ozongesetz" war bis zum 31.12.1999 gültig.
          Den Kurzbericht "Ozonsituation 2000 in der Bundesrepublik Deutschland" gibt es im Internet unter http://www.umweltbundesamt.de
          In Papierform (20 Seiten) kann er bestellt werden beim Umweltbundesamt, Zentraler Antwortdienst, Postfach 33 00 22, 14191 Berlin, Fax: 030/8903-2912.

Pressemitteilung
UBA Berlin
November 2000

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Workshop "Nachfolge der meteorologischen Satellitensysteme MSG und EPS" vom 15. bis 16. November 2000 in der Tagungsstätte Kloster Walberberg

Hintergrund

Mitte November 2000 fand in der Tagungsstätte Kloster Walberberg bei Brühl nahe Köln ein nationaler Workshop über europäische operationelle Satellitensysteme statt, die der Zweiten METEOSAT-Generation  (MSG) und dem EUMETSAT Polar System (EPS) folgen werden  und etwa im Zeitraum von 2015 bis 2025 im Orbit sein sollen. Die frühe Diskussion über die zukünftigen Satellitensysteme unter EUMETSAT-Verantwortung zu einem Zeitpunkt, zu dem noch nicht einmal MSG-1 oder METOP-1 gestartet wurden, hat folgende Veranlassung: Die Erörterungen sind jetzt schon notwendig, weil bald Entscheidungen bei EUMETSAT anstehen, ob einfache Nachbauten der Satelliten der Zweiten METEOSAT-Generation den zukünftigen Nutzerbedarf an Satellitendaten decken kann oder ob Neuentwicklungen notwendig sind. Da man aber über Daten geostationärer Satelliten nicht ohne Abwägung der Vor- und Nachteile im Vergleich zu den Möglichkeiten der polarumlaufenden Satelliten diskutieren kann, ist das gesamte System aller zukünftigen Beobachtungsmöglichkeiten in Betracht zu ziehen.

Ablauf

Das Treffen war eine Gemeinschaftsveranstaltung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) Bonn und des DWD. Wesentliches Ziel war es,  einen national koordinierten Standpunkt zu den Nutzeranforderungen an die zukünftigen operationellen Satellitendaten und ein Konzept zu erarbeiten, wie ein entsprechendes künftiges Satellitensystem aussehen könnte. Wissenschaftlicher Leiter der Veranstaltung war Prof. Graßl. Es waren insgesamt 55 Teilnehmer gekommen, mehr als erwartet: Mitarbeiter von Behörden, Forschungsinstitutionen, Ministerien (BMVBW, BMBF, BMU), aus der Industrie und Privatwirtschaft sowie auch Experten von EUMETSAT, der ESA, des ECMWF und der WMO. 
          Begrüßungsworte sprachen Herr Gärtner (Präsident des Deutschen Wetterdienstes), Herr Trauernicht (Leiter des Referates im BMVBW, das für den DWD zuständig ist) sowie Herr Berge (Projektdirektor Raumfahrt im DLR). Es folgte ein zukunftsorientierter Übersichts-vortrag von Prof. Graßl mit dem Thema: "Vom meteorologischen Satellitensystem zum operationellen Umweltbeobachtungssystem im Weltraum". Einem Vor-trag von Dr. P. Wendling, DLR, mit Ergebnissen eines Work-shops zur Überwachung des Spurenstoffkreislaufes vom Weltraum aus, schlossen sich Vorträge seitens EUMETSAT über MSG und EPS sowie seitens der WMO über die Zukunftsplanungen außerhalb Europas an. Danach präsentierte die Industrie erste Erkenntnisse aus derzeit laufenden Studien über mögliche Konzepte einer Dritten METEOSAT Generation sowie über künftig denkbare Kleinsatelliten auf polarer Umlaufbahn. 

Dann teilten sich die Teilnehmer in folgende Arbeitsgruppen auf:
a) Nowcasting (Ltg.: M. Kurz, DWD)
b) numerische Wettervorhersage (Ltg.: Dr. Wergen, DWD)
c) Jahreszeitenprognose und Ozean (Ltg.: Prof. Graßl, MPI für Meteorologie Hamburg), )
d) Klimaüberwachung (Ltg.: Prof. Tetzlaff, Uni Leipzig),
e) Umwelt (Ltg.: Prof. Burrows, Uni Bremen).

In Anbetracht des weit in der Zukunft reichenden Betrachtungshorizontes waren in den Arbeitsgruppen Visionen zu entwickeln, die basierend auf der aktuellen Realität Anstöße für weitere Entwicklungen und die Fortschreibung von Programmen geben sollen.  Abschließend wurden die Ergebnisse der Arbeitsgruppen im Plenum vorgetragen, diskutiert und als Empfehlungen verabschiedet.

Ergebnisse
 Die Ergebnisse lassen sich vom Grundsatz her in 3 Gruppen zusammenfassen:

  • Identifikation von Verbesserungen, die im Vergleich zu MSG und EPS erforderlich sind;
  • Missionen, die bereits experimentell erprobt sind oder bald erprobt werden und schon deutlich vor Ablauf der Programme MSG und EPS operationell werden sollten (z.B. Topographie des Ozeans und des Eises; Vertikalprofile von Wolkenwasser und -eis; Säulengehalt wichtiger Treibhausgase wie CO2 und CH4 zur Unterstützung des Kyoto-Protokolls; dreidimensionales Windfeld; flächendeckende Niederschlags-bestimmung); 
  • Missionen, für die völlige Neuentwicklungen und experimentelle Erprobung nötig sind, ehe sie operationell werden können (z.B. Bestimmung des Luftdrucks an der Erdoberfläche vom Weltraum aus; Radar zur Messung der Temperatur und des Wasserdampfes auch bei starker Bewölkung; differenzielles Absor-ptionslidar für Spurengasbestimmung; Synthetic Aperture Radar (SAR) Technik für passive Mikrowellensondierung). 
Generell wurde klar, dass es künftig einen Wandel vom operationellen meteorologischen Satellitensystem zum operationellen Umweltüberwachungssystem geben wird. Der für die Teilnehmer bereits verfügbare Tagungsbericht enthält eine Zusammenfassung der gehaltenen Vorträge, Zusammenfassungen der Ergebnisse und die Ergebnisse der Arbeitsgruppenarbeit. Die Teilnehmer verständigten sich auch auf das Prozedere für die weiteren künftigen Abstimmungsprozesse. 

Für weitere Auskünfte stehen insbesondere zur Verfügung. 
Dr. Wolfgang Klein, DLR Bonn (Email: Wolfgang.Klein@dlr.de; Tel.: 0228 - 447 335; Fax.: 0228 - 447 792)
Wolfgang Benesch, DWD (Email: Wolfgang.Benesch@dwd.de; Tel.: 069 - 8062 2701; Fax.: 069 - 8062 3687)

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Die Witterung des Jahres 2000

Deutschland

Das Jahr 2000 war mit einem Jahresmittelwert der Lufttemperatur von 9,9°C das wärmste Jahr des abgelaufenen Jahrhunderts in Deutschland. Damit wurde das Jahr 1994 mit seinem Mittelwert von 9,7°C auf Platz 2 der Temperaturhitliste verwiesen. Kältestes Jahr blieb mit einem Jahresmittelwert der Temperatur von 6,7°C das Jahr 1940.
Einen Jahrhundertrekord verzeichnete auch das Frühjahr 2000 (März bis Mai) mit einem Temperaturmittelwert von 10,0°C. Damit wurde das bisher wärmste Frühjahr des Jahres 1920 um 0,2K übertroffen.
          Trotz der hohen Jahresmitteltemperatur brachte der Winter 1999/2000 einen neuen Kälterekord für Deutschland: Am 25.01.2000 wurden knapp -46°C an der DWD-Station Funtensee im Nationalpark Berchtesgadener Land gemessen, wobei an diesem Tag die Lufttemperatur dort über 15 Stunden unter -40°C lag. Der alte Tiefstwert war am 12.02.1929 mit knapp -38°C im niederbayerischen Wolnzach (Kreis Pfaffenhofen) beobachtet worden. 
          Der Sommer 2000 (Juni bis August) wies von den Temperaturwerten her keine Rekordwerte auf. Der Herbst 2000 (September bis November) zeigte sich mit 10,22°C als drittwärmster nach dem Herbst 1982 (10,4°C) und 1949 (10,23°C). 
          Der Niederschlag im Jahr 2000 blieb fast im normalen Bereich. Es wies mit 759 mm bundesweit ein schwaches Defizit von minus 4 % bzgl. des vieljährigen Mittelwertes der Referenzperiode 1961-1990 auf. 

Weltweit

Die globale Durchschnittstemperatur des Jahres 2000 liegt 0,32 °C über dem Mittel der Periode 1961-1990. Es ist damit zusammen mit dem Jahr 1999 das fünftwärmste Jahr in den vergangenen 140 Jahren. Die Positionen 1 bis 4 besetzen die Jahre 1998, 1997, 1995 und 1990. Das wärmste Jahr in Deutschland hingegen war 2000. Die globale Temperatur ist während des vergangenen Jahrhunderts um 0,6°C gestiegen.
          Im größten Teil der nicht tropischen nördlichen Hemisphäre lagen im abgelaufenen  Jahr auch  die Durchschnittstemperaturen  der einzelnen Jahreszeiten über dem vieljährigen Mittelwert, obwohl es im östlichen tropischen Pazifik zu Beginn des Jahres durch einen sehr starken La Niña-Einfluss kühler als gewöhnlich war. Das Phänomen schwächte sich zwar im Juli und August ab, war aber zum Ende des Jahres wieder deutlich. Auch die tropische und nicht tropische südliche Hemisphäre war von positiven Anomalien dominiert.
          In den Tropen wurde der Niederschlag durch das La Niña-Phänomen während der 1. Jahreshälfte und am Ende des Jahres deutlich beeinflusst: Indonesien, der tropische Indische Ozean und der westliche tropische Pazifik erlebten übernormalen Niederschlag, während der zentrale tropische Pazifik fast überhaupt keinen Niederschlag verzeichnete. Unternormale Niederschläge fielen über dem äquatorialen Afrika und entlang der Golfküste der USA. Australien, der Nordosten von Südamerika und Südafrika erlebten wieder erhöhten Niederschlag in dieser Zeit, starke Monsunregen trafen Südasien. Nach Einschätzung des Klimazentrums der NOAA (USA) wird global gesehen das Jahr 2000 zu den 10 nassesten Jahren zählen.
          Im Jahr 2000 tobten im tropischen Nordatlantik 15 Hurrikane und Tropische Stürme. Das waren 5 mehr als das vieljährige Mittel vorgibt. Im Pazifik hingegen wurden nur 22 tropische Orkane gezählt, 6 weniger als im Mittel. Einige  dieser  Stürme  brachten  jedoch enorme  Niederschläge,  die Überflutungen und Zerstörungen zur Folge hatten. Der Hurrikan Keith richtete Anfang Oktober über Mittelamerika mit Windgeschwindigkeiten von bis zu 250 km/h erhebliche Zerstörungen an. Die Hurrikane Gordon (Mitte September, Golfküste  Floridas) und Leslie  (Mitte Oktober) richteten erhebliche Schäden  an, insbesondere Leslie  durch ungewöhnlich hohe Niederschläge in Florida. Im Pazifik brachte der Taifun Saomai in Teilen Japans Rekordniederschläge. Der Taifun Prapiroon lieferte der Küste. Koreas  einen  30-stündigen  ununterbrochenen  Starkniederschlag.  Die tropischen Orkane Eline, Gloria und Hudah (Februar, März, April) führten in Mozambique, Madagaskar und großen Teilen des südöstlichen Afrikas zu Überflutungen, die enorme Schäden verursachten und hunderten von Menschen das Leben kosteten.
          Dürre überzog den Südosten Europas, den Mittleren Osten und Zentralasien. Besonders betroffen waren Bulgarien, Iran, Irak, Afghanistan und Teile von China. Für den Iran war es die schlimmste Dürre seit 30 Jahren. In Nordamerika kam es durch langanhaltende hohe Temperaturen und große Trockenheit zu den heftigsten Waldbränden seit 50 Jahren. Über 36 % der USA waren im August von der extremen Dürre betroffen.
          Südeuropa wurde von mehreren Hitzeperioden heimgesucht. Während der Monate Juni/Juli war es so heiß, dass die bisherigen Rekordwerte übertroffen wurden. In Teilen der Türkei, Griechenlands, Rumäniens und Italiens stieg die Temperatur auf über 43 °C. In Bulgarien wurden am 5. Juli an mehr als 75 % der Beobachtungsstationen die höchsten Temperaturwerte seit 100 Jahren gemessen. Die warme und trockene Witterung führte zu ca. 1.400 Bränden, die über einer Fläche von mehr als 58.000 ha wüteten. Von den Bränden mit am schlimmsten betroffen wurde Samos: ein Fünftel der Insel wurde zerstört.
          Die schon seit 3 Jahren in den Ländern am Horn von Afrika herrschende Dürre hielt weiter an und führte zu einem lebensbedrohlichen Nahrungsmittelmangel für die dortige Bevölkerung. Besonders betroffen wurden Äthiopien und Teile von Kenia, Somalia, Eritrea und Djibouti.
          In England zählt das Jahr 2000 zu einem der wärmsten 20 Jahre der letzten 342 Jahre. In Norwegen fällt das Jahr unter die 5 wärmsten Jahre seit Beginn der Messungen 1866. In den USA wird erwartet, dass sich das Jahr zwischen dem siebt- und zwölf-wärmsten Jahr seit 1895 einreiht. Auch hier ist es im letzten Jahrhundert wärmer geworden. Messungen in Kanada zeigen, dass das Jahr 2000 für das Land zu den sechs wärmsten gehört. In Japan war es das fünftwärmste Jahr seit 103 Jahren. In Australien hat sich nach 6 zu kalten Monaten im Juli eine ungewöhnliche Hitze über  einem breiten  Streifen von Zentral-  und Ostaustralien entwickelt, die sich in dem dortigen Frühling fortsetzte. Besucher der Olympischen Spiele in Sydney erlebten einen ungewöhnlich warmen September mit Durchschnittstemperaturen von mehr als 5 °C über normal.
          Trotz des warmen Frühlings dürfte die Jahrestemperatur in Australien aber zum ersten Mal seit 1984 unter dem Durchschnittswert liegen.
          Extreme Kälte hingegen herrschte im Januar und Februar in großen Teilen von China, der Mongolei und teilweise in Indien. Im Mai erlebte ein großer Teil Westrusslands, mit Zentrum in der Wolgaregion, eine extreme Kälteperiode. In Paraguay (Südamerika) wurden in den Monaten Juni/Juli an fast allen Wetterbeobachtungsstationen die niedrigsten Temperaturen seit Beginn der Messungen registriert.
          Der April 2000 war der nasseste April in England und Wales seit 235 Jahren. In den Monaten Oktober und November wurden in England und Wales die höchsten täglichen Niederschlagsmengen in diesen Kalendermonaten während der letzten 70 Jahre gemessen. Diese überdurchschnittlichen Regenmengen führten zu schweren Überflutungen. Es war der nasseste Herbst in der 235jährigen Messreihe und auch die nasseste Dreimonatsperiode seit Beginn der Messungen.
          In einem Teil von Zentralchile war der Juni 2000 der nasseste Juni seit 80 Jahren, im Vergleich zu einem deutlichen Regendefizit, der den Rest der Regenzeit bestimmte.
          Barrow in Alaska verzeichnete am 20. Juni 2000 sein erstes Gewitter überhaupt. In Hilo, Hawaii fielen in einem Zeitraum von 24 Stunden Anfang November 692 mm Regen (bisheriger Rekord 566 mm).
          Kanada erlebte während des Sommers 2000 den ersten tödlichen Tornado seit über 14 Jahren und, was sehr selten ist, ein Hurrikan traf Neufundland. 
          Zusammengestellt nach Unterlagen der Weltorganisation für Meteorologie (Genf), NOAA (Boulder, USA) und DWD (Offenbach)

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Meteorologische Dienstleistungen im Internet

Noch vor 5 Jahren beschränkte sich die Nutzung des Internets weitgehend auf den universitären Bereich. Die private und die gewerbliche Nutzung steckten noch in den Kinderschuhen. Das enorme Wachstum des Internets war aber schon damals abzusehen. 
          Kein anderes Medium ermöglicht eine so weltumspannende und interaktive Kommunikation wie das Internet. Kein anderes Medium ermöglicht  in stärkerem Maße, Informationen gezielt und aktuell abzurufen, und natürlich anzubieten. Genau diese beiden Ebenen, die räumliche und zeitliche Vielfalt, zeichnen auch das Wetter aus. 
          Die Bedeutung des Internets als Medium für Wetterinformationen liegt damit auf der Hand. Kein anderes Medium ist so geeignet für den Abruf und die Präsentation von Wetterinformationen. Umgekehrt gibt es kaum ein Thema, das so geeignet ist für das Medium Internet wie das Wetter.
          Aus diesen Überlegungen entstand die Idee, Wetterinformationen online anzubieten. Die Frage ist nur, wie man das macht.
          Eine vom Autor 1996 durchgeführte Marktanalyse zu Wetterinformationen in Online-Medien brachte  folgendes Ergebnis: "Die wenigen  Angebote, die es gibt, bieten wenig Information, gehen kaum über das Angebot eines Print-Wetterberichtes hinaus und nutzen schon gar nicht die Möglichkeiten, die ein interaktives Medium bietet." Die Motivation für einen Online-Wetterdienst hätte nicht besser sein können. Eine heutige Marktanalyse käme zu diesem Schluss: "Es gibt jetzt noch mehr Wetter-Angebote in der Qualität von vor fünf Jahren." 
          Gemeinsam mit Dr. Ulrich Römer, der wie der Autor am Meteorologischen Institut der Universität Bonn promovierte, wurde das Projekt "WetterOnline" auf die Beine gestellt. Dabei war von Anfang an der Name Programm:  Weltweite Wetterinformationen fachlich aufbereitet und für ein breites Publikum verständlich im Internet zu präsentieren.
          Aus diesem Vorhaben entstand die "WetterOnline Meteorologische Dienstleistungen GmbH". Mittlerweile beschäftigt das Unternehmen insgesamt 16 Mitarbeiter. Neben vielen anderen Aktivitäten ist ein wesentliches Produkt des Unternehmens das Internet-Angebot wetteronline.de. Im Januar diesen Jahres wurden 21,4 Millionen Seitenaufrufe gezählt, nicht nur vom Betreiber selbst, sondern auch von der "Informationsgesellschaft zur Feststellung der Verbreitung von Werbeträgern e.V." (IVW), die neben Online-Nutzungsdaten die Auflagen von Zeitungen und Zeitschriften ermittelt. Demnach ist wetteronline.de das reichweitenstärkste Online-Wetterangebot in Europa.
          Von Anfang an hat WetterOnline die Maxime verfolgt, die Art und Weise der Präsentation so zu gestalten, dass der Inhalt der Wetterinformation im Vordergrund steht und nicht Opfer von Designvorgaben wird. Dazu ist es nach Überzeugung der Geschäftsleitung der WetterOnline GmbH notwendig, dass Inhalt und Präsentation aus einer Hand kommen. Hier liegt ein wesentlicher Unterschied zu vielen anderen Wetter-Angeboten im WWW. 
 

Abbildung 1: Tägliche Windspitzen am Flughafen Stuttgart vom 3.-31.12.1999 mit Orkan "Lothar" (Quelle: wetteronline.de). NB: Wenn Sie auf das Bild klicken erhalten Sie eine vergrößerte Darstellung -  15kB

Im Wettbewerb der Wetterdienste geht es nicht nur darum, wer die besten Vorhersagen macht. Es geht auch darum, ob dem Nutzer ermöglicht wird, die Prognosen zu verifizieren: der Nutzer will den Ist-Zustand ablesen können, und darüber hinaus auch die Wetterzustände der Vergangenheit. Tägliche  oder gar stündliche Werte eines jeden beliebigen Tages, einer beliebigen Wetterstation weltweit - das ist gefragt. Zum Beispiel die Windstärken, die Orkan Lothar im Dezember 1999 gebracht hatte (Abb.1). Die gigantischen Mengen an Wetterdaten rund um den Globus sollen nicht länger unter Verschluss bleiben. Die Öffentlichkeit will die Daten sehen - schließlich hat sie dafür bezahlt. 
 
Abbildung 2: Mittlerer Jahresgang der Tages-höchsttemperatur und der nächtlichen Tiefsttemperatur am Flughafen Düsseldorf
(Quelle: wetteronline.de). NB: Wenn Sie auf das Bild klicken erhalten Sie eine vergrößerte Darstellung -  55kB

Das Online-Medium Internet ist das Instrument für einen facettenreichen Zugang zu Wetterdaten. Es ist nicht nur möglich, die Temperatur, die Sichtweite oder den Bodendruck einer beliebigen Station zu einem beliebigen Zeitpunkt abzufragen. Auch der umgekehrte Weg ist möglich: "Sag' mir, an welchem Ort zur Zeit ein bestimmtes Wetter herrscht."
          Neben termingenauen Ist-Zuständen können  statistische Parameter, also das Klima, online berechnet und angezeigt werden. Der langjährige Jahresgang der Tageshöchst- und -tiefsttemperaturen am Flughafen Düsseldorf (Abb.2), die langjährige Niederschlagssumme auf Martinique, die   Häufigkeit von Nordostwinden auf den Kanaren oder die Häufigkeitsverteilung der Windrichtungen in Genf-Cointrin aufgrund lokaler orographischer Effekte (Abb.3) - alles ist möglich.
 

Abbildung 3: Häufigkeitsverteilung der Windrichtungen am Flughafen Genf-Cointrin von März 2000 bis Februar 2001 
(Quelle: wetteronline.de). NB: Wenn Sie auf das Bild klicken erhalten Sie eine vergrößerte Darstellung -  38kB

Neben diesen vielfältigen Darstellungsformen lokaler Wetter- und Klimadaten bietet wetteronline.de auch Flächenplots zu verschiedenen Vorhersageparametern (Abb.4). Besonders die für den professionellen Anwendungsbereich entworfenen Vorhersagekarten aus Daten des amerikanischen AVN- bzw. MRF-Modells erfreuen sich in der meteorologischen Community großer Beliebtheit.
 

Abbildung 4: Vorhersagekarte Wind in 2m Höhe über Grund für die kalifornische Küste auf Basis des AVN-Modells. (Quelle: wetteronline.de). NB: Wenn Sie auf das Bild klicken erhalten Sie eine vergrößerte Darstellung -  32kB

WetterOnline erstellt aus binären Radardaten des Deutschen Wetterdienstes im 15-Minuten-Takt aktuelle Niederschlagsradarbilder und -loops (Abb.5).  Vorhersagekarten, Satellitenbilder, Wassertemperaturkarten und Blitzentladungskarten geben weiteren Einblick in das Wettergeschehen weltweit. 
 

Abbildung 5: Niederschlagsradarbild vom 12.2.2001 21:00 MEZ, erstellt aus Rohdaten des DWD (Quelle: wetteronline.de). NB: Wenn Sie auf das Bild klicken erhalten Sie eine vergrößerte Darstellung -  31kB

Aktuelle Pegelstände, Daten des bodennahen Ozons und Wintersportinformationen sprechen breite Nutzerschichten an. Biowetter, Pollenflugvorhersagen und Straßenwetterberichte dürfen nicht fehlen. Seit Anfang des Jahres gibt es auch ein "Forum", in dem sich hunderte von Wetterinteressierten austauschen können. 
          Nicht unerwähnt soll bleiben, dass WetterOnline mit seinem Internet-Angebot auch dem meteorologischen Nachwuchs sowie Studenten und Wissenschaftlern anderer Fachbereiche eine viel genutzte Informationsquelle und eine Plattform zur Kommunikation zur Verfügung stellt
          Die enorme Reichweite der WWW- und WAP-Angebote ermöglicht Einnahmen aus Werbung und Sponsoring. Diese und andere Aktivitäten des Unternehmens,  z.B. für Abnehmer aus Energie- und Landwirtschaft, geben derzeit sieben Diplom-Meteorologen einen Vollzeit-Arbeitsplatz. Weitere Teilzeitstellen sind mit Studenten der Meteorologie besetzt. Darüber-hinaus beschäftigt WetterOnline einen Dipl.-Physiker, einen  Dipl.-Geographen sowie eine Dipl.-Geodätin in Vollzeit.
          Die Arbeit der "Internet-Meteorologen" ist sehr vielfältig und erstreckt sich vom täglichen synoptischen Dienst über die Programmierung  meteorologischer Datenprozesse bis zur Entwicklung neuer Inhalte und Präsentationen für Online-Medien (WWW, E-Mail, WAP, SMS, Organizer etc.). 
          WetterOnline ist auch in der Forschung und Entwicklung aktiv. Im Rahmen eines Forschungs- und Entwicklungsvertrages mit der Universität Bonn wurden Studien zu den Themen "Dynamik der Stratosphäre in den letzten 40 Jahren" und "Wechselwirkung zwischen der Stratosphäre und Troposphäre" erstellt. In enger Zu-sammenarbeit mit dem Meteorologischen Institut der Universität Bonn wurde eine Diplom-Arbeit zum Thema "Ein AVN/MOS-System für Europa" abgeschlossen. Gegenstand der Arbeit war der Aufbau bzw. die Weiterentwicklung eines statistischen Vorhersagesystems auf Basis des AVN-Modellausgangs unter Verwendung der Methode der Kreuzvalidation und der schrittweisen Regression. Auf diesen Untersuchungen aufbauend entwickelt WetterOnline im Rahmen einer weiteren Diplom-Arbeit derzeit ein neues Verfahren zur dynamisch-statistischen Punktvorhersage. Dabei geht es zunächst um die Parameter Tageshöchsttemperatur, nächtliche Tiefsttemperatur und Sonnenscheindauer. Das Verfahren wird auf ca. 5000 Stationen weltweit angewandt. Anschließend ist die Erweiterung dieser Technik auf die Prädiktanden Niederschlagsmenge, -art und -wahrscheinlichkeit, sowie Windstärke und Windrichtung geplant.

Joachim Klaßen,
WetterOnline Meteorologische Dienstleistungen GmbH
Graurheindorfer Straße 90
53117 Bonn

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Stand: 11. April 2001, Webimplementierung: A. Spekat