Instrumente und Messnetze der Meteorologie

Professionelle Wetterbeobachtung

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Und nun – das Wetter

Der Deutsche Wetterdienst leistet als nationaler Wetterdienst der Bundesrepublik Deutschland einen wichtigen Beitrag dazu, denn er verfügt über eines der dichtes-ten Beobachtungsnetze weltweit. Zu seinen gesetzlich geregelten Aufgaben gehört der Betrieb der erforderlichen Mess- und Beobachtungssysteme, um das Wetter rund um die Uhr zu beobachten und vorherzusagen.

Das globale meteorologische Messnetz umfasst eine Vielzahl von Messinstrumen-ten und Sensoren zur Überwachung der Wetterküche vor Ort und aus der Ferne. Sie messen den Zustand der Erdatmosphäre zu Lande, zu Wasser, in der Luft und vom Weltraum aus. Diese komplexe Technik funktioniert dank vieler Menschen, die sie rund um den Globus für die nationalen Wetterdienste und andere meteoro-logische Organisationen betreuen. Sie prüfen die Messdaten, bereiten sie auf und verteilen sie dann international über das globale meteorologische Telekommunika-tionsnetz GTS.

Welcher Aufwand hinter dem täglichen Wetterbericht steckt, können

Fernsehzuschauer, Hörer, Internetsurfer oder Zeitungsleser kaum erah-

nen. Dabei zählt das weltumspannende Beobachtungsnetz der Weltorga-

nisation für Meteorologie WMO mit ihren rund 190 Mitgliedsstaaten zu

den größten und erfolgreichsten technischen Projekten der Menschheit.

▲ Ein Meteorologe der DWD-Niederlassung Potsdam analysiert die Wetterlage

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Alle Wetterdaten fließen zudem in die globalen und re-gionalen Wettermodelle ein, mit denen die Supercom-puter der Wetterdienste Prognosen berechnen. Eine sechstägige Wettervorhersage ist heute immerhin so zuverlässig wie eine 24-stündige Vorhersage vor vier-zig Jahren. Mit dem heutigen Beobachtungsnetz kön-nen die Meteorologen auch viel schneller erkennen, ob sich irgendwo ein gefährliches Unwetter zusammen-braut und so fast immer rechtzeitig warnen.

Die zweite Kernaufgabe des Deutschen Wetterdiens-tes ist die Überwachung des Klimawandels und seiner Folgen. Auch hierfür bilden zuverlässige Wetterauf-

zeichnungen - und damit das meteorologische Mess-netz - die Basis.

Der Deutsche Wetterdienst arbeitet zudem mit Part-nern eng zusammen, die selbst eigene Beobachtungs-netze betreiben und mit den „Wetterfröschen“ Daten austauschen. Dazu gehören zum Beispiel die Nieder-schlagsmessnetze der Landesumweltämter und der Hochwasservorhersagezentralen oder die knapp 1 500 Glättemeldeanlagen an Autobahnen.

Das weltweite ▶ meteorologische Beobachtungssystem zu Wasser, zu Land und im Weltraum. Die Satelliten die-nen nicht nur der Wetterbeobachtung, sondern übermitteln auch Daten von vielen Stationen am Boden und anderen Messstellen. Diese Informationen laufen am Arbeitsplatz der Meteorologen vom Dienst zusammen. (Grafik: Y. Reiter, DWD)

▲ Alle Vorhersagen und Beobachtungsdaten führt das meteorologi-sche Visualisierungssystem NinJo des DWD zusammen. So konnten die Meteorologen des DWD im Januar 2007 an ihrem Arbeitsplatzauf einen Blick die aktuelle Lage und die weitere Entwicklung des Orkantiefs Kyrill erfassen.

▲ In der Vorhersage- und Beratungszentrale in Offenbach wird die Wettervorhersage bundesweit koordiniert

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Am Arbeitsplatz der WetterfröscheDie Meteorologinnen und Meteorologen des DWD nutzen rund

um die Uhr Wetterbeobachtungsdaten aus aller Welt für Vorhersagen

und Warnungen.

▲ Messfeld der hauptamtlichen Wetterwarte des DWD im Wetterpark Offenbach. Im Bild zu sehen sind Geräte und Sensoren zur Messung unterschiedlicher Parameter: Lufttemperatur in 2 Meter Höhe (1), Lufttemperatur in 5 Zentimeter Höhe sowie Erdbodentemperatur (2), Luftfeuchte in 2 Meter Höhe (3), Niederschlagsdauer (6), Niederschlagsmenge (7), Wolkenuntergrenze (8), Sichtweite (9), Schneehöhe (11), zusätzlich einige lufthygienische Messgeräte (12).

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Wer verstehen will, wie das Beobachtungsnetz funk-tioniert, schaut am besten einer Meteorologin oder einem Meteorologen „vom Dienst“ über die Schultern.Auf ihren Arbeitsplätzen laufen alle Daten aus dem GTS-Netz und den Wettervorhersagemodellen der Su-percomputer zusammen. Sie interpretieren dieModellvorhersagen und erstellen aktuelle Warnungen, zum Beispiel vor Hagel, Sturm oder Glatteis. Hinzu kommen speziell zugeschnittene Prognosen für pro-fessionelle Nutzer von Wettervorhersagen, wie etwa Piloten, Stromversorger oder Landwirte.

Der Arbeitsplatz der Meteorologen heißt NinJo. Dieses System hat der Deutsche Wetterdienst federführend zusammen mit der Bundeswehr und anderen nationalen Wetterdiensten entwickelt. NinJo kann alle relevan-ten Wetterdaten in einer Zusammenschau darstellen. Erfahrene Meteorologen können damit das Wetterge-schehen auf einen Blick erfassen. Bei Bedarf können sie detaillierte Informationen von den verschiedensten Sensoren im weltweiten Netz aufrufen.Schauen wir uns nun der Reihe nach an, woher die Wetterdaten kommen.

➊ Lamellenschutzhütte zur Messung der Lufttemperatur und –feuchte in zwei Meter Höhe, im Hintergrund das Erd-bodenmessfeld.

➋ 2D-Ultraschall-Anemometer zur Messung von Windrichtung und -geschwindigkeit.

➌ Ombrometer zur Messung der Niederschlagsmenge mit Hilfe einer elektronischen Prä-zisionswaage. Im Winter ist das Gerät beheizt.

➍ Pyranometer zur Messung der Sonnenscheindauer und der Globalstrahlung.

➎ Der Ceilometer misst die Höhe der Wolkenuntergrenze durch eine Abstandsmessung per Laser. Bis zu drei Wolken-schichten in Höhen zwischen 5 Meter und 13 Kilometer können unterschieden werden.

➊ ➋

➌ ➍ ➎

Standortkarte Stand Juli 2017

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Das Netz der Bodenstationen

▲ Wetterwarte Norderney mit automatischer aerologischer Station

NinJo kann auf einer Deutschlandkarte alle Daten der hauptamtlichen Warten und Stationen sowie der Online-Stationen als Symbole darstellen. Bodenstati-onen melden zum Beispiel Temperaturen auf Zehntel Grad Celsius genau und sind damit viel präziser als die Fernmessungen der Wettersatelliten. Die Mete-orologen benutzen die Bodenmessungen als lokale Referenzpunkte, um damit die flächendeckenden Sa-tellitendaten auf höhere Genauigkeit zu „kalibrieren“. Auch deshalb sind Wetterwarten und Wetterstationenunverzichtbar.

Eine im Wortsinn fundamentale Datenquelle ist das Bodenmessnetz.

Der Deutsche Wetterdienst betreibt ein hauptamtliches Netz mit rund

180 sowohl mit Personal besetzten Wetterwarten als auch vollautoma-

tisch arbeitenden Wetterstationen. Hinzu kommt ein dichtes Netz von

knapp 1.800 nebenamtlichen Stationen, betreut von ehrenamtlichen Hel-

fern. Etwa 840 davon arbeiten als automatische Online-Stationen.

Foto: Frank Kahl

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Eine hauptamtliche Wetterwarte oder Wetterstation muss in ihrer Lage und ihrer Ausstattung sehr genau-en Vorschriften genügen. Nur so liefert sie standar-disierte Messwerte, die weltweit vergleichbar sind. Sie darf zum Beispiel nicht neben steilen Berghängen stehen, weil diese die Windverhältnisse oder Tempe-raturmessungen verfälschen könnten. Das etwa 600 Quadratmeter große Messfeld muss zudem sauber gepflegt sein, denn der Pflanzenbewuchs beeinflusst das Mikroklima am Messort.

Zehn Quadratmeter Boden sind sogar gänzlich ohne Bewuchs, dort befinden sich elektrische Thermometer. Sie messen die Lufttemperatur fünf Zentimeter über dem Boden, dazu die Temperatur im Erdboden in fünf Stufen bis hinunter zu einem Meter Tiefe. Der Boden spielt generell eine wichtige Rolle im Wettergesche-hen, da er im Sommer z.B. die Bildung von Gewitter-zellen begünstigen kann.

Die Temperatur- und Feuchtemessung erfolgt an allen Wetterwarten bzw. –stationen im DWD einheitlich in 2 m Höhe in einer Lamellenschutzhütte, Nachfolgerin der bekannten Englischen Hütte. Die Hütte schützt die installierten Temperatur- und Feuchtesensoren vor direkter Sonneneinstrahlung.

Der Luftdruck ist einer der wichtigsten meteorologi-schen Messwerte. Das für ihn zuständige Messinstru-ment besteht aus einer Druckdose mit einer Membra-ne, die der Änderung des Luftdrucks folgt. Ein Sensor verwandelt ihren Ausschlag in ein elektrisches Signal.

Eine andere Messgröße ist der Wind. Auf einem zehn Meter hohen Mast werden die Parameter Windge-schwindigkeit und –richtung standardmäßig durch ein Ultraschallanemometer registriert. Dieser Sensor hat im DWD-Messnetz die altbekannte Windfahne und das Schalensternanemometer weitestgehend abgelöst. Das Messprinzip des Ultraschallanemometers basiert auf der Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit von

Ultraschallsignalen entlang zweier Messpfade, woraus Windgeschwindigkeit und Windrichtung durch eine Steuereinheit berechnet werden.

Zu den auffallenden Instrumenten gehört das Ombro-meter, das wie eine zu groß geratene Thermoskanne aussieht. Es registriert die Niederschlagsmenge in einem Gefäß, das den Regen, Schnee, Graupel oder Hagel auffängt. Eine elektronische Waage misst das Gewicht des eingesammelten Wassers und der Rechner ermittelt daraus die Niederschlagshöhe. Die Art und die Intensität des Niederschlags, also wie viel in einer festgelegten Zeitspanne fällt, ermittelt der Laser-Niederschlagsmonitor. Er sieht wie eine große Kamera aus. Mit seinem aufgefächerten Laserstrahl und einem Lichtsensor kann er die Größe der Niederschlagsparti-kel bestimmen und feste von flüssigen Niederschlägen unterscheiden. Er „erkennt“ also die Art des Nieder-schlags. Das ist vor allem an automatischen Stationen wichtig, weil dort kein menschlicher Beobachter mehr prüft, ob es gerade regnet oder hagelt.

Das innenstädtische ▶ Messfeld der Niederlassung München des DWD

▲ Diese Ceilometer-Bilder zeigen, wie sich die Asche des isländischen Vulkans Eyafjallajökull am 17. April 2010 über Süddeutschland ausbreitet. Die Ascheschicht ist jeweils als rot-schwarze Struktur zu erkennen (Markierung bei der Augsburger Station)

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Die Dauer der Sonneneinstrahlung registriert der „Soni“, ein eher unscheinbares Gerät mit einer Glaskup-pel. Unter ihr rotiert ein haubenförmiger Schirm mit Schlitzblende, der in sechs Sekunden den kompletten Himmel abtastet. Durch den Schlitz fällt das Sonnen-licht auf eine Photozelle, aus deren elektrischem Signal die Anlage die Sonnenscheindauer berechnet.An ausgewählten Standorten kommt anstelle des Sonis ein Pyranometer zum Einsatz. Dieses Gerät registriert die Globalstrahlung, also die Intensität der Sonnen-strahlung, was beispielsweise für die Planung von Solaranlagen wichtig ist.

Zum Standard-Instrumentarium einer hauptamtlichen Wetterwarte oder Wetterstation gehören noch der Schneehöhenmesser, der Sichtweitenmesser und der Laser-Wolkenhöhenmesser. Dieses Ceilometer erfasst die Höhe der Wolkenuntergrenze per Infrarot-Laser-strahl.

Alle Daten laufen im zentralen Rechner des Messfelds zusammen, von wo sie durch die Zentrale des Deut-schen Wetterdienstes in Offenbach abgerufen werden können. Dort prüfen Computer die Daten auf Fehler, damit sie anschließend als qualitätsgeprüfte Daten, zum Beispiel als Startwerte in die Wettermodelle, zur Berechnung der Vorhersage eingehen.

Vulkanasche im Anflug

Als der isländische Vulkan Eyjafjallajökull im Frühjahr 2010 ausbrach, legte er mit seinen Aschewolken mehr-mals den europäischen Flugverkehr lahm. Auf diese völ-lig neue Situation reagierte der Deutsche Wetterdienst mit dem Aufbau eines Vulkanasche-Warnsystems.

Der Schlüssel dazu sind derzeit (Stand Mai 2017) über 90 Ceilometer im Netz der Bodenstationen. Diese einfa-chen Lasermesssysteme erlauben die Erkennung von Höhe und Mächtigkeit von Vulkanaschewolken über Deutschland. Allerdings können sie nur schwer die Asche von anderen Partikeln unterscheiden – etwa dem ganz alltäglichen Feinstaub. Hier helfen zusätzliche Messun-gen vom Boden mit aufwendigen Lasersystemen. In ein solches „Lidar“-System hat der Deutsche Wetterdienst investiert. Das System ist mobil, so dass es in betroffene Regionen gebracht werden kann und dort von unten die Luftschichten durchleuchtet.

Ergänzend kann der DWD ein Forschungsflugzeug ein-setzen, das im Ernstfall aufsteigt und in den verdächti-gen Luftschichten Messungen vornimmt.

Foto: Claudia Hinz

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Flugwetterwarten: Auf Nummer sicher gehen

Eine besondere Rolle bei den Bodenstationen spielen die Flugwetterwarten des DWD auf den 16 großen Verkehrsflughäfen Deutschlands. Ihre aktuellen Be-obachtungsdaten verteilt ein System an die Deutsche Flugsicherung und andere Flughafennutzer. Es heißt ASDUV, Automatisches System zur Datenerfassung und -verbreitung.

Heute sind die meisten Verkehrs-flugzeuge so ausgerüstet, dass sie selbst bei relativ ungünstigem Wetter starten und landen können. Bei sehr schlechtem Wetter jedoch, etwa dichtem Nebel, muss der Flugbetrieb aus Sicherheitsgründen eingeschränkt werden.Das ist teuer, und schon deshalb tragen die Flugmeteorologen des Deutschen Wetterdiensts eine hohe Verantwortung. Entsprechend zu-verlässig müssen ihre Beobachtun-gen sein. Alle Messinstrumente und Computer im Datenweg sind doppelt vorhanden, damit durch Ausfall ein-zelner Geräte der Flugbetrieb nicht unterbrochen wird.

Flugwetterwarten weisen viele Besonderheiten auf. Zum Beispiel ist die Windmessung auf dem gesamten Flugfeld sehr wichtig, denn Böen oder starker Sei-tenwind können den Flugzeugen gefährlich werden. Deshalb stehen an Start- und Landebahnen mehrere Masten mit Windmessanlagen. Genauso wichtig ist die Sicht. Am Anfang, in der Mitte und am Ende jeder Start- und Landebahn sind Sichtmessgeräte positio-niert. Jedes Gerät sendet mit einer Leuchtdiode Infra-rotlicht aus, und ein Sensor empfängt einen Teil des im Messvolumen gestreuten Lichts. Daraus kann das Gerät zuverlässig die Sichtweite errechnen und bei zu dich-tem Nebel Alarm schlagen.

Bei Gewitter kann das Vorfeld für Flughafenmitarbeiter gefährlich werden, denn die Flugzeuge ziehen als weit-hin höchste Punkte Blitze an. Für Flugzeuginsassen ist der Blitz ungefährlich, aber außen am Flugzeug kann es zu gefährlichen Entladungen kommen. Deshalb hat der Deutsche Wetterdienst ein neues Blitzwarnsystem für Flughäfen eingeführt, das auch besonders zum Warnen von Vorfeldpersonal genutzt wird.

▲ Wetterbeobachter des DWD an der Flugwetterwarte Leipzig

◀ Landebahnbeobachtungshaus auf dem Frankfurter Flughafen

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Wetterradar: Den Hagel im VisierWettersatelliten zeigen zwar Wolkenfelder, aber keinen Niederschlag.

Diesen erfassen die 17 Wetterradarstationen des Deutschen Wetterdienstes

– und zwar über die Höhe verteilt und flächendeckend. Wetterstationen

können dagegen nur eine lokale, punktuelle Information vom Boden liefern.

Der Deutsche Wetterdienst betreibt als nationaler Wetterdienst das einzige Wetterradarnetz Deutsch-lands, den Radarverbund des DWD. Dieser ist in den europäischen Radarverbund eingebettet, denn Regen oder Schnee kümmern sich nicht um Landesgrenzen.

Das Radar liefert eine recht genaue Information darü-ber, wo gerade Niederschlag fällt und wie stark dieser ist. Die neueste Generation von Radargeräten, die seit 2015 im Einsatz ist, kann zudem unterscheiden, ob es regnet, hagelt oder schneit.

Das Wetterradar ist für die Kürzestfrist-Wettervorher-sage unverzichtbar. Besonders im Sommer können in-nerhalb von Minuten kleinräumige Gewitterzellen mit starkem Niederschlag entstehen, die flächendeckend

Foto: Uwe Bachmann

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nur mit dem Wetterradar erkennbar sind. Anhand der Radardaten und der Modellvorhersagen können die Meteorologen auch sofort erkennen, für welche Landkreise oder Gemeinden sie Unwetterwarnungen herausgeben müssen.

Am Arbeitsplatzsystem der Meteorologen werden mit dem Visualisierungssystem NinJo deshalb neben Modellvorhersagen vor allem auch Radarbilder von Deutschland angezeigt. NinJo kann dabei auch die Bewegung und Veränderung des Niederschlags als Radarfilm darstellen. Erfahrene Meteorologen können so abschätzen, wann und wo Niederschläge kurzfris-tig fallen werden. Mit wenigen Mausklicks können sie sich auch den genauen Aufbau einer Gewitterzelle an-sehen, so wie er mit den Radargeräten erkennbar ist. Radarfilme stellt der Deutsche Wetterdienst auch in vereinfachter Form für Fernseh-Wetterberichte oder Internetanbietern zur Verfügung.

Das alles funktioniert, weil Regentropfen und Hagel-körner Radarstrahlen gut reflektieren. Dazu muss die Wellenlänge des Radars im Bereich von einigen Zen-timetern liegen. Besonders kritisch sind Hagelkörner in der Größe von Taubeneiern, wie sie vor allem im Bereich heftiger Sommergewitter über Süddeutsch-land niedergehen können. Diese erfasst das Wetterra-dar des Deutschen Wetterdiensts sehr gut, weil seine Wellenlänge zwischen fünf und sechs Zentimetern liegt. Bei Hagelereignissen mit starken Radarsignalen schlägt NinJo automatisch Alarm.

Regentropfen, Hagelkörner oder Schneeflocken pro-duzieren in der neuen Radartechnik, die horizontale und vertikale Wellen aussendet (Dual-Polarisation), unterschiedliche Radarechos. Deshalb kann das Wet-terradar inzwischen auch die Art des Niederschlags erfassen. Es liefert sogar eine Information über den Wind. Dazu nutzt es den „Doppler-Effekt“, dessen akustische Version wir aus dem Alltag kennen: Rast ein Krankenwagen auf uns zu, dann klingt sein Mar-tinshorn höher, als wenn er von uns weg fährt.Das passiert auch mit Radarwellen, wenn der Wind die Niederschlagsteilchen auf die Station zu oder von ihr weg treibt. Aus der Änderung der Radarfrequenz kann der Computer die Windgeschwindigkeit relativ zur Station errechnen. Die speziellen Doppler-Radar-anlagen des Deutschen Wetterdienstes haben jeweils eine Reichweite von 150 Kilometern.

Weil Radardaten so wichtig sind, entwickelte der Deutsche Wetterdienst das speziell auf die Bedürf-nisse von Feuerwehr und anderen Hilfskräften zuge-schnittene Online-Warnsystem KONRAD (KONvek-

tionsentwicklung in RADarprodukten). Es zeigt in einfachen und verständlichen Symbolen an, wo zum Beispiel gefährlich große Hagelkörner niedergehen.Auf KONRAD basiert der Feuerwehr-Wetter-Informati-onsdienst FeWIS. An ihn sind die Berufsfeuerwehren, der Katastrophenschutz, die Polizei und viele Hilfs-organisationen angeschlossen. RADOLAN (RADar-OnLine-Aneichung) meldet den Hochwasserzentralen der Länder stündlich die aktuellen Niederschläge in ganz Deutschland. Das System nutzt die präzisen, aber nur punktuellen Niederschlagsmessungen der Bodenstationen. Damit veredelt es die flächendecken-den Radarsignale in genaue Angaben über örtliche Niederschlagsmengen. So können die Warnzentralen früh erkennen, wo Hochwassergefahr droht.

Donnerwetter, es blitzt!

Vor allem im Sommer zeigt das Radarbild in NinJo immer wieder kleine Gebiete mit Starkniederschlag. Sind Gewitter mit elektrischen Entladungen dabei? Die Radardaten verraten das nicht, aber es gibt einen sicheren Beweis: Blitze. Um sie flächendeckend zu erfassen, überzieht ein Netz von Blitzsensoren ganz Deutschland. Der Deutsche Wetterdienst bezieht Blitz-daten von einem deutschen

▲ Turm mit Wetterradar des DWD in Memmingen

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Anbieter, der dieses Netz in ganz Europa betreibt und erhält dadurch Blitzdaten weit über die Grenzen Deutschlands hinaus. So können die Offenbacher Wet-terfrösche Gewitterfronten sicher ausmachen, noch bevor sie auf Deutschland treffen.

Blitze senden typische, starke Funksignale aus. Diese können die Sensoren mit ihren Antennenringen noch in bis zu 1 500 Kilometern Entfernung empfangen. Das Signal eines Blitzes breitet sich kreisförmig um seinen Entstehungsort herum aus und rast über das Blitzortungsnetz hinweg. Aus den unterschiedlichen Zeitpunkten, zu denen die Sensoren es registrieren, können die Computer des Netzes sofort rückrechnen, an welchem Ort es geblitzt hat. NinJo zeigt das Ergeb-nis fast ohne Verzögerung als Symbol an.

Die Technik der Blitzortung ist anspruchsvoll, denn das Blitzsignal breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus. Das sind immerhin rund 300 000 Kilometer pro

Sekunde. Entsprechend gering sind die Zeitunter-schiede, zu denen die verschiedenen Sensoren es empfangen. Nur wenn sie den Empfangszeitpunkt hoch präzise registrieren, ergeben ihre Daten den genauen Ort des Blitzes. Dazu benutzen die Sensoren das von Atomuhren erzeugte Zeitsignal des Satelliten-navigationssystems GPS. Mit diesem System können die Meteorologen des Deutschen Wetterdienstes auf etwa hundert Meter genau feststellen, wo es geblitzt

Das NinJo-Hauptfenster zeigt, wo es während des Orkans Kyrill am ▶ 18. Januar 2007, zwischen 17.30 und 18 Uhr über Sachsen, Branden-burg und Sachsen-Anhalt geblitzt hat. Die ältesten Blitzereignisse sind grün gefärbt, die jüngsten rot. Die Zahlen zeigen die beobachte-ten Windspitzen in km/h, die gefiederten Pfeile die Windrichtung.

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Foto: Uwe Fritzschner

hat. Es unterscheidet auch Wolkenblitze von den ge-fährlicheren Erdblitzen, die den Boden erreichen. Das geschieht oft, immerhin schwankt die Zahl der Blitz-einschläge in Deutschland etwa zwischen 500 000 bis 900 000 pro Jahr.

Mit Radar- und Schallwellen den Wind und die Tempe-ratur vermessenZur Klasse der bodengebundenen Fernerkundungs-systeme zählen die Windprofiler-Radarsysteme. Sie können die Geschwindigkeit und Richtung des Win-des bis in 16 Kilometern Höhe über ihrem Standort messen. In Kombination mit einem Radio-Akustischen Sondierungs-System (RASS), das zusätzlich zu den Radarwellen des Windprofilers noch Schallwellen aussendet, können sie auch ein Höhenprofil der Lufttemperatur bestimmen. Damit liefern die Wind-profiler/RASS-Anlagen kontinuierlich wertvolle Daten über den Zustand der gesamten Troposphäre, also der eigentlichen Wetterküche.

Der Deutsche Wetterdienst betreibt deutschlandweit vier solcher Anlagen in Ziegendorf, Nordholz, Bay-reuth und am meteorologischen Observatorium Lin-denberg. Letztere dient zudem als Forschungsgerät,um die Technik weiterzuentwickeln. Alle vier sind

in ein europäisches Netz von Windprofiler-Anlagen eingebunden. Im Gegensatz zum Wetterradar hat eine solche Windprofiler/RASS-Anlage eine waagerecht ausgerichtete Sender- und Empfängerfläche aus ge-kreuzten Antennenstäben, die entfernt an ein großes Trampolin erinnert. Sie schickt in fünf Strahlrichtun-gen kurze Radarpulse in die Atmosphäre. Eine weist genau senkrecht nach oben, die anderen sind leicht geneigt. Durch diese räumliche Aufspreizung kann das Radar über den Doppler-Effekt die Bewegung der Luft in allen drei Raumrichtungen verfolgen, erfasst also den Wind. Anders als das Wetterradar funktio-niert es auch bei völlig klarer Luft.

Mit Schall können die RASS-Anlagen das Tempera-turprofil der Atmosphäre abtasten, weil die Schallge-schwindigkeit mit der Temperatur der Luft zunimmt. Dazu schickt die Anlage Schallwellen in die Höhe und verfolgt ihren Weg per Radar. Allerdings dämpft die Luft Schall stärker als Radarstrahlen. Deshalb erfas-sen die Windprofiler/RASS-Anlagen die Temperaturnur bis in etwa vier Kilometer Höhe. Dafür messen sie jedoch kontinuierlich und sehr genau.

▲ Das Windprofiler-Radarsystem des DWD in Bayreuth ermöglicht rund um die Uhr die Messung des Windes in verschiedenen Höhen der Troposphäre.

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Wetterballone: Fahrstuhl durch die WolkenGewitter bilden sich mit Vorliebe dort, wo die Luftschichtung in der

Atmosphäre labil ist. Mit NinJo können Meteorologen erkennen, wo das

passiert. Das zeigen Diagramme, die Wetterballon-Aufstiege nachzeich-

nen. Diese Aufstiege liefern Schnittbilder der Atmosphäre in der dritten

Dimension. Deshalb sind sie für die Meteorologen sehr wichtig.

Diagramm eines Wetterballon-Aufstiegs in NinJo. Das Hauptfenster zeichnet die wichtigsten Wetterdaten des Aufstiegs als Kurve über einer Temperatur- und Feuchteachse nach. Links ist der Luftdruck angezeichnet. Er sinkt mit der Höhe rapide, die rechts im Bild etwas versteckt unter den Wind-Symbolen in Kilometern angezeigt ist (rechts oben 15 km). Ganz rechts listet eine Tabelle wichtige Parame-ter der „Temp-Meldungen“ auf, wie die zu Boden gefunkten Informa-tionen der Radiosonden heißen.

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Inzwischen können auch Wettersatelliten vom All aus die verschiedenen Stockwerke der Atmosphäre erschließen. Ihre Fernmessungen sind jedoch längst nicht so genau wie die Messungen der Wetterballone direkt in der um-gebenden Luft. Eine Alternative bieten die Sensoren von Verkehrsflugzeugen. Doch deren Messungen beschrän-ken sich auf die weltweiten Luftstraßen. Zudem bewegen sich die Maschinen überwiegend nur in der Reiseflughö-he zwischen zehn und zwölf Kilometern Höhe.

Die Wetterballone sind dagegen auch abseits der Flug-straßen im Einsatz, und sie steigen vom Boden bis in ca. 35 Kilometer Höhe auf. Für ihre Starts sind aerologische Stationen zuständig, die bundesweit von der Wetterwar-te Schleswig fernüberwacht werden.Mit neun solcher Stationen deckt der Deutsche Wetter-dienst Deutschland gut ab. Fünf von ihnen funktionieren vollautomatisch. Hinzu kommen vier Stationen auf Han-delsschiffen, die über alle Weltmeere fahren. Insgesamt startet der Deutsche Wetterdienst rund 7 000 Ballone pro Jahr. An ihnen hängen Radiosonden mit Messinst-rumenten. Sie funken beim Aufstieg kontinuierlich die Werte von Druck, Temperatur und Feuchte der Luft zum Boden. Die Drift des Ballons liefert Informationen über die Richtung und Geschwindigkeit des Windes in der jeweiligen Höhe.

Eine Radiosondenstation startet mindestens zweimal am Tag einen Wetterballon. Das kleine, zehn Zentimeter lange und 230 Gramm leichte meteorologische Instru-ment beherbergt die Sensoren. Hinzu kommen Antenne, Sender und ein GPS-Empfänger für die Satellitennaviga-tion. Seine Positionsdaten zeichnen die Drift des Ballons beim Aufstieg nach. Der 600 Gramm leichte Ballon hat anfangs am Boden einen Durchmesser von etwa 1,5 Metern. Wenn er nach rund zwei Stunden die maximale Höhe erreicht, hat er sich im sinkenden Luftdruck auf über zehn Meter Durchmesser aufgebläht. Er platzt, und ein Fallschirm lässt die Radiosonde sanft zu Boden segeln. So kann sie niemanden verletzen. Eine Aufschrift teilt Findern mit, wie sie die Sonde fachgerecht entsor-gen können.

Die Daten der Radiosonden haben Referenzqualität. Die Meteorologen passen sie an die flächendeckenden, aber ungenaueren Messungen der Wettersatelliten an. Des-halb bilden die Wetterballone ein wichtiges Rückgrat im weltweiten meteorologischen Messnetz.

AMDAR – der Wetterfrosch fliegt mit

Wer mit der Lufthansa fliegt, hat den Deutschen Wet-terdienst mit an Bord. Allerdings bleiben die Meteo-rologen unsichtbar, denn sie benutzen aus der Ferne die Instrumente des Flugzeugs mit. Diese liefern den Wetterfröschen den Umgebungsdruck, Temperatur und die Geschwindigkeit gegenüber der Umgebungsluft. Das Flugzeugnavigationssystem addiert zu diesen Wetterda-ten neben der genauen Position auch die exakte Ge-schwindigkeit über Grund.Aus diesen Daten errechnet der Bordcomputer, wie stark der Wind am jeweiligen Ort des Flugzeuges ist und in welche Richtung er weht. Nur die Luftfeuchte entzog sich lange den Meteorologen, denn diese kann nur ein spezieller zusätzlich einzubauender Sensor messen. Der Deutsche Wetterdienst lässt seit Ende 2006 einige Lufthansa-Maschinen mit einem System ausrüsten, das den Wasserdampfgehalt der Luft misst. Eine spezielle Software fasst noch an Bord alle Wetterdaten zusammen und funkt sie an das Bodenzentrum des Flugzeugbetrei-bers. Von dort gehen sie über den DWD ins weltweite Kommunikationsnetz der Meteorologen. Diese Nutzung von Verkehrsflugzeugen als Messplattformen heißt Aircraft Meteorological Data Relay, kurz AMDAR. Diese flugzeugmeteorologischen Datenberichte sind ein wich-tiges Teil im globalen Datenpuzzle der Meteorologen. Weltweit sind insgesamt rund 5 000 Verkehrsflugzeuge eingebunden. Mehr als 300 davon sind Maschinen der Lufthansa, die für den Deutschen Wetterdienst messen. AMDAR bietet den Meteorologen eine wichtige Ergän-zung der Radiosonden, um den Zustand der Atmosphäre in der dritten Dimension in präzisen Höhenprofilen zu messen. Konsequenterweise stellt NinJo die AMDAR-Daten wie Radiosondendaten dar.

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Inmitten der Wetterküche auf SeeEin paar Mausklicks, und auf dem Bildschirm von NinJo erscheint ein

Ausschnitt des Atlantiks. Auf dem virtuellen Meer „schwimmen“ Symbole,

die gerade den dort herrschenden Bodenluftdruck anzeigen. Diese Wetter-

daten stammen von Schiffen oder von automatischen Wetterbojen,

die über die Ozeane driften. Sie sind viel genauer als die Fernmessungen

der Wettersatelliten.

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Rund 460 Handelsschiffe verschiedener Reedereien machen zurzeit im Auftrag des Deutschen Wetter-dienstes Wetterbeobachtungen. Dabei senden sie jedes Jahr 260 000 Wettermeldungen von allen Seewe-gen weltweit. Der Deutsche Wetterdienst liefert damit den zweitgrößten Beitrag an Schiffsmeldungen zum globalen maritimen meteorologischen Beobachtungs-netz. Insgesamt zählt die Weltorganisation für Mete-orologie WMO 2 600 Schiffe, die das Wetter beobach-ten. Etwa vierzig Prozent sind immer auf See. Hinzu kommen 1 500 automatische Driftbojen.

In Zukunft will der Deutsche Wetterdienst die Zahl der deutschen Schiffe auf 400 reduzieren, diese aber mit verbesserter Technik ausstatten. Die Hälfte soll vollautomatische Wetterstationen an Bord haben, die heute bereits auf einigen Schiffen im Einsatz sind. Sie melden automatisch jede Stunde den Druck, die Tem-peratur und die Feuchte der Luft sowie die Wasser-temperatur. Hinzu kommt die Richtung und Geschwin-digkeit des Windes an der Position des Schiffes. Diese Daten werden mittels Satellitenkommunikation an die Zentrale des Deutschen Wetterdienstes in Offenbach gesendet.

Auch die Wetterdaten abseits der üblichen Handels-routen sind sehr wichtig für die Wettervorhersagen. Diese Daten melden die automatischen Driftbojen, vor allem den Luftdruck und die Wassertemperatur. An-ders als Schiffe weichen sie auch schwersten Stürmen nicht aus und funken besonders wertvolle Informatio-nen. Auf den meisten Schiffen machen derzeit geschul-te Offziere neben den Wettermessungen zusätzlichnoch bis zu vier Wetterbeobachtungen am Tag. Dabei schätzen sie auch den Seegang ab. Ihre Beobachtun-gen tragen sie in eine spezielle Software ein und über-tragen die Meldungen per Satellitenfunk oder E-Mail an den Deutschen Wetterdienst.

Für die gesamte Ausrüstung sorgt das Seewetteramt in Hamburg, eine Niederlassung des Deutschen Wet-terdienstes. Dazu gehören ein Barometer zum Ablesen des Luftdrucks und ein Barograph, der die Verände-rung des Luftdrucks auf Papierrollen aufzeichnet.Beide Geräte werden zunehmend durch ein elektro-nisches Barometer ersetzt. Die Wassertemperatur liefern Temperatursensoren moderner Schiffe, zum Beispiel am Kühlwassereinlass. Ein zunächst seltsam

anmutendes Instrument ist das Schleuderpsychro-meter. Es besteht aus einem Griff und zwei Thermo-metern in einer Metallschiene, die sich in schneller Drehung herumschleudern lässt. Vor der Messung feuchtet der Offzier einen „Strumpf“ an, derüber die Spitze eines der beiden Thermometer ge-zogen ist. Die Thermometerspitzen zeigen beim Schleudern nach außen, und im kräftigen Luftstrom verdunstet Wasser aus dem nassen Strumpf. Die Ver-dunstungskälte lässt die Anzeige des Feuchtthermo-meters sinken. Der Offzier liest am Schlussbeide Thermometer ab und ermittelt aus der Tempera-turdifferenz die Luftfeuchte. Allmählich werden diese klassischen „Handkurbeln“ durch elektronische Gerä-te ersetzt. Diese Thermohygrometer zeigen Tempera-tur und Feuchte direkt per Display an.

Vier Schiffe im Nordatlantikverkehr starten zwei bis dreimal täglich Wetterballone. Ihre aerologischen Bordstationen sind der Beitrag des Deutschen Wetter-dienstes zum europäischen Projekt E-ASAP (European Automated Shipboard Aerological Programme). Jede Station steckt in einem Container, der fest auf Deck montiert ist. Er ist mit einem Vorrat an Ballonen, Ra-diosonden und Gasflaschen beladen, die in deutschen Häfen ergänzt werden, und besitzt eine halbautomati-sche Startanlage.

Der Ballonstart von Bord erfordert eine besondere Technik. Weil unter den Windverhältnissen auf Schif-fen rein automatische Starts oft schief gehen würden, startet der zuständige Offzier den Ballon beipassendem Wind per Knopfdruck. Den Rest erledigt die Anlage automatisch. Ein Rechner im Container verarbeitet die gefunkten Aufstiegsdaten und schickt diese via Satellit zur nächsten Bodenstation, von dort gehen sie zu den Wetterdienstzentralen. Kurz darauf kann NinJo die aktuellen Werte frisch von der See anzeigen. Parallel fließen sie in die Wettervorhersage-modelle der Supercomputer ein.

◀ Der DWD hat vier Handelsschiffe mit Containern ausgestattet, die über automatische Startanlagen für Wetterballone verfügen. Auf ihren weltweiten Routen startet jedes Schiff täglich zwei bis drei Wetterballone mit Radiosonden.

▲ Ein Seemann eines Handelsschiffs nutzt ein Schleuderpsychro- meter zur Bestimmung der Luftfeuchtigkeit.

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Wettersatelliten bieten viele Vorteile. Sie erfassen das Wetter global und damit auch großräumige Wetter-systeme. Ihre Sensoraugen sind inzwischen so scharf, dass ihnen auch kleinräumige Unwetter nicht mehr entgehen, was wichtig für Unwetterwarnungen ist. Zudem überblicken sie die riesigen meteorologischen Datenwüsten der Erde. In Afrika zum Beispiel oder auf weiten Gebieten der Ozeane gibt es weder Boden-messnetze noch Wetterballone, Bojen oder Schiffe in ausreichender Zahl. Deshalb liefern Satelliten für diese Gebiete die Eingangsdaten für die globalen Wet-tervorhersagemodelle.

Wettersatelliten: Logenplatz im AllAuf NinJos Bildschirm beeindrucken besonders die grandiosen Bilder

der Erde. NinJo kann sogar höhere und tiefere Wolkenschichten in unter-

schiedlichen Farben darstellen, was für Meteorologen eine wichtige

Information ist. Das funktioniert, weil die Instrumente moderner Wetter-

satelliten die von der Erde empfangene Strahlung detailliert analysieren.

Abbildung Eumetsat

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Wettersatelliten, wie die europäischen Meteosat-Sa-telliten, nehmen die Erde im sichtbaren und im infra-roten Spektralbereich ins Visier. Das sichtbare Licht liefert detaillierte Informationen über Wolken und Wetterfronten. Aus ihrer Bewegung können Computer die großräumige Verteilung von Windgeschwindigkei-ten berechnen. Die Infrarotstrahlung zeigt die Tempe-raturen und die Verteilung des Wasserdampfs in der Atmosphäre. So erhalten die Meteorologen ein dreidi-mensionales Bild der globalen Wetterküche, inklusive Temperatur, Feuchte, Niederschlag, Windgeschwindig-keit und Windrichtung.

Die Meteosat-Reihe gehört zu den geostationären Wet-tersatelliten, deren Aufgabe die großräumige Beobach-tung der riesigen Wettersysteme ist. Dazu „parken“ sie in knapp 35 800 Kilometern Höhe über der Erdoberflä-che. Auf ihrer geostationären Bahn bewegen sie sich gerade so schnell, wie die Erde sich dreht. So haben sie immer den gleichen Ausschnitt im Blick, der pro Satellit ein Drittel der Erdoberfläche umfasst.

Heute sind drei Meteosat-Satelliten der zweiten Ge-neration im Einsatz, kurz MSG für Meteosat Second Generation genannt. Zwei sind über dem Golf von Guinea, ein weiterer über dem Indischen Ozean an den Himmel geheftet und überblicken so Europa, Afrika und den Ostatlantik, bzw. große Teile Asiens und des

Indischen Ozeans. Die Wetterküche über dem Atlantik braut unser mitteleuropäisches Wetter zusammen. Die Meteosat-Satelliten senden dabei alle 15 Minuten ein sehr detailliertes Gesamtbild der Erde in seinem Blickfeld. Einer der beiden Meteosat-Satelliten über dem Golf von Guinea, der sich dort als Ersatz für den Notfall befindet, ist ebenfalls aktiv: Alle fünf Minuten schickt er einen schmäleren Bildausschnitt zur Erde, der nur unseren Breitengrad abdeckt. Damit kann er schnelle Wetterentwicklungen, etwa bei Gewittern, besser verfolgen.

Das „Auge“ der MSG heißt SEVIRI. Das steht für Spinning Enhanced Visible and Infra-Red Imager - also ungefähr „rotierender verbesserter Bildgeber im Sicht-baren und Infraroten“. Die trommelförmigen MSG-Satelliten drehen sich wie Kreisel, um ihre Position zu stabilisieren. Bei jeder Umdrehung scannt SEVIRI einen neuen Streifen der Erde. Nach 14 Minuten hat MSG so den Planeten komplett erfasst, und der Satel-lit funkt das fertige Bild zur Erde. Genau genommen sind es immer zwölf Bilder aus zwölf Frequenzkanälen vom Sichtbaren bis ins Infrarote, in die SEVIRI die von der Erde eintreffende Strahlung zerlegt. In einem Kanal für sichtbares Licht kann das Instrument sogar Wolkenstrukturen bis hinunter zu einem Quadrat-kilometer Fläche auflösen. So erfasst es auch kleine Gewitterzellen.

Das Bild des Wettersatelliten ▶ Meteosat veranschaulicht am 15. April 2010 die Aschewolken des isländischen Vulkans Eyafjallajökull über dem Atlantik. Die orangeroten Farben zeigen die höchsten Konzentrationen.

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Die dritte Generation der geostationären Satelliten (MTG, Meteosat Third Generation) soll voraussichtlich ab 2020/21 alle zehn Minuten Gesamtbilder schicken, die Teilansicht sogar alle zweieinhalb Minuten. Sie werden nicht nur feinere Strukturen in 16 Frequenz-kanälen aufnehmen können. Zudem werden sie die At-mosphäre mit einem sogenannten Infrarot-Sondierer abtasten. Die Meteosat-Satelliten werden damit auch erstmals aus dem geostationären Orbit erfassen, wie sich Lufttemperatur, Windgeschwindigkeit und Feuch-te über die Stockwerke der Atmosphäre verteilen. Ein Blitzsensor lässt sie Gewitter erkennen, und mit einem weiteren Instrument können sie sogar atmosphärische Spurenstoffe aufspüren.

Geostationäre Satelliten sind entscheidend, haben jedoch zwei große blinde Flecke. Ihnen entgehen die beiden Polarregionen, weil ihre Position über der Äquatorebene fixiert ist. Diese Beobachtungslücke fül-len andere Satelliten, deren Bahnen über die Pole hin-weg führen. Die polarumlaufenden Satelliten fliegen zudem sehr niedrig. Damit haben sie zwar nur einen relativ schmalen Atmosphärenstreifen unter sich im Visier, diesen aber umso schärfer.

Die Europäer haben mit der Metop-Serie inzwischen zwei eigene polarumlaufende Satelliten im All. Zu-dem nutzen sie die Daten solcher US-Satelliten. Die Metop-Satelliten haben eine Flughöhe von nur 820 Kilometern, für einen kompletten Umlauf um die Erde benötigen sie rund 100 Minuten. Dabei beobachten sie einen bis zu etwa dreitausend Kilometer breiten Strei-fen. Weil die Erde sich unter ihrer Bahn weg dreht wie ein Globus in seiner Halterung, erfassen die Satelliten nach und nach die komplette Erdoberfläche. Zweimal am Tag überfliegen sie dieselbe Region.

Ein Metop-Satellit ist so groß wie ein Lastwagen und vollgestopft mit Instrumenten, die eine Flut von Informationen liefern. Aus seinem niedrigen Orbit kann er noch Strukturen von einem Quadratkilometer erkennen. Dank seiner Nähe zur Troposphäre kann er diese viel detaillierter in ihre einzelnen Stockwerke auflösen als ein geostationärer Satellit. Seine Inst-rumente sind nicht allein für sichtbare und infrarote Strahlung empfindlich, auch ein Radarwellensender und -empfänger für den Blick durch die Wolkendecke kann so Windgeschwindigkeit und –richtung an der Meeresoberfläche bestimmen und gehört ebenfalls zur Ausrüstung.

Für den technischen Betrieb der europäischen Wet-tersatelliten ist die paneuropäische Organisation EUMETSAT in Darmstadt mit ihren 30 Mitgliedsstaa-ten zuständig. Der Deutsche Wetterdienst ist größter Beitragszahler und regelt für die Bundesrepublik Deutschland die technische Zusammenarbeit. EUMETSAT verarbeitet die Satellitenbilder und stellt sie weltweit Nutzern zur Verfügung. Der Deutsche Wetterdienst reichert sie bei Bedarf mit meteorologi-schen Daten an, die von den Bodenstationen, Wetter-ballonen, Meldungen von Schiffen und automatischen Driftbojen stammen.

Hinter jedem einzelnen Symbol, hinter jeder Grafik, jedem Bild, das NinJo mit wenigen Mausklicks auf den Schirm zaubert, verbirgt sich also das riesige globale Netzwerk der Meteorologie. Auch die Satellitenbilder aus dem All haben eine weite Reise und eine aufwen-dige Computerverarbeitung hinter sich. Ein Tempera-turwert auf dem Atlantik kommt von einem Schiffsof-fizier, der seine Wettermeldung vielleicht erst vorwenigen Minuten abschickte. Oder die Messung stammt von einer driftenden Boje, die ihre Wetterda-ten gerade mitten aus einem Sturm funkt.

◀ Orkan Kyrill zieht am 18. Januar 2007 über EuropaFoto: Eumetsat

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Neben der täglichen Wettervorhersage ist die Klimabeobachtung eine wichtige Aufgabe des Deut-

schen Wetterdienstes. Eine relevante Informationsquelle über die Klimaentwicklung sind Pflanzen.

Pflanzen als Klimabotschafter

„Phänologie“ heißt diese Art des Umwelt Monitorings, das der Deutsche Wetterdienst bereits seit den 1930er Jahren betreibt. Rund 1 200 überwiegend ehrenamt-liche Mitarbeiter in ganz Deutschland beobachten, wie bestimmte Pflanzen sich im Lauf eines Jahres verhalten. Hasel und Schneeglöckchen eröffnen als frühstblühende Beobachtungspflanzen die phänologi-sche Vegetationsperiode, die Stiel-Eiche beendet sie im Herbst, sobald ihre Blätter fallen.

Der Zeitpunkt der Frühjahrsblüte vieler Pflanzen hängt vor allem von der Temperatur ab, ebenso der Blattfall im Herbst, wenn auch weniger eindeutig. In unseren Breitengraden mit ausgeprägten Jahreszeiten liefert die phänologische Beobachtung damit eine sehr ge-naue Information über den Klimawandel. Langjährige Beobachtungsreihen zeigen, dass viele Pflanzen früher blühen als noch vor einigen Jahrzehnten. Das Beispiel der Forsythien illustriert diesen Trend: Am Beobach-tungsort „Lombardsbrücke“ in Hamburg zum Beispiel trat die Blüte in den letzten 20 Jahren häufig deutlich früher auf als im langjährigen Mittel.

Nicht nur für die Klimaforschung ist der phänologische Dienst unverzichtbar. Land- und Forstwirte gehören

zu den traditionellen Kunden von phänologischen Daten. Da die Zahl der Allergiker zunimmt, hat auch die Pollenflugwarnung an Bedeutung gewonnen. Dafür melden 400 Beobachterinnen und Beobachter wann bestimmte Pflanzen in ihrer Region aufblühen, zum Beispiel die Birken oder der Winterroggen.

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▲ Die Forsythie blüht heute zum Beispiel in Hamburg deutlich früher als Mitte des 20. Jahrhunderts, wie die orangefarbene Kurve zeigt. Im gleichen Zeitraum stieg an diesem Standort die mittlere Tem-peratur 90 Tage vor Blühbeginn um mehr als ein Grad an (blau). Die gestrichelten Linien zeigen jeweils die gemittelten Daten und verdeutlichen die Tendenz.

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1961 - 1990: 120 Tage

1991 - 2016: 102 Tage

VORFRÜHLING Hasel (Blüte)

ERSTFRÜHLING Forsythie (Blüte)

VOLLFRÜHLING Apfel (Blüte)

FRÜHSOMMER Schwarzer Holunder (Blüte) HOCHSOMMER

Sommer-Linde (Blüte)

SPÄTSOMMER Apfel, frühreifend (Früchte)

FRÜHHERBST Schwarzer Holunder (Früchte)

VOLLHERBST Stiel-Eiche (Früchte)

SPÄTHERBST Stiel-Eiche (Blattverfärbung)

WINTER Stiel-Eiche (Blattfall)

1961 - 1990 extrapoliert

◀ Diese „Phänologische Uhr“ für die Zeiträume 1961 bis 1990 (außen) und 1991-2016 (innen) zeigt eindrucksvoll, wie sich die Vegetationsperi-ode in Deutschland durch die Klimaerwärmung im Jahr nach vorne verschoben hat. Ange-zeigt sind mittlerer Beginn und Dauer der phänologi-schen Jahreszeiten.

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▲ Messfeld der Klimareferenzstation Potsdam

Dieser Nachweis ist nur möglich, weil die Klimatolo-gen des Deutschen Wetterdienstes dessen historische Wetteraufzeichnungen aufwendig aufbereitet haben. So sind diese mit den heutigen Wetterdaten vergleich-bar geworden. Das ist eine echte Herausforderung, denn die Meteorologen verwendeten früher einfache-re Instrumente und zum Teil andere Methoden.

Der Deutsche Wetterdienst kann wissenschaftlich belegen, dass das

Klima in Deutschland wärmer wird: In den vergangenen gut hundertdreißig

Jahren stieg die Jahresdurchschnittstemperatur um etwa 1,4 Grad.

Die Klimareferenzstationen

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Gerade in jüngerer Zeit wechseln die Gerätegenerati-onen immer schneller, da die Instrumente besser und „schlauer“ werden. Die Klimatologen benötigen jedoch eine Technik, die einen verlässlichen Vergleich er-möglicht. Deshalb betreibt der Deutsche Wetterdienst sogenannte Klimareferenzstationen. Diese Stationen decken die wichtigen Klimaregionen und Landschafts-typen Deutschlands ab. Klimareferenzstationen arbeiten weiterhin mit der klassischen meteorologi-schen Technik, wie sie viele Jahrzehnte Praxis war. Ihre Wetterdaten sind somit direkt mit historischen Aufzeichnungen vergleichbar.

Eine solche Station, die an der klassischen „Engli-schen Hütte“ mit ihren weißen Lamellenwänden auf einem Ständer erkennbar ist, steht zum Beispiel auf dem Brocken. Die dortige Wetterwarte ist seit 1895 in Betrieb und besitzt ein entsprechend lang zurück reichendes Archiv an lokalen Wetterdaten.

Die Stadtklimatologen des Deutschen Wetterdiens-tes setzen zudem mobile Klimastationen ein, um das Klima in einer Stadt zu untersuchen. Städte trifft der Klimawandel besonders: In den heißeren Som-mern mit mehr tropisch warmen Nächten heizen sich die versiegelten Flächen stark auf. Das belastet die Einwohner, weshalb ein gesundes Stadtklima immer mehr in den Fokus der Stadtplanung rückt.

Zu den wichtigen internationalen Aufgaben, deren Organisation der Deutsche Wetterdienst federfüh-rend übernommen hat, gehört die Klimaüberwachung per Satellit. Wettersatelliten sind für Klimatologen interessant, weil sie wichtige Wetterdaten großflä-chig erfassen. Allerdings ist es nicht einfach, alte mit modernen Satellitendaten zu vergleichen. Die Satelli-tenklimatologen müssen dazu die historischen Satelli-tendaten aufwendig aufbereiten.

Im Wortsinne bodenständig ist das Netz der rund 950 Niederschlagsstationen, das der Deutsche Wet-terdienst seit vielen Jahrzehnten betreibt. An diesen Stationen fängt ein klassisches Ombrometer den Nie-derschlag auf, das der Meteorologe Gustav Hellmann bereits Ende des 19. Jahrhunderts entwickelt hat. Früher schickten die ehrenamtlichen Betreuer dieser Stationen ihre täglichen Aufzeichnungen am Monats-ende zusammengefasst an die Zentrale in Offenbach. Ihre Niederschlagsmessungen dienten so der reinen Klimabeobachtung. Inzwischen melden die meisten

Betreuer täglich über einen Online-Zugang. Damit können diese zusätzlichen Niederschlagsdaten auch in die tägliche Wettervorhersage einfließen. Diese Sta-tionen erscheinen nun ebenfalls auf dem Schirm von NinJo, am Arbeitsplatz der Wetterfrösche.

Eine lohnende Investition

Der Deutsche Wetterdienst investiert jährlich dreistellige Millio-nenbeträge in die Menschen, die für ihn das Wetter und das Klima beobachten, in sein dichtes Messnetz zu Lande, zu Wasser und in der Luft sowie in Beiträge für die internationalen meteorologi-schen Organisationen, die das globale System der Wetterbeob-achtung und -überwachung betreiben und koordinieren.

Diese Steuergelder sind gut angelegt: Rechtzeitige Unwetterwar-nungen helfen unsere Gesellschaft vor tragischen Folgen zu be-wahren und Schäden zu minimieren. Angesichts der steigenden Wahrscheinlichkeit für extreme Wetterlagen, die der Klimawandel mit sich bringt, wird die Bedeutung einer möglichst genauen Wetter- und Klimabeobachtung in Zukunft noch wachsen. Auch für die Planung von Wirtschaftsunternehmungen und bei der Energiewende sind präzise Wetter- und Klimadaten wichtig, zum Beispiel für die Wahl des richtigen Standorts für Windenergie und Photovoltaikanlagen.

Nicht zuletzt ist das weltweite Netz der Meteorologen eine der großen Kulturleistungen der Menschheit, bei der rund 190 Staa-ten friedlich zusammenarbeiten. Wir alle profitieren von diesen Leistungen, wenn es wieder heißt:

„Und nun – das Wetter.“

▲ Auf dem Dach der Klimareferenzstation Görlitz

Deutscher Wetterdienst (DWD)Presse- und ÖffentlichkeitsarbeitFrankfurter Straße 13563067 OffenbachTel: +49 (0) 69 / 8062 - 0E-Mail: info@dwd.de, www.dwd.de D

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ImpressumText: Roland Wengenmayr, www.roland-wengenmayr.deRedaktion: Andreas Friedrich, DWDFotos und Abbildungen: DWD oder entsprechend KennzeichnungGestaltung: Ralph-Christian Mendelsohn, DWDPapier: Dieses Produkt stammt aus nachhaltig bewirtschafteten Wäldern und kontrollierten Quellen.Titelfoto: Wetterwarte des DWD auf der Zugspitze, Foto: Johann Jilka

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