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Das Klima im peruanischen Hochland – von der Messung zur Klimaanalyse
Im Rahmen ihrer internationalen Zusammenarbeit unterstützt MeteoSchweiz durch das Projekt CLIMANDES den peruanischen Wetterdienst SENAMHI bei der Qualitätssicherung der Klimadaten.
Das SENAMHI misst seit 1964 in ganz Peru Klimagrössen wie Temperatur und Niederschlag in herkömmlichen Wetterhütten (Bild 1), die mit Messgeräten wie Thermometern oder Niederschlagsmessern ausgestattet sind. Während das SENAMHI für die Wettervorhersage heute auch automatische Stationen benutzt, werden die Klimadaten nach wie vor durch manuelle Messungen erhoben. Diese werden dreimal täglich von einem Beobachter aufgenommen, auf Papier festgehalten und einmal pro Monat an den Hauptsitz des SENAMHI in Lima geschickt. Dort werden sie digitalisiert und in einer Datenbank abgelegt, so dass sie für Klimaanalysen zu Verfügung stehen.
Kontrolle von Messdaten
Im Rahmen von CLIMANDES (Servicios climáticos con énfasis en los Andes en apoyo a las decisiones) wurde die Datenqualitätskette des SENAMHI um zwei Elemente erweitert: Erstens wurde ein halb-automatisches Datenqualitätskontrollsystem (DQ-System) entwickelt, welches den Richtlinien der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) entspricht. Dieses DQ-System erlaubt es, Datenreihen zu visualisieren, Messfehler automatisch zu entdecken und manuell zu korrigieren. Zweitens wurde eine State of the Art-Homogenisierungsmethode eingeführt und das Personal geschult.
Ein unübliches Datenproblem
Durch die Arbeit mit den Klimadaten konnte auch die Qualität einzelner Stationen verbessert werden. Dies möchten wir anhand einer Messung der Minimumtemperatur in Progreso im peruanischen Hochland illustrieren: Diese Messung weist die letzten 10 Jahren ein unnatürliches Verhalten auf (Bild 2, oben). Zwischen -2 °C und +2 °C wurden keine Temperaturen aufgezeichnet. Eine solche Messung ist nicht realistisch, es muss also ein Messfehler vorliegen. Der Grund für diesen Fehler war jedoch allen Beteiligten des Projektes unklar. Erst ein Stationsbesuch vor Ort brachte Licht in die Sache. Um das Problem zu verstehen, muss man sich jedoch erst mit der Funktionsweise eines Minimumthermometers vertraut machen.
Messung von Minimaltemperaturen
Die bekanntesten Thermometer sind sogenannte Flüssigkeitsthermometer, bei welchen die momentane Temperatur durch die Längenänderung der Flüssigkeit (früher häufig Quecksilber) in einem Glaskolben angezeigt wird. Ein Minimumthermometer zeigt jedoch nicht die momentane Temperatur, sondern die tiefste Temperatur seit das Gerät zum letzten Mal zurückgesetzt wurde. Dies hat den Vorteil, dass die Beobachter nicht neben dem Thermometer ausharren und genau den Zeitpunkt abwarten müssen, an dem die Temperatur ihren Tiefpunkt erreicht.
Minimumthermometer funktionieren deshalb leicht anders als Momentanwert-Thermometer (Bild 3). Ein Minimumthermometer wird waagrecht statt senkrecht aufgestellt. Im Glaskolben befindet sich Alkohol, in welchem sich ein Glasstäbchen befindet, welches sich in der Alkoholsäule frei bewegen kann. Wegen der Oberflächenspannung der Flüssigkeit kann das Stäbchen die Alkoholsäule jedoch nicht verlassen. Wird es kälter, zieht der Alkohol durch die Oberflächenspannung das Stäbchen in Richtung tieferer Temperaturen, also nach links. Bei steigenden Temperaturen umfliesst der Alkohol das Stäbchen, ohne es zu bewegen. Das rechte Ende des Stäbchens zeigt somit die Stelle an, bis zu welcher sich der Alkohol maximal zurückgezogen hat, das heisst die tiefste Temperatur seit das Gerät zum letzten Mal zurückgesetzt wurde.
Die Minimumtemperatur wird am rechten Ende des Stäbchen abgelesen. Danach wird das Thermometer durch einmaliges Senk- und wieder Waagrechtstellen zurückgesetzt.
Die Lösung des Rätsels
Zurück zur Messung in Progreso: Eine erste Sichtung des Geräts brachte keine Fehler oder Beschädigungen zutage. Erst im Gespräch mit dem Beobachter wurde der Fehler entdeckt: Der Beobachter wurde gefragt, welche Temperaturen er für verschiedene Positionen des Stäbchens ablesen würde. Dabei zeigte sich, dass er die Temperatur anstatt immer am rechten Ende zwischendurch auch am linken Ende des Stäbchens abgelesen hat. Und zwar las er konsequent immer dann links, wenn die Mitte des Stäbchens links vom Nullpunkt lag. Da das Stäbchen in diesem Thermometertypen 4 °C lang ist, erklärt dies die fehlenden 4 °C um den Nullpunkt.
Dank der Entdeckung des Fehlers konnte die Messreihe korrigiert werden (Bild 2, unten). Ausserdem können in Zukunft solche Datenfehler mit Hilfe des DQ-Systems am SENAMHI einfach entdeckt werden und dadurch Massnahmen (Prüfungen vor Ort, Schulungen) gezielter eingesetzt werden.
Start der zweiten Projektphase
Die erste Phase von CLIMANDES wird im November 2015 abgeschlossen. Das Projekt geht nun in seine zweite Phase. Eine Bedürfnisanalyse der Kunden von Klimainformation, die während der ersten Phase in Peru durchgeführt wurde, hat ergeben, dass sich Anwender von klimatologischen Informationen stark für saisonale Vorhersagen interessieren. Deshalb liegt der Fokus der zweiten Phase von CLIMANDES auf der Implementierung und Interpretierung von saisonalen Vorhersagedaten, der Ausbildung von Studenten und Experten in saisonaler Vorhersage sowie einer sozio-ökonomischen Studie, in welcher der Mehrwert von saisonalen Vorhersagen messen wird.
Beide Projektphasen werden von der Direktion für Entwicklung und Zusammenarbeit (DEZA) im Rahmen des Global Framework for Climate Services (GFCS) der WMO finanziert.