Aufgabe1:

Aufgabenstellung:

Vergleich der Witterung des Jahres 1996 mit dem langjährigen Mittel. Fertigen Sie eine Tabelle der Monatsmitteltemperaturen und -niederschlagssummen der DWD-Station Göttingen für das Jahr 1996 und für den letzten 30-Jahreszeitraum an. Sie finden diese Daten in den monatlichen Witterungsberichten des DWD.

SAS-Quellcode: Da ich die Wetterdaten für das Jahr 1996 nicht im Internet gefunden habe, habe ich die in Aufgabe 2 errechneten Daten der Freiflächenstation verwendet.

LIBNAME aufg1 "u:/ibrom";

DATA aufg1.daten96;

INPUT Monat$ NS_96 T_96;

DATALINES;

JAN 0.0 -3.56

FEB 33.3 -1.95

MAR 8.5 1.11

APR 22.7 8.49

MAI 43.9 10.81

JUN 38.0 14.69

JUL 23.4 15.07

AUG 1.7 17.35

SEP 6.4 10.73

OKT 0.2 9.24

NOV 49.0 5.19

DEZ 34.6 -2.89

Jahr 262.5 7.02

;

RUN;

DATA aufg1.aufg1;

INFILE "u:/ibrom/mittel30.txt" firstobs=3 delimiter=" ";

INPUT Monat$ NS_m T_m;

RUN;

DATA aufg1.Tabelle;

MERGE aufg1.aufg1 aufg1.daten96;

RUN;

PROC INSIGHT data= aufg1.Tabelle;

RUN;

Untersuchen Sie die Variabilität der Wetterelemente anhand der Wetterdaten von zwei Klimastationen über einer Freifläche und im Buchenwald.

1. Berechnen Sie

1. den Luftdruck für die Stationen in Göttingen aus den Druck und Temperaturdaten des Göttinger Waldes
2. den  Dampfdruck und das Wasserdampfdrucksättigungsdefizit aus der relativen Feuchte und der Lufttemperatur (vgl. Anleitung für das meteorologische Instrumentenpraktikum)
3. Tages- und Monatsmittelwerte für die Lufttemperaturen, Feuchtegrößen, Luftdruck, Strahlung und Windgeschwindigkeiten
4. Mittlere monatliche Tagesgänge für diese Größen für einen Monat
5. Tages-, Monats- und Jahressummen der Niederschlagsmenge.

1. Stellen Sie die mittleren monatlichen Tagesgänge für Ihren Monat wie folgt dar:

1. Luft- und Bodentemperaturen von FS und WS
2. PAR- Strahlung FS, WS
3. Wasserdampfdruckdefizit FS, WS
4. Luftdruck
5. Windgeschwindigkeit FS, WS

Theorie zu Ia,b:

1. Mit zunehmender Höhe nimmt der Luftdruck exponentiell ab (barometrische Höhenformel). Mit Hilfe der Höhenformel für eine polytrope Atmosphäre und den Druck- und Temperaturdaten des Göttinger Waldes kann man den Luftdruck für die Stationen in Göttingen berechnen.

Pz2 = Pz1*[1-kP/Tz1*(z2-z1)]^g/(RL*kP)

Pz ist der jeweilige Druck in den Höhen z1 (Göttinger Wald: 450 m ü. NN) und z2 (Freiflächen-/Waldstation: 250 m ü. NN). Tz ist die Temperatur der Höhen z in K. Für den Polytropenfaktor kP [K/m] gilt: kP = -(Tz2-Tz1)/(z2-z1). RL ist die Gaskonstante für trockene Luft (287.05 J kg^-1 K^-1) und g die Schwerebeschleunigung (9.8065 m/s²).

2. Der Dampfdruck e läßt sich aus aus der relativen Feuchte RF und dem Sättigungsdampfdruck ES berechnen, da RF das Verhältnis des Dampfdruckes e zum Sättigungsdampfdruck ES angibt (RF =e/ES à e =RF*ES). ES läßt sich mit Hilfe der Magnusformel aus den vorliegenden Daten errechnen (siehe Übung 1).

a)

Data P_FS; /* Luftdruck für die Freiflächenstation */

SET ueb2.tmp;

z1=450;

z2=250;

Tz1=TL_02GW+273;

Tz2=TL_Fs+273;

kP=-(Tz2-Tz1)/(z2-z1);

RL=287.05;

g=9.8065;

Pz2= Pz1*[1-kP/Tz1*(z2-z1]**[g/(RL*kP)];

RUN;

Data P_WS; /*Luftdruck für die Waldstation */

SET ueb2.tmp;

z1=450;

z2=250;

Tz1=TL_02GW+273;

Tz2=TL_WS+273;

kP=-(Tz2-Tz1)/(z2-z1);

RL=287.05;

g=9.8065;

Pz2= Pz1*[1-kP/Tz1*(z2-z1]**[g/(RL*kP)];

RUN;

b)

DATA ueb2.P_2b;

SET ueb2.tmp;

ES_FS = 6.1078 * exp((17.08085*TL_FS)/(234.175+TL_FS));

e_FS=RF_FS*ES_FS;

SD_FS=ES_FS-e_FS; /* Sättigungsdefizit= SD_FS */

/* Waldstation WS */

ES_WS = 6.1078 * exp((17.08085*TL_WS)/(234.175+TL_WS));

e_WS=RF_WS*ES_WS;

SD_WS=ES_WS-e_WS; /* Sättigungsdefizit= SD_WS */

RUN; PROC INSIGHT data=ueb2.P_2b; RUN;

c)

LIBNAME daten "t:\ppoek\ueb2";

LIBNAME ueb2 "u:\ibrom";

PROC insight data=daten.BK96;

RUN;

DATA ueb2.tmp;

set daten.BK96;

format saszeit datetime. date date.;

t=saszeit;/* Datetime. Format Variablen sind in Sekunden */

datum=datepart(saszeit); /* ziehe das Datum aus einer Datetime.-Variable */

d=datum;/* Date. Format Vaiablen sind in Tagen */

monat= month(datum);/* der Monat im Jahr als Zahl 1-12 */

jd=juldate(datum)-96000; /*der julianische Tag 1-365/366 */

RUN;

PROC INSIGHT data=ueb2.tmp;

RUN;

PROC SORT data=ueb2.tmp;

BY monat;

RUN;

PROC MEANS data=ueb2.tmp mean;

VAR TL_FS TL_WS TL_02GW P_02GW RF_FS RF_WS

G_FS PAR_FS PAR_WS WG_FS WG_WS;

BY Monat;

OUTPUT out=ueb2.Monmittel mean=TLFS_mittel TLWS_mittel TLGW_mittel PGW_mittel

RFFS_mittel RFWS_mittel GFS_mittel PARFS_mittel PARWS_mittel

WGFS_mittel WGWS_mittel;

RUN;

PROC INSIGHT data=ueb2.Monmittel;

RUN;

PROC SORT data=ueb2.tmp;

BY jd;

RUN;

PROC MEANS data=ueb2.tmp mean;

VAR TL_FS TL_WS TL_02GW P_02GW RF_FS RF_WS

G_FS PAR_FS PAR_WS WG_FS WG_WS;

BY jd;

OUTPUT out=ueb2.Tagmittel mean=TLFS_mittel TLWS_mittel TLGW_mittel PGW_mittel

RFFS_mittel RFWS_mittel GFS_mittel PARFS_mittel PARWS_mittel

WGFS_mittel WGWS_mittel;

RUN;

PROC INSIGHT data=ueb2.Tagmittel;

RUN;

d)

DATA Juli;

set ueb2.tmp;

if monat=7;

PROC SORT data=Juli;

BY h;

RUN;

PROC MEANS data=Juli noprint;

BY h;

output out=ueb2.M_7 mean=;

RUN;

PROC INSIGHT data=ueb2.M_7;

LINE TL_FS TL_WS*H;

LINE PAR_FS PAR_WS*H;

LINE WG_FS WG_WS*H;

LINE P_02GW*H;

RUN;

e) nur für FS berechnet, da WS-Niederschlags-Werte nicht vorhanden

PROC SORT data=ueb2.tmp;

BY jd;

RUN;

PROC MEANS data=ueb2.tmp sum;

VAR RI_FS;

BY jd;

OUTPUT out=ueb2.TAGNS sum=;

RUN; PROC INSIGHT data=ueb2.TAGNS; RUN;

PROC SORT data=ueb2.tmp;

BY monat;

RUN;

PROC MEANS data=ueb2.tmp sum;

VAR RI_FS;

BY monat;

OUTPUT out=ueb2.MONNS sum=;

RUN; PROC INSIGHT data=ueb2.MONNS; RUN;

DATA ueb2.JahNS;

SET ueb2.MONNS;

RUN;

PROC MEANS data=ueb2.JahNS sum;

VAR RI_FS;

RUN; /* Jahreniederschlag 262.5 mm */

a) kein Ergebnis, da der SAS-Quellcode irgendwie falsch ist, ich den Fehler aber nicht gefunden habe

b) Auszug aus der Tabelle, in der der Dampfdruck e und das Wasserdampfdruckdefizit berechnet wurden. Der Auszug betrifft die ersten Tage des Monats Juli. Sinnvoller wäre an dieser Stelle ein Link zu der erstellten Tabelle. Allerdings weiß ich nicht, wie das gemacht wird.

c) Auszüge aus den erstellten Tabellen der Tages- und Monatsmittelwerte (anstelle von Link, siehe 2Ib)

Tagesmittelwerte:

Monatsmittelwerte:

d) siehe Ergebnisse von Aufgabe 2II a-e

e) Tabelle der Tagesniederschläge weggelassen

Tabelle der Monatsniederschläge: Jahresniederschlag= 262.5 mm

Siehe Aufgabe 2Id; Bodentemperaturen (a) und Wasserdampfdruckdefizit (c) nicht bearbeitet

a) mittlerer monatlicher Tagesgang der Lufttemperatur (TL) im Monat Juli, auf der Freiflächenstation FS (TL_FS) und der Waldstation WS (TL_WS)

b) mittlerer monatlicher Tagesgang der PAR-Strahlung im Monat Juli, auf der Freiflächenstation FS (PAR_FS) und der Waldstation WS (PAR_WS)

c) nicht bearbeitet

4. mittlerer monatlicher Tagesgang des Luftdruckes der Station Göttinger Wald im Juli

e) mittlerer monatlicher Tagesgang der Windgeschwindigkeit im Monat Juli, auf der Freiflächenstation FS (WG_FS) und der Waldstation WS (WG_WS)

Besprechen Sie die Ergebnisse hinsichtlich folgender Fragestellungen

1. Welche Besonderheiten charakterisierten die Witterung des Jahres 1996?
2. Welche Unterschiede haben Sie zwischen Waldinnen- und Freiflächenklima festgestellt?

• quantifizieren Sie diese anhand von Mittelwerten und Schwankungsbreiten (nicht bearbeitet)

3. Wie lang war die Vegetationsperiode 1996 und wie lange währt sie im Mittel. Zur Charaktersierung der Vegetationsperiode nehmen Sie die Tage, ab denen die mittlere Lufttemperatur dauerhaft über 10 °C lagen. Vergleichen Sie Ihre Abschätzung mit dem Belaubungszeitraum. (nicht bearbeitet)

Diskussion

1. Da ich die Daten der Freiflächenstation verwendet habe, bin ich nicht sicher, ob in meinen Daten vom Jahr 96 Fehler aufgrund von Meßfehlern vorkommen. Dieser Verdacht kommt einem besonders, wenn man den Niederschlag von 262.5 mm im Jahr 96 betrachtet, was im Vergleich zu dem mittleren Jahresniederschlag von 628 mm extrem niedrig ist. Der Winter des Jahres 96 war im Vergleich zu dem Mittelwert der Jahre 1971-2000 besonders kalt. In den Wintermonaten herrschten durchschnittlich Minustemperaturen, was ansonsten nicht der Fall war. Auch der März mit einer Temperatur von durchschnittlich 1.1 °C war wesentlich Kälter als sonst (4.9 °C).
2. Die Lufttemperatur der Freiflächenstation ist nachts niedriger als die der Waldstation. Mittags ist dies umgekehrt. Der Tagesverlauf der Stationen ist jedoch ähnlich, mit einem Maximum mittags und einem Minimum in der Nacht.

Wie in Aufgabe 2 festgestellt, unterscheiden sich Waldstation und Freiflächenstation besonders in den Temperatur-, Strahlungs- und Windgeschwindigkeitsdaten. Die Bodentemperaturdaten habe ich nicht bearbeitet, aber auch hier wird sich ein deutlicher Unterschied zeigen.

Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit, Meßstationen so aufzubauen, daß sie von Wind und Strahlung nicht direkt beeinflußt werden. Der Einfluß von Wind und Strahlung erschwert die Vergleichbarkeit von Meßdaten, so daß man immer wissen sollte woher die Meßdaten, mit denen man arbeitet, stammen.

Die Druckdaten der Stationen habe ich nicht weiter bearbeitet, um jedoch Druckdaten einzelner Meßstationen vergleichen zu können werden sie auf Standardniveau (Luftdruck auf NN) reduziert.