Lokal Messen – global Verstehen

9. Februar 2018, 9 Kommentare

Bern, 25. Januar 2018, 10 Uhr morgens – In einem Konferenzraum treffen sich über 50 Personen zum jährlichen Rundtisch der Schweizer Klimabeobachtung. Es sind Vertreter aus der Wissenschaft, Verwaltung und auch aus privaten Unternehmen. Sie alle haben etwas gemeinsam: Sie beobachten das Klima der Schweiz.

Titelbild des Inventarberichts des nationalen Klimabeobachtungssystems. Den ganzen Bericht finden Sie unter www.gcos.ch/inventory
Titelbild des Inventarberichts des nationalen Klimabeobachtungssystems. Den ganzen Bericht finden Sie unter www.gcos.ch/inventory

Auf dem Programm des Rundtisches stand unter anderem die Veröffentlichung des neuen Inventarberichts zum Schweizer Klimabeobachtungssystem. Aber was ist ein Klimabeobachtungssystem überhaupt und weshalb braucht es das?

Um das zu erklären, drehen wir am Rad der Zeit und gehen zurück zu den Anfängen der Schweizer Klimabeobachtung.

Ein Blick in die Vergangenheit

Die Beobachtung des Klimas hat in der Schweiz eine sehr lange Tradition. Die ältesten, systematischen Beobachtungen gehen mehr als 200 Jahre zurück. Damals, im Jahr 1808, begannen Wissenschaftler in Genf, den Zeitpunkt des Blattausbruchs einer bestimmten Rosskastanie zu notieren. Der Kastanienbaum diente also als eine Art natürliches Messinstrument, um den „Frühlingsbeginn“ zu bestimmen. Tut man dies über mehrere Jahrzehnte oder gar Jahrhunderte, kann man zurückverfolgen, ob sich dieser Zeitpunkt im Laufe der Jahre verschoben hat.

Das Schweizer Klimabeobachtungssystem

Nun genügt aber die Beobachtung eines Kastanienbaumes alleine noch nicht, um „das Klima“ als Ganzes zu beschreiben. Weitere Messgrössen wie die Lufttemperatur, die Länge der Gletscher, oder der Abfluss von Gewässern sind nötig, um fundierte Aussagen über unser Klima machen zu können.

So kamen in der Schweiz mit der Zeit immer mehr Messgrössen hinzu. Zum Beispiel starteten die ersten systematischen Schweizer Temperatur- und Niederschlagsmessungen im Dezember 1863. Die ersten Ozonmessungen begannen 1926 in Arosa und die systematische Messung der Längenänderung von Schweizer Gletschern wurde 1893 initiiert.

Heute werden insgesamt 33 Messgrössen systematisch beobachtet, um das Kima der Schweiz zu charakterisieren. Sie alle sind Teil des Schweizer Klimabeobachtungssystems. Damit leistet die Schweiz aber auch einen sehr wichtigen Beitrag an das Globale Klimabeobachtungssystem (GCOS). Die Schweizer Daten fliessen auch regelmässig in internationale Klimaberichte wie jene des Weltklimarats (IPCC) ein.

Von Äpfeln und Birnen

Grundsätzlich ist es wichtig, dass das Beobachten sowie das weitere Verarbeiten der erhobenen Daten einheitlich erfolgt. Beispielsweise ist bei der Lufttemperatur entscheidend, auf welcher Höhe über dem Boden gemessen wird. Nur wenn überall gleiche oder zumindest sehr ähnliche Messbedingungen herrschen, können die Daten miteinander verglichen werden. Ist dies nicht der Fall, vergleicht man schlussendlich Äpfel mit Birnen. Das gilt natürlich nicht nur für die Beobachtung der Lufttemperatur, sondern für alle 33 Messgrössen.

Entsprechend ist auch die Qualitätssicherung  ein Teil des Schweizer Klimabeobachtungssystems. Zum Beispiel werden am Weltstrahlungszentrum in Davos seit 1971 Messgeräte für Sonneneinstrahlung aus der ganzen Welt geeicht. Weiter ist auch das Bereitstellung der erhobenen Daten wichtig, so macht beispielsweise  das internationale Datenzentrum für Gletscherdaten an der Universität Zürich glaziologische Daten zur weltweiten Nutzung  verfügbar.

Was nützt uns das Schweizer Klimabeobachtungssystem?

Systematische Beobachtungen bilden die Grundlage für die Untersuchung des vergangenen Klimas. Sie helfen uns, langfristige Veränderungen zu erkennen und, im Zusammenspiel mit Modellen, Abschätzungen des zukünftigen Klimas zu machen.  Sie unterstützen somit Behörden, Politik, Wirtschaft und die Gesellschaft, klimabedingte Risiken zu erkennen und zu verringern. Beispielsweise werden die Klimabeobachtungen vom National Centre for Climate Services (NCCS) genutzt. Als Netzwerk des Bundes für Klimadienstleistungen erarbeitet das NCCS Antworten auf Fragen wie: „Wird es in Zukunft stärker regnen und deswegen grössere Überschwemmungen geben?“

Neuer Inventarbericht

Wer einen tieferen Einblick in die 33 Schweizer Klimavariablen und deren Geschichte, oder in die Arbeit von Kalibrations- und Datenzentren in der Schweiz bekommen möchte, kann dies ab heute tun.

Dazu genügt ein Blick in den Inventarbericht des Nationalen Klimabeobachtungssystems.

Weiterführende Informationen

Was ist GCOS?

Das “Global Climate Observing System“ – kurz GCOS – ist ein internationales Programm mit dem Ziel, das Klima weltweit einheitlich zu erfassen und die gewonnen Informationen für Nutzer zugänglich zu machen. Um dies zu erreichen gibt GCOS zum Beispiel vor, welche Variablen gemessen werden sollten, um das Klima zu charakterisieren. Das Schweizer Klimabeobachtungssystem ist ein Teil des globalen Klimabeobachtungssystem und leistet so einen wichtigen Beitrag zum Verständnis des globalen Klimas.

GCOS

GCOS Inventar

NCCS

Kommentare (9)

  1. werner, 01.03.2018, 09:35

    Ich verstehe nicht warum man bei den Temperaturen immer nur Abweichungen angibt. Warum nicht die absoluten Messdaten? Zudem sollten imho besonders bei 100+ Jahre alten Messungen und Messtechniken, die verglichen werden, eine Fussnote betreffend Unsicherheiten, +/-, enthalten, wie bei anderen statistischen Erhebungen. Ebenso +/- betreffend Standort, der 'urban heat islands' Effekt. Z.B. der Messpunkt auf dem Gr. St Bernhard ist heute an einem Gebäudekomplex, praktisch mitten in einem grossen, asphaltierten Parkplatz und im Sommer sicher nicht, auf Zehntelgrad genau, vergleichbar mit alten Zeiten, wie das die Abweichtabelle suggeriert. Sorry, aber für diesen Laien hier wirft dieser Artikel mehr Fragen auf als er beantwortet.

    1. MeteoSchweiz, 02.03.2018, 08:43

      Es werden bei Temperaturwerten keineswegs immer nur Abweichungen angegeben. In den Monatsberichten finden sich hin und wieder Messreihen mit absoluten Werten.

      Bericht Januar 2018
      http://www.meteoschweiz.admin.ch/home/aktuell/meteoschweiz-blog/meteoschweiz-blog.subpage.html/de/data/blogs/2018/1/extrem-milder-januar-mit-viel-sturm-und-viel-schne.html

      Bericht Februar 2018
      http://www.meteoschweiz.admin.ch/home/aktuell/meteoschweiz-blog/meteoschweiz-blog.subpage.html/de/data/blogs/2018/2/trueber-februar-mit-kurzer-kaeltewelle.html

      Will man aber z.B. die Temperaturentwicklung verschiedener Standorte miteinander vergleichen, sind Abweichungen zu einer einheitlichen Referenzperiode (wie sie von der WMO empfohlen wird) einfacher zu lesen. Das wird auch international so gehandhabt. Je nach Anwendung macht also das eine oder das andere mehr Sinn. Im Blog steht das Thema Schweiz-global im Zentrum. Die Verwendung der Abweichung als Vergleich mit anderen Weltgegenden ist also durchaus angebracht.

      Die Vergleichbarkeit von historischen mit aktuellen Messungen ist das zentrale Thema in der Klimatologie. MeteoSchweiz verfügt dazu über Spezialisten, die auch im internationalen wissenschaftlichen Austausch diesen Aspekt umfassend bearbeiten. Die eigentliche Messgenauigkeit der Instrumente spielt beim Vergleich von alten und neuen Monats- bis Jahresmitteln eine untergeordnete Rolle, da sie durch die Mittelung sehr klein werden. Viel stärker ins Gewicht fallen systematische Veränderungen durch neue Standorte, neue Messgeräte und Veränderungen in der Umgebung. Nur wenn der Einfluss solcher Veränderungen aus den Datenreihen entfernt wird, lassen sich Aussagen zur vergangenen, langjährigen Klimaentwicklung machen. Dies wird mittels Homogenisierung der Daten erreicht. Die Homogenisierung von Messreihen ist eine Kernaufgabe der MeteoSchweiz. Auf der Internetseite der MeteoSchweiz ist mehr dazu zu erfahren:

      Homogenisierung von Klima-Messreihen
      http://www.meteoschweiz.admin.ch/home/klima/schweizer-klima-im-detail/homogene-messreihen-ab-1864/homogenisierung-von-klima-messreihen.html

  2. Mike (Basel), 20.02.2018, 16:51

    Es bleibt dabei. Bei der Sonnenscheindauer werden weiterhin Äpfel mit Birnen verglichen. Schon alleine deshalb, weil MeteoSchweiz der Empfehlung der WMO nicht nachgekommen ist und wie alle anderen, den Schwellenwert für die Registrierung von Sonnenschein von 200 W/m2 auf 120 W/m2herabgesetzt hat. Somit war es jedenfalls unmöglich die Sonnenscheinstunden des benachbarten Auslands mit denen der Schweiz zu vergleichen. Man muss sich dafür bspw. nur die beiden Station Basel-Binningen (MeteoSchweiz) und Rheinfelden (DWD) anschauen.
    Mit der Einführung des automatischen Messnetzes, ANETZ , fand 1978 eine grosse Änderung der Messtechnik und Messmethodik statt. Der Haenni Solar 111b, ein optisch-elektrisches Messgerät, löste den Sonnenscheinautographen nach Campbell-Stokes ab. Die WMO hat 1977 hat auf der CIMO-VIl-Tagung eine Schwelle von 200 W/m2 ± 10 % für verbindlich erklärt. Diese Empfehlung wurde von der Schweiz mit der Einführung des ANETZes auch umgesetzt. In Vorbereitung der CIMO-VIIl-Tagung wurden in England und Frankreich neue Vergleichsmessungen bezüglich der Ansprechschwelle des Campbell-Stokes-Sonnenscheinautographen durchgeführt. Das Resultat war, dass tägliche Sonnenscheindauerwerte, die mit dem Pyrheliometer gemessen wurden, bei einem Schwellenwert von 120 W/m2 bessere Ergebnisse im Vergleich zum Campbell-Stokes brachten als einer von 200 W/m2. Da keinesfalls ein Schwellenwert von 200 W/m2 bestätigt werden konnte, beschloss die WMO auf der CIMO-VlII-Tagung, 1982, ein Schwellenwert von 120 W/m2 als neues Ansprechschwelle zu empfehlen. Auch Heimo, A. schreibt in "Durée d'insolation II: Mesures de l'influence du seuil de sensibilité", dass bei Vergleichsmessungen in Payerne zwischen einem Schwellenwert von 120 W/m2 und 200 W/m2, der niedrigere Wert einen Überschuss von 5.5% erbringt und empfiehlt daher nach der Weisung der WMO den Schwellenwert in der Schweiz von 200 W/m2 auf 120 W/m2 zu reduzieren.
    MeteoSchweiz belies ihn aber bis zum Schluss beim Haenni Solar 111b bei 200 W/m2.
    In „Homogenisierung klimatologischer Zeitreihen, dargelegt am Beispiel der relativen Sonnenscheindauer“ aus dem Jahr 1996 heisst es dazu:
    „HEIMO kommt zum Schluss, dass eine Reduktion der Ansprechschwelle von 200 W/m2 auf 120W/2 gemäss der neuen Weisung der WMO, im ANETZ vorzunehmen sei. Er gibt zu bedenken, dass der Vollzug nicht ganz unproblematisch sei und nur unter der Bedingung gelinge, dass die Eichprozedur der Haenni Solar 111 wesentlich verbessert wird, denn die WMO verlangt eine Eichgenauigkeit des Schwellenwertes von ±20%, die heute im ANETZ bei weitem nicht erreicht wird. Zudem begrüsst er eine baldige Ablösung der Haenni-Geräte durch Soni-Instrumente, welche wesentlich genauer geeicht werden können und zusätzlich eine gute Abschätzung der direkten Sonnenstrahlung ermitteln. Leider seien die Geräte noch nicht reif für den Netzbetrieb. Trotz dieser Empfehlung wird im ANETZ noch heute mit einer Schwellenintensität von 200 W/m2 gemessen. Der Entscheid aus dem Jahr 1989 wird wie folgt begründet.
    -Eine Reduktion des Schwellenwertes um 40% liegt im Bereich der Eichunsicherheit von ±30%.Der Nutzen einer Änderung werde dadurch in Frage gestellt.
    -„Da die eingesetzten Haenni-Sonnenscheingeber technisch kaum zu verbessern sind (v. a.was die Eichung betrifft),wird erst bei derAblösung durch ein neues Gerät die neue WMO-Ansprechschwelle verwendet.
    -Um die Homogenität der ANETZ-Sonnenscheindauer nicht zusätzlich zu beeinträchtigen, soll die Schwellenwertanpassung gleichzeitig mit dem sich aufdrängenden Gerätewechsel erfolgen. Damit hat man nur einen potentiellen Bruch in den Zeitreihen, anstelle von zwei zeitlich aufeinanderfolgenden.“
    http://www.meteoschweiz.admin.ch/home/service-und-publikationen/publikationen.subpage.html/de/data/publications/1996/12/homogenisierung-klimatologischer-zeitreihen--dargelegt-am-beispi.html
    Heisst das jetzt, dass mit der Einführung des SPN-1 der Firma Delta-T Devices ein Schwellenwert von 120 W/m2 verwendet wird?
    Warum kann man europaweit nicht mit einem einheitlichen Messgerät, wie dem Soni (DWD) und einem gleichen Schwellenwert messen?
    Leider gab es im Dezember 2009 im Zuge der Einführung des neuen MeteoSchweiz-Messnetzes (SwissMetNet), welche des ANETZ ablöste, in Basel eine neue Stationsverschiebung. Die Messeinrichtung musste vom Dach des Observatoriums auf den Boden verlegt werden. Infolge der dadurch resultierenden Horizontabschattung, reduzierte sich auch die maximale mögliche Sonnenscheindauer, was sich besonders in den Wintermonaten bemerkbar macht.
    Das wird nun auch deutlich, wenn man sich die neuen homogenisierten Werte der Station anschaut. Bis vor kurzem lag das 1981-2010er Mittel bei 1637.1h. Neu liegt es nun nur noch bei 1590.3 h. Schade, die Reihe ist nun trotz der Homogenisierung kaum noch zu gebrauchen.
    Die weitergeführte Station des Meteorologischen Vereins kommt im 1981-2010er Mittel bspw. auf 1756 h.

    1. MeteoSchweiz, 22.02.2018, 18:02

      MeteoSchweiz ist sich der Diskrepanz zwischen dem von der WMO vorgeschlagenen und dem im Messnetz verwendeten Schwellenwert bei der Messung der Sonnenscheindauer bewusst. Sie ist historisch begründet, wie im Kommentar zum Blog korrekt dargelegt ist. Auch das teilweise heute eingesetzte neue Messgerät SPN-1 wird mit einem Schwellenwert von 200 W/m2 betrieben, da MeteoSchweiz die zeitliche und räumliche Konsistenz (Vergleichbarkeit mit den früher und heute noch im Einsatz stehenden Haenni Solar) innerhalb der Schweiz aus verschiedenen Gründen stärker gewichtet als die direkte Vergleichbarkeit mit Messungen der Nachbarländer. Stichworte dazu sind die Langzeit-Klimabeobachtung oder die räumliche Gitterung der Daten. Bezüglich Stationsverschiebung in Basel ist festzuhalten, dass gerade die Homogenisierung sicherstellt, dass die heutigen Messungen mit den historischen Daten vergleichbar bleiben.

    2. Mike (Basel), 23.02.2018, 00:07

      Vielen Dank für die Antwort.
      Schade, dass trotz diverser Empfehlungen eine Umstellung auf 120 W/m2 und der damit gegebenen Vergleichbarkeit mit dem Ausland nicht gegeben ist. Haben doch Vergleichsmessungen gezeigt, dass im Vergleich zum konventionellen Gerät, der Haenni Solar im Mittelland deutlich weniger Sonnenstunden aufzeichnete. Die Vergleichsmessungen sind in den Annalen der SMA zu finden.
      Hier das Beispiel für Basel/Binningen
      Jährliche Sonnenstunden
      Jahr | H.S. | C. St. | Diff.
      1990 | 1847 | 1964 | -114
      1989 | 1847 | 1980 | -132
      1988 | 1522 | 1667 | -143
      1987 | 1405 | 1542 | -139
      1986 | 1520 | 1688 | -167
      1985 | 1695 | 1835 | -138
      1984 | 1583 | 1697 | -116
      1983 | 1611 | 1758 | -149
      1982 | 1582 | 1746 | -166
      1981 | 1404 | 1567 | -163
      1980 | 1408 | 1556 | -145
      1979 | 1411 | 1565 | -156
      1978 | 1504 | 1691 | -188
      H. S.: Haenni Solar
      C. St.: Campbell Stokes
      Diff.: Differenz in Stunden

      Im Mittel wurden in Basel/Binningen mit dem neuen Gerät 8.7 % weniger Sonnenschein registriert.
      Interessant dabei ist: Rechnet man zum 1981-2010er Mittel für Basel/Binningen (1637.1 h), welches noch auf die Aufzeichnungen mit dem Haenni Solar auf dem Dach des Observatoriums beruhen, diese 8.7 % dazu, erhält man: 1779.5 h. Diese Jahressumme korreliert sehr gut mit den Werten, die der DWD für Rheinfelden im 1981-2010er Mittel angibt.
      Sonst könnte bspw. jemand der aus der Tourismusbranche kommt und mit diesen Infos nicht vertraut ist, auf die Idee kommen, dass Rheinfelden auf deutscher Seite deutlich sonniger als Basel ist, denn wer ist denn schon mit dem Begriff der relativen Sonnenscheindauer vertraut.
      Rheinfelden (DWD): 1751 h
      Basel-Binningen (Meteorologischer Verein) 1756 h
      Basel-Binningen (MeteoSchweiz neu homog.): 1590 h
      Freundliche Grüsse

  3. Ignaz Reutlinger, 12.02.2018, 22:02

    Würde man aufgrund von Auswertungen von Baumring-Reihen in der römischen Zeit beginnen, könnte man feststellen, dass das es damals gleich warm wenn nicht noch wärmer war.

    1. Gerri, 14.02.2018, 19:26

      Das würde aber bedeuten das die durch Menschen gemachte CO2 Problematik nichts mit einer Globalen Klimaerwärmung mit Katastrophalen Auswirkungen bei dem sich der Meeresspiegel extrem erhöht und Gletscher abtauen und polkappen schmelzen und Trockenheit blablabla zu tun hat. Gelle?

  4. Martina Mittelberger, 12.02.2018, 09:53

    Eine Frage:
    Wieso wird für die Berechnung des Temperaturdurchschnittes ausgerechnet die Periode 1961-1990 hergenommen?
    Ginge man weiter zurück, hätte man noch mehr Erwärmung, hörte man nicht bei 1990 auf, würde sich die Durchschnittstemperatur erhöhen, etc...
    Wer definiert also den Referenzzeitraum und was sind die Gründe dafür?

    1. MeteoSchweiz, 13.02.2018, 09:16

      Die Periode 1961-1990 wird gemäss Empfehlung der WMO (Weltorganisation für Meteorologie) als Referenzperiode für die Beobachtung der langjährigen Klimaentwicklung verwendet. Auch auf unserer spezifischen Internetseite zu den langjährigen Trends wird dementsprechend die Normperiode 1961-1990 als Basis verwendet (vgl. http://www.meteoschweiz.admin.ch/home/klima/klimawandel-schweiz/temperatur-und-niederschlagsentwicklung.html)

      Für Aussagen und Produkte mit Bezug auf das aktuell erlebte Klima (z.B. ist ein Monat zu nass, zu trocken, zu warm oder zu kühl), wird die aktuelle Normperiode 1981-2010 verwendet.

      Zur Verwendung von Normperioden äussert sich MeteoSchweiz sehr ausführlich auf der folgenden Internetseite: http://www.meteoschweiz.admin.ch/home/klima/klima-der-schweiz/klima-normwerte.html