Agricultural weather stations: Comparison of on-the-spot weather data with those from surrounding official weather stations

摘要

Wetterdaten sind für die Landwirtschaft ein wichtiges Hilfsmittel. Basierend auf einer zehnjährigen Messreihe werden die auf dem Versuchsfeld des Julius Kuhn-Instituts in Dahnsdorf (Landkreis Potsdam-Mittelmark, Land Brandenburg) mit Hilfe einer agrarmeteorologischen Station gewonnenen Werte mit denen umliegender Stationen und Niederschlagsmessstellen des Deutschen Wetterdienstes (DWD) verglichen und unter verschiedenen Gesichtspunkten statistisch analysiert. Folgende Aussagen lassen sich ableiten: Zwischen den Messreihen der agrarmeteorologischen Station und den umliegenden DWD-Stationen bzw. -Niederschlagsmessstellen bestehen starke Korrelationen. Die Korrelationskoeffizienten variieren in Abhängigkeit von der meteorologischen Größe, der betrachteten Zeit-Skalen sowie zwischen den jeweiligen Stationen. Bei Stundenwerten liegen sie zwischen 0,97 und 1,00 (Lufttemperatur), zwischen 0,83 und 0,86 (relative Luftfeuchte) bzw. Zwischen 0,16 und 0,22 (Niederschlagshöhe). Die stärksten Zusammenhänge sind für den Gesamtzeitraum zu erkennen. Einzelne, zeitlich begrenzte Merkmale (z.B. relative Luftfeuchte vor Sonnenaufgang) unterscheiden sich dagegen teilweise erheblich voneinander.Die Unterschiede resultieren aus der räumlichen Entfernung und der Höhenlage der Stationen sowie den Gegebenheiten ihrer unmittelbaren Umgebung (Expornniertheit, Bebauung, Bewuchs). Deren Einflüsse über lagern einander. Auch sie variieren in Abhängigkeit von der meteorologischen Größe.Der Informationsgewinn einer „vor Ort" installierten agrarmeteorologischen Station ergibt sich vor allem bei Betrachtung kleinerer Zeit-Skalen (z.B. Stunden). Die mittleren Differenzen der Lufttemperatur zwischen der agrarmeteorologischen Station und den DWD-Stationen umfassen den Wertebereich zwischen -0,48 K (Magdeburg) und +0,50 K (Wiesenburg).Bei verdichteten Daten (Tages- bzw. Monatswerte) ist die Auswahl und Festlegung einer Repräsentativstation sinnvoll. Dass nicht immer die nahest gelegene die günstigste Station ist, zeigen die Ergebnisse des vorliegenden Vergleichs.Bezogen auf das Versuchsfeld in Dahnsdorf lassen sich z.B. Lufttemperatur und Luftfeuchte anhand der Messwerte der entfernteren Stationen Wittenberg (28,5 km) bzw. Potsdam (40,0 km) besser abbilden als mit denen der nahe, aber exponiert gelegenen Station Wiesenburg (14,0 km). Diese meteorologischen Größen werden weniger durch die Entfernung der Stationen als durch deren Höhenlage beeinflusst.Anderes gilt für die räumlich sehr variable Niederschlagshöhe: Bei dieser ist eine deutliche Abhängigkeit der Differenzen von der Entfernung der Stationen erkennbar. Die Tagessummen der Niederschlagshöhe können teilweise erheblich variieren: Bei einer in Dahnsdorf gemessenen Tagessumme von mindestens 2,0 mm differieren 18,6% (Niemegk, 3,3 km entfernt) bis 61,2% (Magdeburg, 71,9 km entfernt) der Werte der DWDStationen und -Niederschlagsmessstellen um 2,0 mm und mehr von der des Versuchsfeldes. Die Häufigkeit des Überschreitens definierter Differenzen der Niederschlagshöhe (ARR) und die Entfernungen zwischen den Stationen lassen sich an logarithmische Funktionen mit hohem Bestimmtheitsmaß (R2 = 0,90 … 0,94) anpassen. Mögliche Einflüsse der mesoklimatischen Unterschiede zwischen einer großräumig landwirtschaftlich genutzten (Versuchsfeld Dahnsdorf) und einer durch Bebauung beeinflussten Fläche (DWD-Stationen) auf Ergebnisse mathematisch-numerischer Modelle (Befall, Wachstum, Ertrag bzw. Meteorologische Parameter) müssen in einer späteren Untersuchung analysiert werden.%Weather information are important tools for agriculture. Weather data obtained over ten years at the experimental field of the Julius Kuhn-Institut in Dahnsdorf (Potsdam-Mittelmark rural district, federal Land of Brandenburg) were compared with those from surrounding official weather and precipitation stations of Deutscher Wetter-dienst (Germany's official meteorological service). The results were statistically analyzed from various points of view and using different methods.The following conclusions were drawn:In general, weather data from the agricultural weather station and from the surrounding official weather and precipitation stations are closely correlated. Correlation coefficients depend on the meteorological parameter itself, the time interval under investigation and the station. Hourly values show coefficients of 0.97 to 1.00 (air temperature), 0.83 to 0.86 (relative humidity) and 0.16 to 0.22 (precipitation). The strongest correlations are found in particular for the total time interval. Individual parameters limited in time (as for instance relative humidity before sunrise) may vary enormously.Differences result from spatial distance, altitude of the stations and local conditions of direct vicinity (exposure, buildings, plants). Effects of these parameters overlap each other. And they vary depending on the meteorological parameters.Additional information from an on-spot agricultural weather station is gained in particular when considering smaller time intervals (for instance hours). Medium differences of air temperature between the agricultural weather station and the DWD station vary from -0.48 K (Magdeburg) to +0.50 K (Wiesenburg).In case of condensed data (daily and monthly values) it is useful to choose a representative station. A comparison shows that such a station should not necessarily be the closest one.rnReferring to the experimental field at Dahnsdorf, air temperature and humidity, for instance, better correspond with the more distant stations at Wittenberg (28.5 km) or Potsdam (40.0 km) than with the closer one at Wiesenburg (14.0 km) which is however more exposed. In this case meteorological parameters are stronger influenced by altitude than by distance.This is not true of precipitation, which varies strongly with distance. Differences are clearly dependent on distances between the stations. Total daily precipitation may considerably vary in part. For instance, a daily sum of minimum 2 mm precipitation was identified at Dahnsdorf. Comparing the individual values with those from the DWD stations and measuring points, 18.6% (for Niemegk, at 3.3 km distance) up to 61.2% (for Magdeburg, at 71.9 km distance) of them differ by minimum 2.0 mm. The frequency of exceeding defined differences of precipitation (ARR) and the distance among the stations can be shown as logarithmic function with high coefficient of determination (R~2 = 0.90 … 0.94).Further studies are required to analyze possible influences of mesoclimatic differences between a larger field (experimental field at Dahnsdorf) and a developed area (DWD stations) on mathematic-numeric models (infestation, growth, yield or meteorological parameters).