Überblick über ausgewählte Erkenntnisse und Arbeiten aus KARE-CS

Im Projekt KARE-CS wurde an vielen verschieden Stellen gearbeitet wie an Wettermessungen und Wettermeldungen im Bayerischen Oberland sowie der Darstellung und Auswertung der Ergebnisse durch die Ludwig-Maximilians-Universität München und die Freie Universität Berlin. Ein zentrales Werkzeug im Projekt ist das Messgerät der MESSI (Abb. 1). Der MESSI wurde an der FU Berlin entwickelt (Design, Auswahl der Sensoren und 3D-gedrucktes Gehäuse). Die Produktion erfolgte teilweise intern und teilweise extern. Für die Serienproduktion wurden die 3D-gedruckten Teile mit Ausnahme der oberen und unteren unteren Schicht im Spritzgussverfahren hergestellt, Die folgenden Parameter können gemessen werden: Lufttemperatur (innerhalb und außerhalb des Gehäuses), relative Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Strahlung (im sichtbaren und infraroten Bereich) und Niederschlag. Zur Messung des Niederschlags wurde eine einfache handelsübliche Kippwaage zur Erzeugung von Impulsen hinzugefügt, die über einen Erweiterungsanschluss mit dem MESSI verbunden ist.

Abb. 1: MESSI mit Regenwippe (Foto: Andreas Trojand, CC BY-NC-ND 3.0 DE)

Die Abbildung 2 zeigt eine exemplarische Übersicht über die aktuellen Messwerte eines ausgewählten MESSI und die Minimal- und Maximalwerte des aktuellen Tages. Rechts befindet sich eine Zeitreihe eines ausgewählten Parameters (hier die Temperatur im Gehäuse) für einen ausgewählten Zeitraum. Dargestellt sind die Werte des eigenen MESSI (rot) und die Werte von bis zu 10 nächstgelegenen MESSIs (grau). Der Benutzer kann zwischen verschiedenen Zeiträumen wählen (letzte 60 Minuten, letzte 24 Stunden und letzte Woche) und somit auch seine/ihre eigenen Daten mit den Messdaten der anderen MESSIs vergleichen.

Abb. 2: Screenshot aus der Webanwendung (Quelle: Kox, Rust et al. 2021, S. 81)

In den gemessenen Daten wurden einige interessante meteorologische Phänomene festgestellt, wie z. B. ein Cold Pool. Dies sind kleinräumige Gebiete kalter Luft, die durch Verdunstungsabkühlung unterhalb regnender Wolken entstehen und sich rasch am Boden ausbreiten. Der Durchgang einer Cold Pool Front wenige Minuten vor Einsetzen des Niederschlags wird in der Regel von einem rapiden Absinken der Lufttemperatur, einem raschen Luftdruckanstieg und einem deutlichen Auffrischen des Windes begleitet. Da Cold Pools durch Hebung an ihrer Vorderseite häufig neue Konvektion auslösen, sind sie entscheidend für das Verständnis der Organisation von konvektivem Niederschlag (FESSTVaL). Mit dem Netz von Geräten in wenigen Kilometern Entfernung voneinander und zeitlich (10 Sekunden) hochauflösenden Daten bietet das Potenzial, diese kleinräumigen Unwetterphänomene detaillierter zu untersuchen als mit professionellen Stationen, die in etwa 25 km Abstand zueinanderstehen. Ob und wie das Potenzial der Daten solcher Netze tatsächlich sowohl für wissenschaftliche Untersuchungen als auch für die operationelle Vorhersage genutzt werden kann, ist eine offene Frage und der Schwerpunkt aktueller und zukünftiger Forschung (Kox, Rust et al. 2021). Abbildung 3 zeigt einen solchen Cold Pool, wie er durch das KARE-CS Messnetz im Oberland gemessen wurde. Im oberen Feld wird die Temperatur innerhalb (grün gestrichelte Linie) und außerhalb (durchgezogene Linie) des Gehäuses, der Taupunkt (blau) und der Luftdruck in Höhe der Station (gelb, in etwa 600 m Höhe) angegeben. Im unteres Feld der Niederschlag in Form der Anzahl von Impulsen der Regenwippe pro 5 Minuten. Drei Impulse stehen für etwa 1 mm Regen.

Abb. 3: Cold Pool entdeckt von MESSI 13887 am 22. September 2020 (Quelle: Kox, Rust et al. 2021, S. 84).

Neben der Messung von Wetterdaten meldeten die Teilnehmenden auch beobachtete Wetterereignisse und lokale Auswirkungen des Wetters. Die Berichte wurden über eine browserbasierte Abfrage mit dem Smartphone übermittelt. Der Ablauf ist in Abbildung 4 skizziert. Nach Angabe von ID, Ort und Datum und Uhrzeit schätzen die Teilnehmenden die „Schwere“ oder „Intensität“ der beobachteten Wetterereignisse, einschließlich geschätzter Niederschlagsmenge, Windgeschwindigkeit, Hagelgröße und Berichte über Blitze an. Neben der Einschätzung der „Schwere“ oder „Intensität“ der Ereignisse wurden auch Aussagen über beobachtete Schäden, sowohl auf einer selbst eingeschätzten numerischen Skala (1-10) als auch als verbale Aussagen getroffen (z. B. umgestürzte Gartenmöbel, umgestürzte Bäume, überflutete Unterführungen). Zudem sind Angaben zu weiteren negativen Auswirkungen des Wetters auf das tägliche Leben möglich (z. B. Aufenthalt im Haus, Umsteigen auf ein anderes Verkehrsmittel).

Abb. 4: Skizzierter Ablauf einer Wettermeldung (Quelle: Kox, Rust et al. 2021, S. 82).

Während der Messphasen zwischen 2020 und 2021 wurden insgesamt 505 gültige Wettermeldungen abgegeben (siehe Abb. 5). Davon entfielen allein 353 Meldungen auf Regen, 179 Meldungen auf Wind, 137 auf Gewitter und 34 auf Hagelereignisse. Mit 159 Meldungen im Zeitraum war Lenggries (PLZ Gebiet 83661) Spitzenreiter. Es folgen 82467 Garmisch-Partenkirchen mit 69 Meldungen (das Gebiet war allerdings erst ab 2021 mit im Projekt dabei) und 83677 Reichersbeuern mit 46 Meldungen sowie 83646 Wackersberg mit 45 Meldungen.

Abb. 5: Gesamtzahl der Wettermeldungen pro PLZ Gebiet.

Abbildung 6 zeigt exemplarisch die Meldungen von Niederschlag und seinen Auswirkungen in Folge eines Niederschlagsereignisses am 27. Juni 2020. Die Symbole geben PLZ Gebiete an, in denen eine solche Meldung abgegeben wurde. Die Regenwolkensymbole zeigen Meldungen von Regen nach ihrer „Intensität“ (blau=gering, orange=mittel, rot=stark). Die Häusersymbole mit der Welle geben Auswirkungen von Regen in ihrer durch die Teilnehmenden eingeschätzten Intensität (blau=gering, orange=mittel, rot=stark) an.

Abb. 6: Wettermeldungen (im PLZ Gebiet) am 27. Juni 2020