Messfehler

Natürliches Klimasignal ohne unerwünschte Einflüsse

Systematische und zufällige Messfehler in den meteorologischen Datenreihen sind unvermeidlich. Es ist wichtig, sie zu erkennen, zu minimieren und bestmöglich aus den Datenreihen zu entfernen, um die Messungen möglichst der Wirklichkeit anzunähern.

Unerwünschte künstliche Einflüsse bei der Messung der meteorologischen Elementen überlagern natürliche Klimaänderungen und kehren im Extremfall sogar Trends um. Fehler, die durch die Messbedingungen selbst verursacht werden, zählen zu den systematischen Fehlern. Am häufigsten führen ein schlecht ausgewählter Messort, unzureichender Strahlungsschutz, mangelnde Belüftung der Wetterhütte, Parallaxenfehler und schlechte Eichung zur systematischen Über- oder Unterschätzung einer Messgröße. Ein besonderes Problem stellen häufige Standortwechsel von Klimastationen dar. Die Lufttemperaturmessung etwa reagiert neben Strahlungsfehlern auf Änderungen der Vegetation und Bebauung der Umgebung äußerst sensibel.

Völlig verfälschte Klimatrends

Als Beispiel sei der systematische Niederschlagsmessfehler ausführlich erklärt, der nach wie vor ein ungelöstes Problem für die Messtechnik darstellt: Die Messung unterschätzt den wahren Niederschlag allgemein. Der Messfehler kann im Wesentlichen auf die Deformation des Windfeldes über dem Messgerät, auf Verdunstung des gesammelten Wassers zwischen den Messterminen, auf Verluste durch Spritzwasser und Schneeverfrachtung sowie auf die Benetzung an den Innenseiten von Auffangfläche und Sammelbehälter zurückgeführt werden (Abb. 1). Der Messfehler entsteht also einerseits durch das Messgerät selbst (Form, Größe, Querschnitt, Material, Farbe usw.), andererseits durch meteorologische Faktoren (Wind, Luftfeuchtigkeit, Strahlung, Lufttemperatur usw.).

Abb. 1: Einflussgrößen auf den systematischen Niederschlagsmessfehler durch Abdrift von Tropfen sowie durch Verdunstung und Benetzung (Ungersböck u.a. 2001).

Fehler mit System

Der größte Niederschlagsmessfehler ist aufgrund der höheren Windgeschwindigkeiten und des höheren Anteils an Schneeniederschlag im Hochgebirge gegeben, der geringste bei einem sommerlichen Starkregenereignis in einer windschwachen Beckenlage. Der Verdunstungsverlust kommt in erster Linie bei den Messgeräten, die bei negativen Temperaturen beheizt werden müssen (wie Niederschlagswippen), oder bei Sammelbehältern, die nur selten entleert werden (wie Totalisatoren), zum Tragen. Insgesamt beträgt der systematische Niederschlagsfehler im Mittel 5–10 % für flüssigen Niederschlag, übersteigt aber bei Schnee und hohen Windgeschwindigkeiten sogar 50 %.

Fehler aus Zufall

Zu den zufälligen Messfehlern zählen Ablesefehler, wobei es sich häufig um die sogenannten 5- bzw. 10-Grad-Fehler handelt, Schreibfehler, wozu vergessene Minuszeichen zählen, sowie Digitalisierungs- und Übertragungsfehler.

Sowohl für systematische als auch zufällige Fehler existieren EDV-gestützte Datenprüfungsprogramme und Korrekturverfahren. Somit können Messfehler mit hoher Wahrscheinlich entdeckt und korrigiert, also homogenisiert, werden.

Literatur:

Førland E.J., Hanssen-Bauer I. (2000): Increased precipitation in the Norwegian Arctic. True or False? Climatic Change 46, 485–509, doi:10.1023/A:1005613304674

Linacre E. (1992): Climate Data and Resources. A reference and guide. London, New York: Routledge, 366 Seiten, doi:10.1002/joc.3370130710

Sevruk B. (1982): Methods of correction for systematic error in point precipitation measurement for operational use. Operational Hydrology Report 21. Genf: WMO, 91 Seiten, ISBN 978-92-631-0589-9

Sevruk B. (1989): Reliability of precipitation measurement. Proceedings of International Workshop on Precipitation Measurement, St. Moritz, Schweiz, 3–7. Dezember 1989, WMO/IAHS/ETH, 13–19.

Sevruk B., Klemm S. (1989): Catalogue of national standard precipitation gauges. WMO instruments and observing methods. WMO Report 39/749, 50 Seiten (PDF-Datei; 1,17 MB)

Ungersböck M., Auer I., Rubel F., Schöner W., Skomorowski P. (2001): Zur Korrektur des systematischen Fehlers der Niederschlagsmessung. Anwendung des Verfahrens für ÖKLIM-Karten. Österreichische Beiträge zu Meteorologie und Geophysik 27, DACH 2001 (CD-ROM)