Wetterstation Markkleeberg

Beschreibung

Standortübersicht der Wetterstation in Markkleeberg im Wohngebiet Eulenberg

Die Wetterstation befindet sich südlich von Leipzig in Markkleeberg (genauer im Wohngebiet "Eulenberg"). Damit ist sie in der Leipziger Tieflandsbucht gelegen – einer Landschaft geprägt von ehemaligen Tagebauen und entstehenden Seen. Geografisch liegt sie in 51°16,2' Nord und 12°21,7' Ost in einer Höhe von 125 m über dem Meeresspiegel.

Messtechnik

Messmast mit den Sensoren

Als Messtechnik kommt eine Funkwetterstation vom Typ "Vantage PRO2" der Firma Davis zum Einsatz. Sie besteht aus zwei Sendestationen, und zwar einer Basissendestation (ISS) für die Messwerte Temperatur, Feuchte, Niederschlag, Wind, Strahlung und UV sowie einer zusätzlichen Sendestation für Bodentemperatur und -feuchte. Die Außensensoren sind an einem 5 m hohen Messmast befestigt bzw. unter einer Rasenfläche vergraben. Empfangen werden die Wetterdaten von einem Monitor (Console) zur Anzeige und außerdem von einer Empfangstation (Envoy) für die Übermittlung der Werte an den PC. In beiden Empfangsgeräten sind Sensoren für den Luftdruck enthalten.

Empfangsqualität

Da die Wetterdaten per Funk übertragen werden, kann es auch zu Schwankungen der Empfangsqualität der Daten kommen. Zur Überprüfung werden die Daten des Windsensors herangezogen, der alle 2,5 Sekunden sendet.

Empfangsgeräte

Console

Zur Anzeige der Wetterdaten dient die Console

Zur Anzeige von Messwerten und Berechnungen dient die Console der Vantage PRO2. Das LCD-Display misst 90 x 150 mm und zeigt alle aktuellen und aufgezeichneten Wetterkonditionen und Wettervorhersagen an. Dabei können folgende Messwerte ausgegeben werden:

• Lufttemperatur und Feuchte, Taupunkt
• Barometrischer Luftdruck
• Windrichtung und -geschwindigkeit, Windchill (gefühlte Temperatur)
• Gesamtniederschlag und Regenrate
• Evapotranspiration für Tag, Monat und Jahr
• Hitze-Index, Temperatur-Feuchte-Sonne-Wind-Index (THSW)
• Solarstrahlungsintensität, UV-Dosis und UV-Index
• Bodentemperatur und -feuchte, Blattfeuchte
• Wettervorhersage, Datum & Uhrzeit, Sonnenauf- und -untergang, Mondphasen

Die Messwerte können grafisch direkt in der Monitoreinheit angezeigt werden. Dabei sind über 80 verschiedene Auswertungen möglich. Über 30 Alarmfunktionen mit akustischer und grafischer Benachrichtigung sind möglich.

Mittels einer Symbolanzeige mit fünf verschiedenen Symbolen und einem Lauftext mit 40 verschiedenen Anzeigetexten wird die Wettervorhersage ausgegeben.

Die Console kann Messdaten von bis zu acht verschiedenen Funkstationen empfangen. Eine Weiterleitung der empfangenen Daten ist möglich. Die hohe Reichweite zwischen Monitor und Funksensoren ist bis zu 250 m, sie kann mittels Repeatern auf 1,5 km erweitert werden. Zur Übertragung wird dabei eine Funkfrequenz von 868,35 MHz im Frequenzsprung-Spreizverfahren verwendet. Der Messzyklus beträgt (beim Windsensor) 2,5 Sekunden.

Weather-Envoy

Die Verbindung der Wetterstation mit dem Computer wird durch das Weather-Envoy hergestellt

Das Weather-Envoy ist eine zusätzliche Empfangsstation für die Wetterdaten und gleichzeitig ein Datenlogger. Somit können die Messwerte gespeichert (bei einem 5 minütigen Messintervall ist Speicherplatz für eine Woche Daten) und mittels eines PCs ausgelesen und weiter verarbeitet werden.

Durch einen USB-Anschluss ist das Envoy mit dem Rechner verbunden. Die Software "WeatherLink" liest die Daten aus und bereitet sie für die Internetdarstellung auf.

Zusätzlich ist im Weather-Envoy auch ein Luftdruckssensor enthalten. Dieses Barometer hat einen Messbereich von 880 bis 1080 hPa bei einer Auflösung von 0,1 hPa. Die Genauigkeit wird mit +/- 1,7 hPa angeben.

Sensoren

Temperatur und Feuchte

Temperatur und Feuchtesensor in der Wetterhütte

An der Messstation kommen verschiedene Temperaturfühler zum Einsatz. Der wichtigste Sensor zur Messung der Außentemperatur befindet sich in einem aktiv belüfteten Strahlungsschutzgehäuse, welches ca. 2 m über Grund an einem Mast befestigt ist. Der Sensor hat eine Auflösung von 0,1°C bei einer Genauigkeit von 0,5°C im Messintervall von -40 bis +60°C.

Die Luftfeuchtigkeit wird ebenfalls in der aktiv belüfteten Wetterhütte bestimmt. Im Messbereich von 0 bis 100% kann der Sensor die Feuchtigkeit auf 1% auflösen. Der Fehler beträgt dabei maximal 3%.

Luftdruck

Das Barometer ist nicht als einzelner Sensor vorhanden, sondern ist direkt in die Console und in das Weather-Envoy integriert. Es ermöglicht Luftdrucksmessungen von 880 bis 1080 hPa bei einer Auflösung von 0,1 hPa und einer Genauigkeit von 1,7 hPa. Zusätzlich lässt sich über die Software die Luftdruckstendenz ausgeben.

Niederschlag

Regenmesser mit Strahlungs- und UV-Sensor

Die Messung des Niederschlags erfolgt direkt über der Wetterhütte für Temperatur und Feuchte. Der Niederschlagsmesser hat eine Auffangfläche von 200 cm² und kann damit den Niederschlag auf 0,2 mm genau auflösen. Als Genauigkeit werden 4% Abweichung angegeben. Aus der Niederschlagsmenge pro Zeiteinheit wird außerdem die Messgröße "Regenrate" abgeleitet. Damit im Winter bei Frost auch der Niederschlag gemessen werden kann, ist im Regenmesser eine Heizung eingebaut, die das Messsystem frostfrei hält.

Sensor für die Messung der Blattfeuchte

Ein guter Indikator wenn man den Zeitpunkt des Beginns von Niederschlag wissen möchte ist die Blattfeuchte. Mittels einer Widerstandsmessung wird sie bestimmt und zeigt demnach sofort nach dem Einsetzen des Regens seinen Beginn an, obwohl die gefallene Menge noch nicht messbar ist (da unter 0,2 mm). Natürlich wird nicht nur fallender Niederschlag damit gemessen, sondern auch sich absetzende Feuchte, wie Nebel. Je nach Feuchtegehalt der Luft kann sich Wasser an Blättern oder anderen Oberflächen absetzen.

Wind

Windfahne und Schalenstern zur Messung des Windes

Mittels gleich zweier Sensoren erfolgt die Messung des Windes: die Windrichtung wird mit einer Windfahne bestimmt. Sie ist um volle 360° drehbar und kann den Wind auf 1° genau auflösen. Der Fehler liegt dabei bei 7°. Über die Software kann man auch die Hauptwindrichtung eines Tages bestimmen. Auch eine Windrose mit den entsprechenden Bezeichnungen wie NO oder SSW ist darstellbar.

Die zweite Messgröße ist die Windstärke. Sie wird mit einem Schalenstern gemessen. Maximal können mit ihm Windgeschwindigkeiten von 54 m/s gemessen werden - das sind fast 200 km/h (Umrechnung: 1 m/s = 3,6 km/h). Der Fehler der Geschwindigkeitsmessungen wird mit 1 m/s bei einer Auflösung von mehr als 0,5 m/s beschrieben. Allerdings ist speziell die Windstärke von Hindernissen und der Höhe über Grund abhängig. Die Messung erfolgt hier in einer Höhe von 5 m (Vorgabe WMO: 10 m). Im Nordosten steht ein höheres Gebäude, was die Werte verfälscht.

Strahlung und UV

Sensor für die Solarstrahlung

UV-Sensor

Der Fühler für die Solarstrahlung kann diese auf 1 W/m² genau bestimmen. Die Genauigkeit liegt dabei bei 5% maximaler Abweichung. Zwischen 0 und 1.600 W/m² liegt der Messbereich des Sensors.

Ein zweiter Sensor ermittelt die UV-Dosis. Sie wird in der Einheit "MED" angegeben. Ein MED (minimale erythemwirksame Dosis) ist die minimale Strahlendosis, ausgedrückt in Energiemenge pro Flächeneinheit (J/m²), die eine klar abgegrenzte Hautrötung auf der sonnenexponierten Hautfläche bewirkt ("Sonnenbrand"). Ein MED entspricht beim Menschen einem UV-Strahlungsfluß von etwa 200 J/m² bei einer Wellenlänge von 297 nm. Der Messbereich des Sensors erstreckt sich von 0 bis zu 199 MEDs.

Der UV-Sensor liefert eine weiteren Messwert: den UV-Index. Er ist ein Maß für die Intensität der sonnenbrandwirksamen ultravioletten Strahlung und wird auf einer nach oben offenen Skala dargestellt. Erfahrungsgemäß nimmt er in Deutschland Werte zwischen 0 und 8, in Extremfällen 9, in den höheren Lagen der Alpen auch Werte von 9 bis 10 an. Die Station liefert den UV-Index auf 0,1 genau bei einem Fehler von 8%. Als Maximalwert wird 16 angegeben.

Bodeneigenschaften

Temperatursensoren für die Bodentemperatur

Um die Bodeneigenschaften zu bestimmen gibt es eine zweite Funkstation. Daran sind drei Edelstahltemperaturfühler und zwei Feuchtesensoren angeschlossen. Ein Temperatursensor misst die Lufttemperatur direkt über der Erdbodenoberfläche innerhalb einer vor direkter Sonnenstrahlung geschützten Hecke. Zwei weitere Temperatursensoren sind in 10 bzw. 50 cm Tiefe unter einer Rasenfläche vergraben. Die Temperaturfühler haben eine Auflösung von mehr als 1°C und einen Fehler von 0,5°C.

Die Bestimmung der Bodenfeuchte erfolgt mit diesen Feuchtefühlern

Zur Bestimmung der Bodenfeuchte sind in den Tiefen 10 und 50 cm je ein Bodenfeuchtesensor vergraben. Deren Messbereiche liegen zwischen 0 und 200 cb bei einer Auflösung von 1 cb. Je höher der Messwert ist, umso trockener ist der Boden.

Weitere abgeleitete Messgrößen

Neben den schon erwähnten abgeleiteten Größen liefert die Wetterstation weitere. Neben der "normalen" Lufttemperatur werden auch Temperaturindizes bestimmt. Diese beziehen den Einfluss anderer Messgrößen in die Berechnung mit ein. Beispielsweise enthält die Windchilltemperatur die Abkühlungswirkung des Windes. Der Hitzeindex bezieht die Luftfeuchte mit ein. THW- bzw. THSW-Index verwenden Temperatur, Feuchte, Wind und letzterer auch die Solarstrahlung.

Aus dem Feuchtegehalt der Luft und der Temperatur wird der Taupunkt bestimmt. Die bereits erwähnte Regenrate berechnet sich aus der Intensität des Niederschlags. Die Evapotranspiration - also die Verdunstung - berechnet sich aus Temperatur, Feuchte und Wind.

Eine weitere berechnete Größe ist die Luftdichte.

Auswertung

Die Software "WeatherLink" dient zur Auswertung und Aufbereitung der Messdaten

Die Empfangsstation Weather-Envoy hat einen eingebauten Datenlogger, der über die USB-Schnittstelle mit dem PC auslesbar ist. Zum Auslesen wird die Software "WeatherLink" ebenfalls von der Fima Davis. Das Aufzeichnungsintervall des Datenloggers liegt bei fünf Minuten. WeatherLink überträgt diese Messwerte alle 15 Minuten in den Computer. Dort werden die Internetseiten mit den Messdaten, Extrem- und Durchschnittswerten aufgearbeitet und die passenden Diagramme erzeugt. Im Anschluss wird alles ins Internet übertragen.

Eine zweite Software, die "PC-Wetterstation" von Werner Krenn übernimmt eine zusätzliche Auswertung. Deren Daten werden teils manuell zu den Internetseiten hinzugefügt.

Kamera

Die Netzwerkkamera liefert aller 15 Minuten ein aktuelles Bild vom Wettergeschehen

Als Erweiterung der Wetterstation dient eine Netzwerkkamera der Firma Mobotix. Das Modell "M22M-Sec" kann eine Auflösung von 1280x960 Pixel bei 10 Bildern pro Sekunde erreichen. Außerdem ist in der Kamera ein Webserver integriert, der die Bilder automatisch im Internet bereitstellt.

Die Wetterkamera ist hier in Richtung Norden ausgerichtet und deckt mit ihrem 22 mm Objektiv den Bereich Nordwest bis Nordost ab. Aller 15 Minuten wird tagsüber ein Bild bereitgestellt.