Wetterstation

Aufgabe und Formen von Wetterstationen

Eine Wetterstation ist eine Zusammenstellung verschiedener Messgeräte. Sie misst meteorologische Größen, beobachtet dadurch das Wetter an einem bestimmten Ort und liefert Daten für die Klimaforschung. Wetterstationen werden für staatliche Wettermessungen, Wettervorhersagen, andere Wetterdienste und private Zwecke eingesetzt. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen analogen und digitalen Wetterstationen.

Der Deutsche Wetterdienst (DWD) betreibt laut seiner Messnetzkarte 207 Stationen. Davon sind 160 hauptamtliche vollautomatische Wetterstationen ohne Personal. Die 21 Wetterwarten des DWD sind dagegen mit Personal besetzte Messstationen; zu ihnen gehören 16 Flugwetterwarten. In Österreich betreibt GeoSphere Austria etwa 280 teilautomatische Wetterstationen. Die älteste noch bestehende Wetterstation befindet sich an der Sternwarte Kremsmünster in Oberösterreich. Sie wurde 1762 eingerichtet und besitzt weltweit die längste kontinuierliche Messreihe.

Analoge Messung und standardisierte Wetterhütten

Analoge Wetterstationen befinden sich meistens in Wetterhütten, die auch Thermometerhütten oder Klimahütten genannt werden. Das sind etwa kopfhohe, aufgeständerte Kästen aus Holz oder witterungsbeständigem Kunststoff. Ihre Lamellenwände schützen die Instrumente vor Regen und Wind, Schmutz sowie vor Erwärmung oder Abkühlung durch die Ein- und Abstrahlung von Wärme. Dadurch entstehen einheitliche Messbedingungen und die Instrumente funktionieren zuverlässiger.

Einfache, in Kaufhäusern angebotene Geräte sind häufig nur für Innenräume geeignet und werden daher dem Namen „Wetterstation“ kaum gerecht. Ihre Thermometer können Anzeigefehler von bis zu 3 °C bei der Lufttemperatur aufweisen, ihre Hygrometer bis zu 20 % bei der relativen Luftfeuchtigkeit.

Bei analogen Stationen müssen die Instrumente von Beobachtern abgelesen werden. In hauptamtlichen Stationen geschieht dies jede Stunde, in nebenamtlichen Stationen nur um 7, 14 und 21 Uhr. Der Wasserstand im Regenmesser wird jeden Morgen um 7 Uhr abgelesen; außerhalb der Wetterhütte werden außerdem die aktuelle Windgeschwindigkeit und Windrichtung bestimmt.

Wetterhütten und Messinstrumente

Wetterhütten besitzen winddurchlässige Lamellenwände und sind außen weiß gestrichen. Die helle Farbe verringert die Aufnahme von Sonnenstrahlung. Eine dunkle Hütte würde Strahlung stärker aufnehmen, Wärme an die Innenluft abgeben und dadurch eine zu hohe Temperatur anzeigen. Dieser systematische Strahlungsfehler würde sich außerdem mit der Witterungsentwicklung verändern.

Damit Messwerte verschiedener Stationen vergleichbar sind, müssen Wetterhütten exakt 2 Meter über einer Grasfläche und mindestens 10 Meter vom nächsten Baum entfernt stehen. Im Idealfall werden sie den ganzen Tag von der Sonne beschienen und ungehindert vom Wind erreicht. Für automatische oder digitale Stationen werden auch kleinere Strahlungsschutzhütten mit aktiver Belüftung verwendet. Ein strombetriebener Lüfter verhindert, dass sich das kleinere Gehäuse erwärmt und dadurch die Lufttemperatur verfälscht.

Zur typischen Ausstattung einer Wetterhütte gehören ein Psychrometer zur Bestimmung der Luftfeuchtigkeit, ein Maximum- und ein Minimumthermometer sowie ein Thermohygrograph zur fortlaufenden Aufzeichnung von Temperatur und Feuchtigkeit. Außerhalb der Hütte stehen ein Niederschlagsmesser, ein Anemoskop zur Anzeige der Windrichtung und ein Anemometer zur Messung der Windgeschwindigkeit. Manche Stationen erfassen zusätzlich die Globalstrahlung, die Sonnenscheindauer, die Verdunstung oder die Bodentemperatur.

Analoge Stationen benötigen keine Stromquelle. Ein Beobachter kann außerdem die Genauigkeit und Zuverlässigkeit aktueller Messwerte besser beurteilen und zusätzliche visuelle Beobachtungen machen, etwa zum Wetterverlauf oder zur Sichtweite. Nachteile sind die zeitlich begrenzten Abstände zwischen den Messungen und der hohe Aufwand, weil alle Daten von Hand abgelesen werden müssen.

Aufbau und Datenübertragung digitaler Stationen

Digitale, fernübertragende Wetterstationen bestehen aus drei Hauptbestandteilen: einer Basisstation, die Daten empfängt und auswertet, Sensoren zur Gewinnung der Messwerte und einer Einrichtung zur Datenübertragung. Die Sensoren werden an den gewünschten Messpunkten angebracht. Sie sammeln Daten und übermitteln sie per Kabel oder Funk an die Basisstation. Die Messwerte können gespeichert, später abgerufen oder weitergeleitet werden.

Einige Stationen übertragen die Daten an einen PC und erstellen eine angenäherte Wettervorhersage für die nächsten Stunden. Für die Datenfernübertragung werden unterschiedliche Wege genutzt: serielle Datenkabel, beispielsweise über RS232 oder RS485, analoge, ISDN- oder Funkmodems wie GSM und GPRS sowie zunehmend das Internetprotokoll. Über FTP, HTTP oder SNMP können Wetterdaten in lokalen Netzwerken (LAN), Funknetzwerken (WLAN) und weltweit über das Internet verfügbar gemacht werden. Manche Geräte verschicken auch SMS, etwa Frostwarnungen oder aktuelle Wetterdaten.

Zu den eingesetzten Sensoren gehören Thermometer zur Temperaturmessung, Hygrometer zur Messung der Luftfeuchtigkeit, Barometer zur Messung des Luftdrucks, Regenmesser und Anemometer als Windmesser. Häufig werden außerdem die Bewölkung beziehungsweise die Sonnenstunden mithilfe eines Pyranometers oder die Strahlungsbilanz erfasst.

Prognose, Funktechnik und Bewertung

Manche digitalen Wetterstationen für den privaten Gebrauch erstellen mithilfe des Luftdrucks eine Wetterprognose. Eine Vorhersage, die nur die Drucktendenz berücksichtigt, ist meistens wenig zuverlässig, weil viele andere für das Wetter verantwortliche Faktoren unberücksichtigt bleiben. Einige Geräte beziehen zusätzlich den Temperaturverlauf ein, andere verwenden sämtliche außen gesammelten Daten.

Bei der Funkübertragung arbeiten viele Sensoren mit der ISM-Frequenz 433 MHz, dem 70-Zentimeter-Band. Andere Funkgeräte auf dieser Frequenz können den Empfang stören. Manche Modelle nutzen 868 MHz und übertragen bidirektional, sodass Messwerte im Transaktionsmodus sicherer übermittelt werden. Die Reichweite des Funks ist begrenzt, besonders wenn massive Wände durchdrungen werden müssen. Funk-Sensoren brauchen eine Stromversorgung; bei geringem Verbrauch können dafür Solarzellen eingesetzt werden. Sensoren für gesetzliche Aufgaben müssen nach dem Eichgesetz geeicht sein.

Digitale Stationen ermöglichen eine bequeme Erfassung vom Haus aus. Das manuelle Ablesen und Fehler bei Ablesung oder Dateneingabe entfallen. Auch die Speicherung und Digitalisierung über längere Zeiträume erfolgt automatisch. Wegen der Personaleinsparung sind die Unterhaltungskosten geringer. Allerdings benötigen digitale Stationen Strom. Außerdem können trotz Automatisierung falsche Daten entstehen, beispielsweise durch Laub oder Schmutz im Regenmesser oder durch Vogelkot auf dem Globalstrahlungssensor. Deshalb müssen die Messgeräte weiterhin überprüft werden.