Luftdruck-Temperaturkompensation

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Wetterfrosch
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Luftdruck-Temperaturkompensation

#1

Beitrag von Wetterfrosch »

Hallo,

ich betreue neben meinen 2 eigenen Stationen, noch eine Bergstation auf 1165mNN.
Alle 3 Stationen senden ins Awekas-Netzwerk und dort ist mir beim Wertevergleich aufgefallen, dass die Bergstation beim Luftdruck immer wieder mal um +/- 2 hPa im Vergleich zur Vergleichskurfe der Nachbarstationen wegdriftet.
Ich habe nun die Vermutung, dass dies daran liegt, da das Barometer der Bergstation der Außentemperatur ausgesetzt ist, während die Vergleichstationen ihr Barometer wohl meist in der Wohung stehen habe und dadurch bei den Vergleichsstationen meist eine konstante Temperatur um 20°C am Barometer herrscht, währenddessen bei der Bergsattion die Temperatur am Barometer ständig schwankt (da es der Außentemperatur ausgesetzt ist) und bedingt durch die Stationshöhe von 1165mNN auch deutlich unter 20°C liegt.

Ich stelle mir nun gerade die Frage, ob es ggf. sinnvoll wäre über die Luftdruck-Temperaturkompensation, den Luftdruck der Bergstation auf einen Luftdruck bei 20°C zu kompensieren um dadurch einen besseren Vergleich zu den Nachbarstationen zu erhalten?

Ich habe den Luftdruck auf meinen Server liegen, kann diesen also bevor ich ihn zu Awekas sende, nach meinen Wünschen zuvor bearbeiten.

Bisher hatte ich mich mit dem Thema Luftdruck.-Temperaturkompensation nicht auseinandergesetzt, deswegen ist dieses Thema auch noch rel. neu für mich.
Ich weiß, dass man den Luftdruck normalerweise auf Meeresniveau umrechnet um ihn miteinander vergleichen zu können und nimmt man die Temperaturkompensation noch mit hinein, geht man im Mittel von einem Temperaturgradienten von 0,65k/100m aus, d.h. man rechnet auch die Temperatur von der Stationshöhe auf Meereshöhe um, da sich der LD ja nicht nur mit der Höhe, sondern auch mit der Temperatur verändert.

Doch wenn die meisten Barometer in der Wohnung stehen, keine Temperaturkompensation besitzen und dort im Schnitt 20°C herrschen, wäre es dann eben nicht besser, ich würde die Bergstation auf diesen Temperaturwert kompensieren, damit man die Werte der Bergstation mit den anderen Hobbystationen besser vergleichen könnte?

Wie seht ihr das?

Danke für die Infos.
LG Frank
meteoman
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Re: Luftdruck-Temperaturkompensation

#2

Beitrag von meteoman »

Hallo Frank,
zunächst einmal sollte man wissen, welche Stationen du betreibst (Hardware, Software, Sensor). Das Thema Luftdruckmessung ist auch nicht so einfach wie viele immer glauben. Du hast ja schon richtig bemerkt, dass die Temperatur eine nicht unwesentliche Rolle spielt. Du misst dann sozusagen den QFF Wert, der erheblich durch die Temperaturkompenstation abweichen kann. Um Luftdruckwerte miteinander vergleichen zu können, ist es wichtig einen Luftdrucksensor zu verwenden der den absoluten Druck (QFE Wert)misst. Denn auf der Bergstation in über 1000 Metern wird nur noch absolut gemessen, ohne die Reduktion auf Meereshöhe. Die meisten Barometer sind auf 15°C geeicht (außer das Quecksilberbarometer welches auf 0°C geeicht ist). Auch alle Höhenmesser sind auf 15°C geeicht. In Amsterdam befindet sich die Wassersäule des normalen Amsterdamer Pegels, das Höhennormal Null, wonach alle Barometer ausgerichet sind und darauf reduziert werden. Steht man neben der Wassersäule, dann ist der QFE Wert logoscherweise gleich dem QFF Wert. Es macht wenig Sinn, das Barometer auf 20°C zu stellen, so wie die Zimmertemperatur. Du liegst da auch einen Irrtum auf, da dein Barometer sicher auf 15 und nicht auf 20 °C geeicht ist. Desweiteren ist da noch der QNH Wert. Dieser Messwert wird hauptsächlich an Flughäfen ausgegeben, welcher auf 15°C geeicht ist und für Vergleiche eher geeignet ist. Falls du dir die Mühe machen möchtest kannst du dir auf meiner Webseite das Thema Luftdruck durchlesen. http://www.wetter-esslingen.info/luftdr ... druck.html. Viele Grüße
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Wetterfrosch
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Re: Luftdruck-Temperaturkompensation

#3

Beitrag von Wetterfrosch »

Hallo,

auf dem Berg steht eine Davis Vantage, jedoch nur die Messsensoren, die Basisstation wurde durch das Webmodul von Holfuy ausgetauscht und über dieses Modul werden die Messwerte an Holfuy übermittelt.
Die Station gehört nicht mir, ich habe lediglich vom Betreiber die Genehmigung erhalten, bei Holfuy die API abzurufen und darüber die Messwerte auf meinen Server zu holen und von dort dann an Awekas zu senden.
Dabei fiel mir nun eben auf, dass die LD-Kurve (rel. LD Kurve) immer wieder um +/- 2 hPa wegdriftet und ich denke es liegt eben an der Temperatur und deswegen wollte ich wissen, ob ich dagegen was machen kann, damit die Messwerte vergleichbarer werden?

Du schreibst, unsere Stationen sind in der Regel auf 15°C kompensiert, bedeutet dass, dass mein Barometer hier zu hause, bei 20°C Zimmertemperatur den LD auf 15°C umrechnet?
Demnach müsste die Bergstation dann ja auch unbeeinflusst der Temperatur sein und somit den LD immer auf 15°C umrechnen, doch woher komt dann immer wieder diese sehr deutlich ausgeprägte "Wegdrift" des Luftdruckes im Vergleich zu den Talstationen?

LG Frank
meteoman
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Re: Luftdruck-Temperaturkompensation

#4

Beitrag von meteoman »

Hallo Frank,
in der Regel sind Barometer heutzutage immer auf 15°C geeicht. Die Temperaturkompensation basiert auf einer Gleichung nach dem hydrostatischem Gesetz (hydrostatische Grundgleichung). Stellt man die Formel um, hat man die hypsometrische Gleichung mit der man die Höhe bestimmen kann. Dabei wird immer die auf der Erde nach den Strahlungsgesetzen von Stefan-Boltzman und dem Treibhausgesetz die Temperatur auf 15°C bzw. 288,15 Kelvin festgelegt. Unsere Erde ist ein Schwarzstrahler mit einem Emissionsgrad über 1. Hätte man den Treibhauseffekt nicht, würden wir bei -18°C zittern. Daher die 15°C. Dein Barometer ist so geeicht, dass es keine äußeren Temperatureinflüsse berücksichtigen kann. Das ist in meiner Ausführung zuvor nicht so deutlich geworden. Das was du als Drift durch Temperatur ablesen kannst geschieht meistens durch Softwareeinstellungen eben nach der hydrostatischen Gleichung. Der DWD hat dafür eine eigene Formel entwickelt, in der die Feuchte anhand des Dampfdrucks und der mittleren virtuellen Temperatur zwichen 2 Luftschichten berücksichtigt wird. Das ist der QFF-Wert. Dieser Wert ist errechnet worden. Alle Barometer sind Absolutmessgeräte und können nur den realen Luftdruck messen auf Stationshöhe. Egal welche Höhe. Bei den meisten lässt sich die Höhe einstellen und der Wert kann von absolut auf Meereshöhe eingestellt werden. Dann hast du aber den QNH Wert aber niemals die Temperaturkompensation. Vielleicht ist es nun verständlicher geworden.
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Wetterfrosch
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Re: Luftdruck-Temperaturkompensation

#5

Beitrag von Wetterfrosch »

verständlicher ja, aber immer noch nicht so richtig klar ;-)

Unsere Barometer sind doch weiterhin von der Umgebungstemperatur abhängig, d.h. würde ich meine Wetterstation hier bei mir zu Hause (theoretisch) in den Backofen stellen und diesen auf 40°C hochheizen, würde doch plötzlich ein anderer Luftdruckwert angezeigt werden, da die Erhöhung der Umgebungstemperatur einen Einfluss auf die Luftdruckmessung hat.
Würde mein Barometer jedoch den LD immer auf 15°C kompensieren/umrechnen, würde der LD unbeeinflusst von der Umgebungstemperatur bleiben, doch dem ist ja nicht so oder interpretier ich da was falsch?

Da z.b. mein Barometer in einem Raum steht, der ziemlich konstant bei 20°C Raumtemperatur gehalten ist, hat hier die Temperatur kaum einen schwankenden Einfluss auf die LD Messung, jedoch im Gegensatz dazu steht das Barometer der Bergstation im Freien und ist somit den Temperaturschwankungen ausgesetzt und deswegen vermutete ich, dass der Drift des LD der Bergstation im direkten Vergleich zu meiner Talstation in der Wohnung, anhand des Temperatureinflusses liegt und deswegen stellte ich mir eben die Frage, ob ich diesen Faktor bei der Bergstation eventuell kompensieren kann, wenn ich die Temperatur auf 20°C kompensiere, d.h. den LD der Bergstation auf 20°C umrechne, sodass dadurch die thermischen Umgebungsbedingungen von Talstation in der Wohnung identisch mit der Bergstation im Freien ist.

Oder sitze ich da irgendeinem Irrtum/Denkfehler auf?
meteoman
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Re: Luftdruck-Temperaturkompensation

#6

Beitrag von meteoman »

Nein du sitzt da einem völligen Irrtum auf. Barometer sind nicht von der Umgebungstemperatur abhängig. Das einzige Barometer, das durch die Temperatur beeinflusst wird, ist das Quecksilberbarometer. Da Quecksilber sich nunmal nicht dauerhaft auf 15°C eichen lässt. Aber ich verstehe eiuer Konstrukt sowieso nicht ganz. Auf der einen Seite sprichst du davon, dass du die DAten übernimmst und dann wieder von einer Station bei dir im Wohnzimmer. Vielleicht kannst du dies nochmals näher erklären, da ich es nicht ganz nachvollziehen kann. Und wenn die Davis, also nur die Sensoren auf dem Berg stehen, dann wird dort auch nicht der Luftdruck gemessen. Sondern bei Holfuy an der Basisstation und die befindet sich sicher auch im Zimmer bei ihm. Das heißt, dass die Luftdruckkompensation über Wswin eingestellt worden ist. Frag doch den mal beim Betreiber der Station nach, ob dies so ist. Eine gewisse Drift durch Hysterese kann beim Barometer immer auftreten. Dies sollte sich aber im 10tel Bereich bewegen und nicht bis zu 2 hPa ausmachen.
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Wetterfrosch
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Re: Luftdruck-Temperaturkompensation

#7

Beitrag von Wetterfrosch »

Hi,

also beim Vergleich mit der "Wohnzimmer-Station" meinte ich eigentlich den Wertevergleich mit der Vergleichskurve der Nachbarstationen bei Awekas und da diese wohl vorrangig im Haus bei 20°C betrieben werden, dachte ich, dass der Drift zu der Bergstation an der Temperatur liegt.

Die Holifuy-Box steht wirklich im Freien, denn die ganze Station befindet sich auf einem Aussichtsturm, lediglich ist die Holifuy-Box in einem Wetterschutzgehäuse untergebracht, somit ist das Barometer der Außentemperatur und dessen Schwankungen ausgesetzt.

Ich beobachte halt, dass der rel. LD dieser Bergstation immer eine Zeitlang nahezu parallel zu den Vergleichsstationen verläuft und dann plötzlich triftet der LD langsam um bis zu 2 hPa ab, meist bleibt er dann eine gewisse Zeit bei dieser Differenz und gleicht sich irgendwann wieder der Vergleichskurve an.

Ich dachte nun eben, dass dies an der Temperaturschwankung auf dem Berg liegt, da die anderen Barometer die in den Wertevergleich einfließen, ja meist bei konstanter Temperatur betrieben werden.

Auch der direkte Wertevergleich von meiner Station im Tal zur Bergstation zeigt ebenso immer wieder den Drift der Bergstation.
Zur Erklärung, meine Talstation steht direkt am Fuße des Berges der Bergstation.

Gruß Frank
DaWilli
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Re: Luftdruck-Temperaturkompensation

#8

Beitrag von DaWilli »

Die Reduktionen auf Meeresspiegel sind bei Bergstationen zu groß und bringen einen großen Fehler mit sich, daher gibt es eine WMO Empfehlung und in jedem Fall machen die Schweizer das dann auch so:
Entsprechend den Empfehlungen der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) werden in der Schweiz nur Druckmessungen von Stationen unterhalb 600 m ü. M. auf Meeresniveau reduziert. Höher gelegene Station hingegen werden auf die meteorologischen Standard-Druckflächen 850 bzw. 700 Hectopascal reduziert.

https://www.meteoschweiz.admin.ch/home/ ... f-qnh.html
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Wetterfrosch
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Re: Luftdruck-Temperaturkompensation

#9

Beitrag von Wetterfrosch »

Ich habe das Thema nochmal aufgegriffen und bin dabei auf diese Seite gestoßen:
http://www.wetterklima.de/flug/calc.htm

Dort kann man den Luftdruck von QFF auf QNH umrechnen.
Ich habe mir aus dem Quellcode die Formel für diese Umrechnung rausgeschrieben und habe die Formel dann umgestellt, damit ich mit gegebenem QNH (was ja dem rel. Luftdruck entspricht, der unsere Wetterstation ausgibt) das QFF ( = rel. Luftdruck, jedoch temperaturkompensiert) ausgibt.

anbei mein PHP Script:

Code: Alles auswählen

<PHP
$temp     //Variable aktuell Temperatur in °C am Standort
$h       //Variable Stationshöhe in m üNN
$QNH  //Variable rel. Luftdruck (LD auf Meereshöhe) in hPa den die Station ausgibt

$Tm = (273.15 + 0.0065 * $h / 2 + $temp)*287.05;
$Tisa = 288.15 - 0.0065 * $h / 2;
$Risa = 101325 / $Tisa / 287.05;
$exp1 = $Risa * $h * 9.80665 / 101325;
$QFE = ($QNH/pow(2.718282,$exp1))/100; //berechne aus rel. LD ($QNH) den absoluten ($QFE)
$exp2 = -9.80665*$h/$Tm;
$QFF = $QFE/pow(2.718282,$exp2); //berechne aus absolutem LD ($QFE) den temperaturkompensierten rel. LD ($QFF)

echo $QFF;  //Ausgabe rel. Luftdruck (temperaturkompensiert) in hPa
?>
Ich teste das ganze jetzt mal etwas und schau mal wie sich die Luftdruckkurve bei verschiedenen Temperaturen verhält.
Gerade bei hoch gelegenen Stationen sollte es doch einen deutlichen Effekt geben, denn je größer die Entfernung zur Meereshöhe ist, desto größer wirkt sich die aktuelle Temperatur auf die Umrechnung auf den rel. Lufdruck aus.
Bei niedrigen Temperaturen, d.h. je weiter die tatsächliche Temperatur von der Temperatur der Standartatmosphäre nach unten abweicht, desto geringer fällt der rel. Luftdruck aus und wird durch obiges Script dadurch entsprechend erhöht, im Umkehrschluss, je höher die reale Temperatur über der der Standartatmosphäre liegt, desto höher fällt der rel. Luftdruck aus und wird durch obige Formel etwas nach unten korrigiert.
D.h. im Winter müssten somit unsere Wetterstationen eher einen etwas zu geringen rel. Luftdruck ausgeben und im Sommer müsste er somit tendenziell eher etwas zu hoch liegen, durch das Script wird die aktuelle Temperatur mit einbezogen und somit dieser Effekt möglichst entfernt und dadurch erhoffe ich mir, dass der Luftdruckverlauf meiner Stationen, derer der offiziellen Stationen näher kommt und somit nicht immer wieder abdriftet.
Zuletzt geändert von Wetterfrosch am 21 Jan 2023, 20:58, insgesamt 1-mal geändert.
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Wetterfrosch
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Re: Luftdruck-Temperaturkompensation

#10

Beitrag von Wetterfrosch »

Die Formel aus dem vorherigen Posting funktioniert bei mir recht gut, sie flacht die LD-Kurve bei hohen Temperaturen (d.h. bei Temperaturen über derer der Standartatmosphäre) ab und bei Temperaturen unter derer der Standartatmosphäre wird die LD Kurve steiler, dadurch liegt der LD-Verlauf bei mir viel exakter auf dem der offiziellen Stationen, denn es zeigt sich, dass unkompensierte LD-Kurven bei tiefen Temperaturen fast immer UNTER den offiziellen Stationen liegen bzw. bei hohen Temperaturen darüber (sieht man sehr gut bei Awekas).

Vielleicht hat ja von euch Jemand Lust diese Formel bei sich auch mal zu testen?

Das ganze geht auch, wenn man anstatt den rel. Luftdruck, den absoluten, den die Station ausgibt, verwendet, dann kommt diese Formel zum tragen:

Code: Alles auswählen

<PHP

$temp     //Variable aktuell Temperatur in °C am Standort

$h       //Variable Stationshöhe in m üNN

$QFE  //Variable absoluter Luftdruck in hPa den die Station ausgibt


$Tm = (273.15 + 0.0065 * $h / 2 + $temp)*287.05;


$exp2 = -9.80665*$h/$Tm;
 

$QFF = $QFE/pow(2.718282,$exp2);


echo $QFF;  //Ausgabe rel. Luftdruck (temperaturkompensiert) in hPa


?>
Wichtig:
Wenn man das erste mal den LD auf den einer offiziellen Station über diese Formel anpasst, bitte eventuelle Korrekturen immer am EINGANGSWERT vornehmen, also immer den LD verändern, den die Station in diese Formel hineinschickt, d.h. den Einganswert so lange anpassen, bis der berechnete Ausgangswert stimmig ist.
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