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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-88542
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2017/8854/


Evaluation of Storminess by Early 20th Century Atmospheric Data from Signal Stations along the German Coastline

Eine Auswertung der Stürmigkeit atmosphärischer Daten des frühen 20. Jahrhunderts von Signalstationen entlang der Deutschen Küste

Wagner, Dörte

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Signalstationen
Freie Schlagwörter (Englisch): signal station , storminess , german coast , storm trends
Basisklassifikation: 38.00 , 30.00
Institut: Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Geowissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Storch, Hans von (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 20.01.2017
Erstellungsjahr: 2016
Publikationsdatum: 04.12.2017
Kurzfassung auf Englisch: This work presents, for the first time, an analysis of signal station atmospheric observation data and their first evaluations. It shows that the signal station data has a benefit for scientific research in regard to the evaluation of stormi- ness especially in the early 20th century along the German coastline. The Deutscher Wetterdienst (DWD) in Hamburg had archived handwritten an- nual journals of meteorological observational data from 164 signal stations. These data contain long-term time series of wind observations from the coast of the German Bight and the southern Baltic Sea covering a period of up to 120 years in the period from 1877 to 1999. The data allows studies of regional meteorological conditions to be made with greatly improved spatial resolution. The wind and Sea Level Pressure (SLP) data of selected signal stations along the German Bight and the southern Baltic Sea coast extend the moni- toring network in maritime regions in time and space and show a spatial data homogeneity. After a homogenization in time, the data can also be used for long-term trend analysis, especially for storminess estimation in the German Bight and southern Baltic Sea region.
Long-term time series of wind data are often inhomogeneous. For an estimation of the change in storminess, in combination with storm surges along the German coastline, long-term time series of atmospheric observation data are necessary. Historical observation data could also improve the results of models and reanalyses.
The wind and SLP data of signal stations are spatially homogeneous, which is shown by an analysis of two historical storm surges at the German Bight and the southern Baltic Sea coast. The detection of inhomogeneties and the homogenization of SLP observation data from the signal stations is done from 15 selected stations by the Standard Normal Homogeneity Test (SNHT). The analysis of high percentile time series of the geostrophic wind for three triangles in the German Bight and the western Baltic Sea is done with observation and reanalysis data. The following data are used: SYNOP-data, as well as different observation data and the data of the regional reanalysis coast- Dat, and the global reanalysis National Center for Environmental Predic- tion (NCEP)/National Center for Atmospheric Research (NCAR). The analysis of the percentiles of the geostrophic wind show the potential for the use of signal station data for an extension of time series. The benefit of long-term wind observation is shown by an analysis of the time series of wind data over 120 years at Travemünde station.
Kurzfassung auf Deutsch: In dieser Arbeit werden die atmosphärischen Beobachtundsdaten von den Signalstationen erstmals vorgestellt und ihre erste Auswertung durchgeführt. Es wird gezeigt, dass die Signalstationsdaten einen Gewinn zur wissenschaftlichen Forschung im Zusammenhang mit der Einschätzung der Sturmhäufigkeit insbesondere im frühen 20. Jahrhundert an den Deutschen Küsten liefern. Der Deutsche Wetterdienst (DWD) in Hamburg archiviert handgeschriebene Jahrbücher meteorologicher Beobachtungsdaten von 164 Signal- stationen. Diese Daten beinhalten Langzeit-Zeitreihen von Windbeobachtungen an den Küsten der Deutschen Bucht und der südlichen Ostsee von bis zu 120 Jahren im Zeitabschnitt von 1877 bis 1999. Die Daten erlauben Studien re- gionaler meteorologischer Bedingungen mit einer deutlich verbesserten räum- lichen Auflösung. Wind und Luftdruckdaten ausgewählter Signalstationen entlang der Küste der Deutschen Bucht und der südlichen Ostsee erweitern das Beobachtungsnetzwerk in maritimen Regionen zeitlich und räumlich und zeigen eine zeitliche Homogenität der Daten. Nach der zeitlichen Homogenisierung können die Daten auch für Trend-Untersuchungen genutzt werden, besonders zur Abschätzung der Stürmigkeit in der Deutschen Bucht und der südlichen Ostsee.
Langzeit-Zeitreihen von Winddaten sind häufig inhomogen. Zur Abschätzung der Änderung der Stürmigkeit in Verbindung mit Sturmfluten entlang der deutschen Küstenlinie sind Langzeit-Zeitreihen meteorologischer Beobachtungsdaten notwendig. Historische Beobachtungsdaten können zudem Modell- und Reanalyseergebnisse verbessern.
Dass die Wind- und Luftdruckdaten der Signalstationen räumlich homogen sind, wird anhand der Analyse zweier historischer Sturmfluten an der Küste der Deutschen Bucht und der südlichen Ostsee gezeigt. Der Nachweis von Inhomogenitäten und die Homogenisierung der beobachteten Luftdruckdaten von Signalstationen wurde für 15 ausgewählte Stationen mit dem Standard Normal Homogeneity Test (SNHT) durchgeführt. Die Analyse von Zeitreiheihen hoher Perzentile des geostrophischen Windes wird für drei Dreiecke in der Deutschen Bucht und der westlichen Ostsee mit Beobachtungs- und Re- analysedaten durchgeführt. Als Beobachtungsdaten werden SYNOP-Daten und Daten der regionalen Reanalyse coastDat und der globalen Reanalyse NCEP/NCAR genutzt. Die Analyse der Perzentile des geostrophischen Win- des zeigen das Potenzial von Signalstationsdaten für Langzeitreihen. Der Gewinn von Langzeit-Beobachtungen des Windes wird anhand der Analyse von Zeitreihen über 120 Jahre von der Station Travemünde gezeigt.

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