METEODAT® Wetterstationen
Das Sonnblick-Observatorium (Bild) in 3100 Meter Seehöhe.
Zum 100-Jahr Jubiläum 1986 wurde das Observatorium komplett
renoviert und mit modernster Elektronik ausgestattet.
Das Observatorium ist trotzt der extremen Höhenlage ganzjährig
in Betrieb. Die Wetterbeobachter werden bei ihrer
Forschungstätigkeit durch eine der über 150 automatischen
Meteodat-Wetterstationen, die in Österreich in Betrieb sind, unterstützt.
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Die Wetterstation METEODAT® ist eine Entwicklung
des Österreichischen Forschungszentrum Seibersdorf
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Bedingt durch die ausgeprägt vertikale
Gliederung besitzt Österreich ein relativ dichtes Netz an
Wetterstationen. Diese von ehrenamtlichen Wetterbeobachtern
bedienten Stationen werden seit 1981 schrittweise durch
automatische Wetterstationen ersetzt. Der Bedarf an
Wetterbeobachtern bleibt dabei allerdings erhalten, nur die
Aufgabenstellung für die ehrenamtlichen Meteorologen ändert
sich. Wurden früher zu festgelegten Terminen Messungen
durchgeführt und die Werte telefonisch an die Wetterzentralen
gemeldet, so ist der Beobachter vor Ort nun hauptsächlich für
die Wartung der empfindlichen Meßgeräte zuständig. Zusätzlich
ergänzt er die automatisch erfaßten Meßwerte durch
Augenbeobachtungen: zum Beispiel Wolkenhöhe, Wolkenart und
Sichtweite. Die wichtige Bedeutung des menschlichen Beobachters
manifestiert sich auch durch den Zusatz
"teilautomatisch" in den Bezeichnungen der
Stationstypen:
- TAWES Teilautomatische Wetterstation
Bereitstellung von Meßdaten für die Analyse des IST-Zustandes
des Wetters, um darauf kurz- und mittelfristige Prognosen aufzubauen.
TAWES-Stationen sind über eine Telefon-Standleitung mit
der regionalen Wetterzentrale verbunden und liefern im
10-Minutenintervall aktuelle Meßwerte.
- TAKLIS Teilautomatische Klimastation
Bereitstellung von Meßdaten für
die langjährige Klimabeobachtung. Diese Stationen
protokollieren die Meßwerte im Stundenintervall. Die
Daten werden monatlich an die Wetterzentralen zum Zwecke
der Archivierung und Statistik übersendet.
Die automatische Wetterstation Meteodat wird in
beiden Fällen eingesetzt. Für die Wetterprognose werden dabei
die Daten über Telefonmodem einer Meßnetzzentrale zur
Verfügung gestellt, für die Klimastatistik werden die auf
Datenträgern aufgezeichneten Meßwerte per Post einmal im Monat
übermittelt.
Die automatische Wetterstation basiert auf
einem modularen 8-Bit Mikroprozessorsystem (Motorola 68xx) und
besteht im Wesentlichen aus folgenden Komponenten:
- CPU-Karte
Eine Rechnerkarte mit einer
Motorola 6809 CMOS-CPU, einer Echtzeituhr, paralleler
Schnittstelle zur LC-Anzeige und zur Tastatur, seriellen
Schnittstellen zum Protokolldrucker, zur Kassettenstation
(Datenaufzeichnung) und zum Telefonmodem. Ein
interessantes Nebendetail: die Echtzeituhr läuft mit MOZ
(Mitteleuropäischer Ortszeit), um einen exakten
Vergleich der Sonnenstrahlungswerte österreichweit zu
ermöglichen.
- ADC-Karte
Eine "intelligente"
ADC-Karte für analoge Meßwerte mit einer 68701
Singlechip-CPU, 12-Bit ADC und 16-Kanal Multiplexer. Die
16 Kanäle (13 Meßkanäle, 3 interne Referenzmessungen)
werden automatisch im 100 Millisekunden- Intervall
gemessen. Die Meßwerte werden über einen seriellen Bus
der CPU-Karte zur Verfügung gestellt. Für passive
Sensoren liefert die ADC-Karte zwei exakte, über
Sense-Leitungen geregelte Referenzspannungen an den
Meßort (zum Beispiel Wettergarten und Mastsensoren).
- DIGITAL-Karte
Ein Meßinterface mit 8
Signaleingängen für "digitale" Sensoren (zum
Beispiel Niederschlags-Kippwaage). Zugleich auch für die
Überwachung verschiedener Systemfunktionen zuständig,
zum Beispiel Versorgungsspannungen, Notstrom- Akku,
Hüttenlüfter-Drehzahl u.s.w.)
- V24-Karte
Eine "intelligente"
Interface-Karte, sie stellt zusätzliche serielle
Schnittstellen zur Verfügung, zum Beispiel für
Standleitungs- Modem und lokale Datenverarbeitung (PC).
Um nicht die Haupt-CPU mit den verschiedenen
Datenübertragungsprotokollen zu belasten, ist diese
Karte mit einem eigenen Mikroprozessor ausgestattet. Die
Kommunikation mit der CPU-Karte erfolgt über ein
gemeinsames RAM-FIFO.
- Stromversorgung
Ein aufwendiges Modul zur
Versorgung des Mikroprozessorsystems und der
unterschiedlichen Sensoren mit Versorgungsspannungen und,
im Winter, mit Heizspannungen (zum Beispiel Windgeber und
Niederschlagsgeber).
- Blitzschutz
Schützt die empfindliche
Meßelektronik vor Überspannung (indirektem
Blitzschlag). Im Wesentlichen ein Filter aus
Gasableitern, Transzorbdioden und RC-Gliedern.
Die Applikationssoftware ist in EPROM's
gespeichert und umfaßt etwa 100 KByte Basic-Kode und 20 KByte
Assemblerkode. Stationsspezifische Parameter sind in einem EEPROM
abgelegt und können vom Benutzer modifiziert werden.
Der verwendete Motorola
Basic-Compiler/Interpreter stellte ein Runtime-Package zur
Verfügung, daß zusammen mit dem compilierten Kode einfach in
EPROM's ladbar ist. Das eigentliche Problem ist die Größe des
Anwenderprogramms, 100 KByte Programmkode sind auf 8-Bit
Mikroprozessorsystemen weder compilierbar noch lauffähig. Durch
Zerlegen des Programms in drei Module, die getrennt compiliert
werden, und die durch Memory-Mapping im gleichen Adressbereich
liegen, läßt sich dieses für 8-Bit Systeme typische
Speicherproblem lösen.
- Lufttemperatur TL
Der Temperatursensor ist ein
hochohmiges Widerstandsnetzwerk (NTC). Der gekapselte
Sensor ist in einer Standard-Holzwetterhütte in 2 Meter
Höhe über begrastem Grund montiert. Die Zubringung der
zu messenden Außenluft erfolgt durch Zwangsventilation
mit mindestens 1,5 m/s (ein Ausfall des Ventilators wird
als Systemfehler erkannt). Für den Meßbereich von -50°
bis +50° liegt die Genauigkeit des Temperatursensors bei
±0,1°. Aus den gemessenen 10-Sekunden Momentanwerten
werden folgende Werte abgeleitet:
- Minutenmittel, 10-Minutenmittel, Stundenmittel
und Minutenmittel der 60. Minute
- Extremwerte 0-24 Uhr, Extremwerte 19-19 Uhr
- Tagesminimum 19-7 Uhr, Tagesmaximum 7-19 Uhr und 19-19 Uhr
- Relative Luftfeuchte RF
Die Wirkungsweise des
Feuchtesensors beruht auf der feuchtigkeitsabhängigen
Längenänderung von PERNIX-Fäden. Die Längenänderung
wird über ein mechanisch gekoppeltes
Widerstandpotentiometer in eine elektrische Größe
umgesetzt. Für den Meßbereich von 20 - 100 % liegt die
Genauigkeit des Feuchtesensors bei ±3%.
- Taupunkttemperatur TP
Die Funktionsweise des
Taupunktsensors beruht auf einem optoelektronischen
Spiegelsystem, bestehend aus Taupunkt- und
Referenzspiegel. Der Taupunktspiegel wird durch ein
Peltier-Element auf die Taupunkttemperatur abgekühlt
(der Spiegel beschlägt, was optoelektronisch erkannt
wird). Im Spiegelblock befindet sich ein
Temperatursensor, der die vom Peltierelement erzeugte
Temperatur mißt. Der Referenzspiegel dient zur
Kompensation der durch Verschmutzung des Spiegelsystems
entstehenden Fehler im Langzeitbetrieb. Eine Vereisung
des Spiegelsystems bei tiefen Temperaturen im Winter wird
durch periodisches Aufheizen des Spiegelsystems auf etwa
70° verhindert. Der Taupunktsensor wird alternativ oder
ergänzend zur Rel. Feuchte verwendet. Aus Lufttemperatur
und Taupunkttemperatur läßt sich die Relative Feuchte
berechnen (und umgekehrt).
- Luftdruck P
Die verwendeten Luftdruckgeber
basieren auf Barometerdosen, wobei der
luftdruckabhängige Hub der Dose über induktive Methoden
(zum Beispiel Frequenzänderung eines Oszillators) in
elektrische Signale umgewandelt wird. Aus den
Luftdruck-Momentanwerten werden neben Mittelwerten auch
Informationen über die Luftdrucktendenz ermittelt: die
gleitende Dreistunden-Luftdruckdifferenz und eine
Kurvenanalyse der 18 letzten 10-Minutenmittelwerte (das
Ergebnis der Analyse wird kodiert mit 0-8 dargestellt).
- Niederschlag RR
Der Niederschlag in flüssiger oder
fester Form wird in einem Trichter mit einer
Auffangöffnung von 500 cm2 gesammelt,
gegebenenfalls geschmolzen und schließlich in flüssiger
Form einer Meßwippe zugeführt. Bei Erreichen von 5 ml
Wassermenge kippt die Wippe und löst über einen
Reedkontakt einen elektrischen Impuls aus. Jeder Impuls
entspricht somit 0,1 mm Niederschlag.
- Sonnenscheindauer SO
Die Sonnenscheindauer wird mittels
Solarzellen erfaßt. Um die Anteile von Global- und
Sonnenstrahlung zu unterscheiden, rotiert eine Blende um
die zentral in einem Glaskolben angeordneten Solarzellen.
Damit ist es möglich, direkte Sonnenstrahlung von
diffusem Sonnenlicht (bei bedecktem Himmel) zu
unterscheiden.
- Wind (WR und WG)
Der Windgeber ist auf einem Mast in
10 m Höhe montiert. Die Windrichtung wird über
eineWindfahne auf ein Präzisionspotentiometer
(Drehwinkel 360 Grad) übertragen und damit in ein
elektrisches Signal umgesetzt. Die Windgeschwindigkeit
wird mittels Schalenanemometer erfaßt, die
Rotationsgeschwindigkeit des Anamometers wird auf
optoelektronischem Wege in ein Meßsignal umgewandelt.
Aus den 2-Sekunden Momentanwerten werden vektorielle
Mittelwerte berechnet und die Windspitze (Bö) pro
Minute, 10-Minuten und Stunden erfaßt.
- Globalstrahlung GLO
Die auf die Erde auftreffende
Sonnenstrahlung setzt sich aus zwei Komponenten zusammen,
nämlich der direkten Sonnenstrahlung und der durch
Streung an Luft, Wolken und Staubteilchen entstehenden
diffusen Himmelstrahlung. Die aus beiden Komponenten
bestehende Globalstrahlung wird durch ein
Sternpyranometer erfaßt. Sternpyranometer bestehen aus
weißen und schwarzen Metalldreiecken, die mit
Thermoelementen gekoppelt sind. Aufgrund der
unterschiedlichen Reflexionseigenschaften der
Metalldreiecke ergibt sich eine temperaturunabhängige,
nur dem Strahlungseinfall proportionale Thermospannung.
- Bodentemperaturen TS, TBx
Ähnlich der Lufttemperatur, aber
bodennahe (+ 5cm) angeordnet oder vergraben (-30, -60,
-90 cm), liefern diese Sensoren Informationen unter
anderem für die Landwirtschaft und den Straßenverkehr
(Glatteiswarnung).
Hohe Warte ZAMG
Seibersdorf
Fa. Kroneis
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Die einzige Seilbahnverbindung zum Sonnblick-Observatorium
ist für den Publikumsverkehr nur bedingt zu empfehlen.
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