Strategie zur Wettervorhersage anhand des Luftdruckes gesucht

[Christian J. (Gast)]

Hallo,

in meinem kleinen Projekt ein Barometer mit Vorhersage zu bauen bin ich 
immer noch auf der Suche nach einer guten Strategie wie man das Wetter 
vorhersagen kann.

Zur Verfügung stehen die auf N.N. normierten Druckdaten der letzten 48h. 
Ausgabe sind 6 LED von rot bis blau, die die Tendenz anzeigen sollen.

Bisher gehe ich so vor, dass ich Punkte vergebe. Zudem wird über 24h 
eine Ausgleichsgerade berechnet, die + oder - Steigung haben kann.

+1 Punkt, wenn aktueller Wert > Mittelwert der letzten 24h
+1 Punkt, wenn die Steigung des Druckes/h > 0,25 mBar/h ist
+1 Punkt, wenn die Steigung des Druckes/h > 0,5 mBar/h ist.

-1 Punkt ... sinngemaess wie oben.
-1 ...

Alternativ habe ich noch die absolute Größe des Druckes, der über 1013 
oder darunter liegen kann. > 1013 ist Hochdruck, darunter Tiefdruck nach 
Defintion.

Damit läuft der Wert von -3 bis +3. Bei -3 blinkt die rote linke LED für 
"Sturmtief", bei +3 "Superwetter".

Das ist allerdings alles intuitiv und nicht wiss. fundiert. Es spielt 
allerdings eine Rolle wie schnell der Druck steigt oder sinkt, liest man 
sich in Schifffahrt Seiten ein. > 3mBar/h sind Orkanwarnung.

Wichtig: Es soll nicht der Ist Zustand angezeigt werden, sondern eine 
Prognose!

Nach dem Anstieg, der oben zu sehen ist von gestern abend ist hier 
jedenfalls blauer Himmel und Sonne, derzeit fällt es jedoch wieder 
rapide ab.

Fällt dazu jemand noch was ein?

Gruss,
Christian

[Till U. (tuhde)]

Unser Wetter wird häufig von einer außertropischen Zyklone bestimmt. 
Diese Zyklonen haben einen immer wiederkehrenden Luftdruckverlauf. Wenn 
Du Dir einen solchen Verlauf als Reihe speicherst und den aktuellen Wert 
darauf beziehst, kannst Du abschätzen, an welcher Stelle Du bist und was 
als nächstes kommen könnte.
Keine leichte Aufgabe!

Till

[Markus F. (mfro)]

Christian J. schrieb:
> Fällt dazu jemand noch was ein?

Mikrofon mit dran an das Ding. Dann kann's den Hahn krähen hören (oder 
auch nicht) ;).

[Stefan F. (Gast)]

Meistens, aber nicht immer bringt fallender Luftdruck Regen mit sich. 
Aber damit kannst du nicht weit in die Zukunft schauen. Ein geübter 
Blick aus dem Fenster ist da schon präziser.

Und dass die Wettervorhersage selbst mit Satteliten-Technik zu 30% 
falsch ist sollte dich davon abhalten, eine Wetterstation bauen zu 
wollen.

Egal wie viele Sensoren und Algorithmen du einsetzt, mehr als ein 50% 
Schätzeisen wird dabei nicht herauskommen.

Um die Frage "wird es schön oder schlecht?" zu beantworten, taugt ein 
Würfel genau so gut.

[Ernst O. (ernstj)]

Christian J. schrieb:
> Wichtig: Es soll nicht der Ist Zustand angezeigt werden, sondern eine
> Prognose!

Prognosen sind besonders schwierig, wenn sie sich auf die Zukunft 
beziehen.
(Mark Twain)

[Georg (Gast)]

Ernst O. schrieb:
> Prognosen sind besonders schwierig, wenn sie sich auf die Zukunft
> beziehen.

Beim Wetter gibt es schon Erfahrungswerte, z.B. dass sich in Deutschland 
das Wetter durchschnittlich alle 3 bis 4 Tage ändert - statistische 
Konsequenz: die einfache Vorhersage, dass das Wetter morgen so ist wie 
heute, ist zu etwa 70% zutreffend.

Christian J. schrieb:
> auf der Suche nach einer guten Strategie wie man das Wetter
> vorhersagen kann

Die muss aber erst mal besser sein als obige 70%. Die ganzen 
Supercomputer haben das gerade mal auf etwas über 80% steigern können 
soweit ich weiss.

Christian J. schrieb:
> Das ist allerdings alles intuitiv und nicht wiss. fundiert

Bevor du dich da reinsteigerst denk an das Schicksal von Kachelmann.

Georg

[Daniel (Gast)]

Hallo Christian,

eine schöne Anzeige hast du da!

Suche mal unter dem Begriff "Zambretti Vorhersage". Dieser Algorithmus 
brauch nur lokale Temp. und Luftdruck, wenn ich mich richtig erinnere.
Ich hab davon im Projekt "weewx.com" mal Code gesehen.

Gruss Daniel

[Christian J. (Gast)]

Georg schrieb:

> Die muss aber erst mal besser sein als obige 70%. Die ganzen
> Supercomputer haben das gerade mal auf etwas über 80% steigern können
> soweit ich weiss.

Um mehr als 60% geht es auch nicht. Ich habe seit einem Jahr ein Arduino 
Barometer am Laufen, LEDs mit Mausspur, die anzeigen wie der Druck sich 
entwickelt. Es passt schon, dass man "Abstürze" immer wieder sehen kann 
und dann wird es auch wirklich ein Unwetter. Vor einem Sturm geht es 
stundenlang vorher rapide runter.

Mehr als das muss es nicht leisten können. Ist halt ne sportliche 
Herausforderung, Spass am Programmieren.

[Jens G. (jensig)]

>Das ist allerdings alles intuitiv und nicht wiss. fundiert. Es spielt

Hmm - wissenschaftlich fundiert ist eigentlich bei der Wettervorhersage 
anhand des Luftdrucks eher wenig. Man kann zwar die Wetterentwicklung 
für die nächsten Stunden/Tage anhand des Luftdrucktrends abschätzen, 
aber das basiert eher nur auf Erfahrungen, nicht Wissenschaft. Genau das 
versuchen letztendlich auch nur die Wetterpropheten (Bauernregeln. 
Wetterfrosch, ...).
Die Modelle der großen Wetterdienstler sind da schon eher 
wissenschaftlich fundiert. Aber eben auch nur aufgrund flächendeckender 
Messungen unterschiedlichster Meßgrößen ...

@ Autor: Christian J. (hobel)

>> Die muss aber erst mal besser sein als obige 70%. Die ganzen
>> Supercomputer haben das gerade mal auf etwas über 80% steigern können
>> soweit ich weiss.

>Um mehr als 60% geht es auch nicht. Ich habe seit einem Jahr ein Arduino

Bei den Prozenten geht es immer noch darum, um welchen Zeitraum es dabei 
geht. Einfach mal so xx% hinzuklatschen, zeugt von Unkenntnis

[Georg (Gast)]

Jens G. schrieb:
> Einfach mal so xx% hinzuklatschen, zeugt von Unkenntnis

Ich habe ausdrücklich von "morgen" geredet. Lesen sollte man können, das 
hilft sehr gegen Unkenntnis.

Georg

[Neo (Gast)]

Hallo Christian,

für deine Anwendung eignen sich Neuronale Netze sehr gut.

Vorausgesetzt, du hast genug Trainingsdaten, also in deinem Fall
viele Sätze von 48h Druckdaten und eine annotierung welches Wetter dann 
folgte.

Das Neuronale Netz lernt dann anhand dieser Trainingsdaten das Wetter 
vorherzusagen, damit wirst du garantiert bessere Ergebnisse haben als 
wenn du versuchst "von Hand" Regeln zu definieren.

gez. Neo

[Neo (Gast)]

PS: Das lernen des Netzes möchtest du dann wahrscheinlich auf einem 
anderen Rechner machen, da dies schon recht rechen intesiv ist.

Wenn du das fertige Netz dann auf den Ardunio übeträgt geht die 
Klassifizierung aber wirklich sehr schnell!

[Christian J. (Gast)]

Neo schrieb:
> Das Neuronale Netz lernt dann anhand dieser Trainingsdaten das Wetter
> vorherzusagen, damit wirst du garantiert bessere Ergebnisse haben als
> wenn du versuchst "von Hand" Regeln zu definieren.

Aha ..... und der Source dafür sprengt dann die 100.000 Zeilen? Und wie 
soll der Vergleich gemacht werden? Ich meine der Rechner kann ja 
schlecht aus dem Fenster schauen, denn lernen ist ja immer ein Vergleich 
der Prognose mit dem tatsächlichen Ereignis.

Ich glaube ich werde das einfach mal ne Weile beobachten, vor allem in 
welchen Grenzen sich das Ganze bewegt und mit welchen Geschwindigkeiten. 
Und daraus kann man dann etwas vermuten und vielleicht auch in Software 
umsetzen.

So verkehrt war das heute jedenfalls nicht. Morgens + Mittags Sonne + 
blauer Himmel, gegen Abend dann kam der Regen wieder. Und genau das 
sieht man ja auch. Ab 12 Uhr ging es bergab.

Das sieht auch sehr nett aus:
http://www.meteormetrics.com/zambretti.htm
Meterologische Compuer arbeiten mit Radarbildern, tausenden Messwerten 
aus Stationen usw.

// Aktueller Druck über Mittelwert?
    if (Druck->Pressure_Now > (Work.P_History_Avg + 1.0))
        wertung++;
    if (Druck->Pressure_Now < (Work.P_History_Avg - 1.0))
        wertung--;

    // Steigung der Ausgleichsgeraden
    if (Druck->RegrSteigung > 0.3) {
        wertung++;
        if (Druck->RegrSteigung > 0.6) {
            wertung++;
            if (Druck->RegrSteigung > 0.8)
                wertung++;

         }
    } else
    if (Druck->RegrSteigung < -0.3) {
        wertung--;
        if (Druck->RegrSteigung < -0.6) {
            wertung--;
            if (Druck->RegrSteigung < -0.8)
                wertung--;

        }
    }

    /* -4 < Wertung < +4 */
    if (!flags.night) {
        switch (wertung) {
        case -4:    tls_SetWetterLED(LROT1,LED_BLINK);
                    break;
        case -3:    tls_SetWetterLED(LROT1,LED_ON);
                    break;
        case -2:    tls_SetWetterLED(LROT1,LED_ON);
                    tls_SetWetterLED(LROT2,LED_ON);
                    break;
        case -1:    tls_SetWetterLED(LROT2,LED_ON);
                    break;
        case  0:    tls_SetWetterLED(LGLB,LED_ON);
                    break;
        case  1:    tls_SetWetterLED(LGRN,LED_ON);
                    break;
        case  2:    tls_SetWetterLED(LGRN,LED_ON);
                    tls_SetWetterLED(LBLAU,LED_ON);
                    break;
        case  3:    tls_SetWetterLED(LBLAU,LED_ON);
                    break;
        case  4:    tls_SetWetterLED(LBLAU,LED_BLINK);
                    break;

        default:    tls_SetWetterLED(LGLB,LED_ON);
                    break;
        }
    }

[Christian J. (Gast)]

Daniel schrieb:

> Suche mal unter dem Begriff "Zambretti Vorhersage". Dieser Algorithmus
> brauch nur lokale Temp. und Luftdruck, wenn ich mich richtig erinnere.
> Ich hab davon im Projekt "weewx.com" mal Code gesehen.

Hi,

ich habe den Algorithmus mal programmiert und ihn auspucken lassen wie 
er die Lage derzeit sieht.

Demzufolge müsste hier strahlender Sonnenschein sein, wolkenlos! Im Bild 
die RaspberryPi Station Oldenburg.

Fakt ist: Es pisst ununterbrochen und die Wolkendecke ist dicht wie
sonstwas. Klar treffen die Aussage auf 90% zu, da sie so allgemein sind,
dass das zwangsweise der Fall sein muss. Weiterhin habe ich mir die 
Luftdruckhistorie für meinen Wohnort über das ganze Jahr angeschaut. Er 
fiel niemals unter 995 mBAr, d.h. nach Zambretti würde ich hier auf 
einer Sonneninsel leben.

In die Tonne damit ....

// Zembretti Vorhersage Texte
const char const forecast[26][42] = {"Bestaendig sonnig!",
                                     "Sonniges Wetter!",
                                     "Es wird schoener.",
                                     "Sonnig, Tendenz unbestaendiger.",
                                     "Sonnig, eventuell Schauer.",
                                     "Heiter bis wolkig, Besserung zu erwarten.",
                                     "Heiter bis wolkig, anfangs evtl. Schauer.",
                                     "Heiter bis wolkig, spaeter Regen.",
                                     "Anfangs noch Schauer, dann Besserung.",
                                     "Wechselhaft mit Schauern",
                                     "Heiter bis wolkig, vereinzelt Regen.",
                                     "Unbestaendig, spaeter Aufklarung.",
                                     "Unbestaendig, evtl. Besserung.",
                                     "Regnerisch mit heiteren Phasen.",
                                     "Regnerisch, wird unbestaendiger.",
                                     "Wechselhaft mit etwas Regen.",
                                     "Unbestaendig mit heiteren Phasen.",
                                     "Unbestaendig, spaeter Regen.",
                                     "Unbestaendig mit etwas Regen.",
                                     "Wechselhaft und regnerisch.",
                                     "Gelegentlich Regen, Verschlechterung.",
                                     "Zuweilen Regen, sehr unbestaendig.",
                                     "Haeufiger Regen.",
                                     "Regen, sehr unbestaendig.",
                                     "Stuermisch, evtl. Besserung.",
                                     "Stuermisch mit viel Regen."
};

[Otto Normalverteilung (Gast)]

Du musst den aktuellen Luftdruck im Verhältnis zum langjährigen Mittel 
an deinem Standort betrachten.

[Georg (Gast)]

Otto Normalverteilung schrieb:
> Du musst den aktuellen Luftdruck im Verhältnis zum langjährigen Mittel
> an deinem Standort betrachten.

Ich hätte auch gesagt, man muss die Auswertung an die Höhe anpassen - 
aber so hoch liegt Oldenburg meines Wissens auch wieder nicht. Und 
grundsätzlich müsste der Sensor kalibriert werden, am einfachsten durch 
Vergleich:

http://imkhp2.physik.uni-karlsruhe.de/~muehr/Stundenwerte/druck.html

Bremen derzeit 1024,4

Georg

[Christian J. (Gast)]

Georg schrieb:

> Ich hätte auch gesagt, man muss die Auswertung an die Höhe anpassen -
> aber so hoch liegt Oldenburg meines Wissens auch wieder nicht. Und
> grundsätzlich müsste der Sensor kalibriert werden, am einfachsten durch
> Vergleich:

Ähm..... nee!

Die Druckdaten der Stationen sind alle durch die Höhenformel auf N.N. 
normiert wenn Höhe < 750m. D.h. die Druckangaben sind nicht 
ortsabhängig.
Der BMP180 ist garantiert werkskalibriert und seine Auflösung liegt bei 
0,01hPa.

Pressure_Now = pressure_normal / pow(1-(0.0065 * HOEHE_ORT) / 288.15, 
5.255);

Tabelle: Passt!
10430 Bad Lippspringe   157 m   51.78  8.83  1026.1  -0.6

Dazu habe ich mir mit Maps meine exakte Höhe im hügeligen Weserbergland 
herausgesucht (10m Abweichung sind schon zuviel) und eingetragen, so 
dass meine Werte exakt so ausschauen wie die der Wetterstation im Ort 
nebenan, die eine HP hat.

Drücke von 1030 mBar sind laut der Langzeitstatistik völlig normal aber 
da hören die "Lambretti" Tabellen auch schon auf bzw. haben 
"Superwetter".

[Bernd K. (prof7bit)]

Christian J. schrieb:
> Aha ..... und der Source dafür sprengt dann die 100.000 Zeilen? Und wie

Sollte locker auf nen ATMega oder vergleichbares passen.

> soll der Vergleich gemacht werden? Ich meine der Rechner kann ja
> schlecht aus dem Fenster schauen, denn lernen ist ja immer ein Vergleich
> der Prognose mit dem tatsächlichen Ereignis.

Trainiert würde das NN einmal vorab am PC und das fertig trainierte NN 
würde ins Flash gebrannt. So hat Neo das gemeint und so hat er das auch 
geschrieben. Und so oder ähnlich würd ichs wohl ebenfalls machen.

[(prx) A. K. (prx)]

Christian J. schrieb:
> Um mehr als 60% geht es auch nicht.

Die Daumenregel für Barometer ist ja: steigt es, wird es besser, fällt 
es, wird es schlechter. Für 50% könnt es reichen. Zuzüglich dieser recht 
verlässlichen aber sehr kurzfristigen Variante:

> Vor einem Sturm geht es stundenlang vorher rapide runter.

Nur reicht dafür oft auch ein Blick aus dem Fenster.

[Christian J. (Gast)]

A. K. schrieb:

> Nur reicht dafür oft auch ein Blick aus dem Fenster.

Ich habe da einen Kollegen, der nach dem Wetter gefragt erstmal auf 
wetter-online.de geht, obwohl er neben dem Fenster sitzt....

[Ernst O. (ernstj)]

Christian J. schrieb:
> In die Tonne damit ....

Jawoll.
Bei Bismarck wurde die Verbreitung von Wettervorhersagen verboten, weil 
es nicht sein durfte, dass sich eine preussische Behörde so häufig irrt.

[Thomas (Gast)]

> Demzufolge müsste hier strahlender Sonnenschein sein, wolkenlos! Im Bild
> die RaspberryPi Station Oldenburg.

In Oldenburg regnet es eh immer, egal was der Wetterbericht sagt.