Neue Wetter-Webcams mit Nachtsicht bei meteoradar

Webcam-Blick im Dämmerlicht nach Sonnenuntergang, Aeugst, Panoramabild Richtung Süden

Wetter-Webcams gibt es wie Sand am Meer. In der Schweiz allein findet man mehrere hundert, wenn nicht über tausend Standorte, an welchen das lokale Wetter anhand eines Webcam-Bildes oder eines Zeitraffer-Filmes beurteilt werden kann. Bei den allermeisten Kameras gibt es jedoch Einschränkungen. Je nach Sonnenstand wird ein Teil des Bildes vom Sonnenlicht überstrahlt und erscheint weiss. Und in der Nacht sieht man kein vernünftiges Bild, sondern nur schwarz oder Rauschen. Aber die Bildqualität von modernen Webcams hat dank Verbesserungen der Bildsensoren und Software deutliche Fortschritte erzielt. Somit stellt sich folgende Frage: gibt es die universelle, kostengünstige Wetter-Webcam, welche
1. auch in der Nacht ein gutes Wolkenbild liefert?
2. in der Lage ist, die Überstrahlung durch das Sonnenlicht effektiv zu korrigieren?

Nach dem Defekt einer alten Kamera haben wir uns entschlossen, die Webcams in Stallikon und Aeugst zu ersetzen. Unsere Wahl fiel dabei auf die 180 Grad Panorama Cam von Milesight. Der Werbeprospekt des Modells verspricht einiges, unter anderem:
– eine gute Pixel-Auflösung (2560×1440 Pixel)
– ein verzerrungs-korrigiertes Bild
– eine Korrektur der Überstrahlung durch helle Lichtquellen
– eine hohe Empfindlichkeit bei Nachtaufnahmen
Nach der Installation wurde schnell klar, dass die beiden letztgenannten Eigenschaften – die Überstrahlungs-Korrektur und der Nachtbildmodus – die Bildqualität gegenüber den Vorgängermodellen markant verbessern. In dieser Rezension konzentrieren wir uns auf diese beiden Eigenschaften.

Überstrahlungs-Korrektur
Webcams haben in der Regel Mühe, die Details der hellsten und dunkelsten Bildstellen wiederzugeben. Zur Verbesserung der Wiedergabe stehen u.a. Techniken zur Verfügung, welche mit den Abkürzungen BLC, HLC und WDR bezeichnet werden. Wir verweisen auf die Google-Suche für eine Beschreibung dieser Techniken. Alle drei Verfahren können in der neuen Kamera konfiguriert werden. Interessant ist vor allem der Modus HLC, welcher die durch die Sonne überstrahlten Bereiche dunkler macht und so die Wolkenstrukturen in der Nachbarschaft der Sonne sichtbar machen kann. Dieser Modus bietet zwei Optionen: „General“ und „Enhanced“ sowie einen Schiebebalken. Für die Korrektur des Sonnenlichts empfehlen sich die Einstellungen „General“ und „0“ (Position ganz links) des Schiebebalkens. Wir zeigen einen Vergleich der drei Modi anhand von Bildern der Webcam Sellenbüren:

Webcam-Bild, mit dem Modus WDR generiert. Der weisse Flärren um die Sonne ist sehr gross. Die Helligkeitsabstufumg der Landschaft ist ausgewogen.

Webcam-Bild, mit dem Modus BLC generiert. Der weisse Flärren um die Sonne ist kleiner als beim Modus WDR. Aber die Landschaft ist zu dunkel.

Webcam-Bild, mit dem Modus HLC generiert. Der weisse Flärren um die Sonne ist nochmals markant kleiner geworden. Im Nachbarbereich der Sonne sind Strukturen sichtbar, welche in den oberen zwei Bildern überstrahlt werden. Die Helligkeitsabstufumg der Landschaft ist ähnlich ausgewogen wie beim Modus WDR. Das Bild wirkt etwas gelblich.

Insgesamt überzeugt der Modus HLC am meisten, was die Ausgewogenheit der Helligkeitsabstufung und die Darstellung der Feinstrukturen im Nachbarbereich der Sonne angeht. Auf der Negativseite steht eine manchmal etwas unnatürliche Veränderung des Farbspektrums, welche mehr oder weniger grosse Bildteile erfassen kann. Bei sehr niederem Sonnenstand kann ein gelblicher Farbstich auftreten, und bei höherem Sonnenstand kann die Farbgebung in Sonnennähe ins Gräuliche mutieren. Der am Wetter interessierte Betrachter wird sich an diesen Effekten kaum gross stören.

Nachtbild
Sobald die Lichtstärke einen gewissen Schwellenwert unterschreitet, wechselt der Bildmodus automatisch auf ein Graustufenbild. Bei Tagesanbruch wird wieder auf ein Farbbild umgestellt. Leider lässt sich der massgebende Schwellenwert für die Umstellung nicht einstellen, obwohl diese Option im Handbuch dokumentiert ist. Wir haben wiederum getestet, welcher der drei Bildmodi (BLC, HLC und WDR) das bestmögliche Nachtbild liefert und haben eine klare Antwort gefunden: es ist der Modus BLC, verwendet mit der Einstellung „Minimum Shutter = 1“ im Menu „Image –> Day/Night Mode“. Mit dieser Einstellung wird die maximale Belichtungszeit auf eine Sekunde eingestellt. Die beiden anderen Modi kann man vergessen, entweder ist das Bild verrauscht oder zu dunkel.

Nachtbild der Webcam Sellenbüren, erstellt mit dem Modus BLC.

Die Bildqualität des so konfigurierten Nachtbildes ist erstaunlich stabil. Auch wenn das Mondlicht fehlt, ist kaum ein Abfall der Bildqualität auszumachen. Der folgende Zeitraffervideo zeigt die nächtliche Bildung von Bodennebel, die Umstellung von Graustufen zu Farbbildern in der Morgendämmerung und die Auflösung des Nebels am Vormittag.

Installation
Die Kamera wird via PoE mit einem Router verbunden und so ins lokale Netzwerk eingebettet. Die Montage ist einfach, die Ausrichtung mit einem wenig griffigen schwarzen Drehring etwas knifflig. Wenn man diesen Ring zudreht, bewegt sich die Kamera mit, es braucht also beide Hände und etwas Fummelarbeit, auch Kontrollblicke auf das Webcam-Bild, um die gewünschte Position der Kamera zu fixieren. Am besten stellt man die Kamera so ein, dass der imaginäre Horizont auf Standorthöhe in der Bildmitte liegt. Dann erscheint er auf dem Bild gerade. Ist die Kamera schräg nach oben oder nach unten gerichtet, dann wird der imaginäre Horizont gekrümmt, was bei einem Bildwinkel von 180 Grad nicht weiter erstaunt.

Zeitrafferfilme
Ein Kleincomputer (Raspberry Pi) greift sich das Webcambild alle 10 Sekunden und erstellt aus der Bildsequenz Zeitrafferfilme, welche online auf der Webseite https://www.meteoradar.ch/webcam
angeschaut werden können. Bis anhin wurde die Anzeige des Webcambildes und der Filme eine Stunde vor Sonnenaufgang bis eine Stunde nach Sonnenuntergang aktiviert. Die aktive Aufnahmeperiode der Webcam Sellenbüren (Panorama-Modus) wurde nun auf 22 Stunden pro Tag verlängert: von 01 Uhr morgens bis 23 Uhr abends, so dass der grösste Teil der Nacht auf den Bildern und den Zeitrafferfilmen eingesehen werden kann.

Fazit
Unsere Erwartungen an die neue Webcam werden deutlich übertroffen. Die Nachtbilder und Filme geben praxisrelevante meteorologische Zusatzinformationen zur Bewölkung und zur Nebelbildung. Tagsüber kann die Bewölkung auch in Sonnenähe praktisch ungestört verfolgt werden. Damit mausert sich der Gerätetyp zu einer universellen, Tag und Nacht aktiven Beobachtungsstation des Lokalwetters. Die Möglichkeiten zur automatisierten Bildverarbeitung (z.B. Nebelerkennung) eröffnen interessante Perspektiven für die Zukunft.

Nationales Hagelprojekt – Aufbereitung historische Hageldaten

Hagelwolken über dem Jura, 3.6.2019. Foto: W. Schmid

Im Mai 2018, vor einem Jahr, begann ein nationales Forschungsprojekt zur Erfassung des Hagelrisikos in der Schweiz.

Federführend in diesem Projekt ist die Meteoschweiz, welche in den letzten Jahren massiv in die Modernisierung ihrer Messsysteme zur Erfassung der Hagelschläge investiert hat. Nebst einer neuen Radargeneration mit Polarisationstechnik (im Betrieb ab 2012) und dem Aufbau eines automatischen Hagelmessnetzes am Boden (80 Hagelsensoren im Jura, Napfgebiet und Südtessin) wird mit einer App auch die Bevölkerung ermuntert, Rückmeldungen über Hagelschläge und die Grösse von Hagelkörnern zu geben.

Wie die Meteoschweiz selbst in einem ihrer Blogs schreibt, sind die Messreihen dieser neuartigen Messsysteme zu kurz für eine klimatologische Auswertung. Nimmt man die Messdaten des Radars ohne die neue Polarisationstechnik dazu, dann verlängert sich die Reihe auf aktuell 17 Jahre (ab 2002). Das reicht für die Berechnung der Wiederkehrperiode von kleineren Hagelschlägen. Bei grossen aber seltenen Ereignissen (Wiederkehrperiode über 20 Jahre) nimmt die Präzision solcher Berechnungen rasch ab. In der Regel wird dabei angenommen, dass sich das Hagelklima nicht ändert, dass also das Hagelrisiko in 50 Jahren immer noch das gleiche ist, wie es in den letzten 17 Jahren beobachtet worden ist. Im Zeitalter des menschengemachten Klimawandels ist das eine höchst spekulative und kaum ernsthaft vertretbare Annahme. Ein gangbarer Weg ist die Simulation des zukünftigen Hagelrisikos in Klimamodellen, hierzu aber muss bekannt sein, wie sich das Hagelrisiko bei Klimaschwankungen verhält.

Es ist deshalb naheliegend, bei der Beurteilung des zukünftigen Hagelrisikos auch auf Daten zurückzugreifen, welche weit über die letzten 20 Jahre hinaus in die Vergangenheit zurückreichen. Solche Messreihen sind äusserst wertvoll, um Trends und periodische Schwankungen der Hagelhäufigkeit zu erfassen und im Kontext mit anderen meteorologischen Messgrössen (Temperatur, Niederschlag, Wind, Wetterlagen etc.) auszuwerten. Wir erwarten aus solchen Datenreihen fundamentale Erkenntnisse, welche die Fehlerschranken berechneter Wiederkehrperioden verkleinern und so das zukünftige Hagelrisiko besser fassbar machen.

Das Hagelkonsortium H2016 (Meteotest AG, meteoradar gmbh und H.H. Schiesser) hat sich als Projektpartner des nationalen Hagelprojektes zum Ziel gesetzt, Langzeitreihen zu Hagelschlägen in der Schweiz aufzuarbeiten und in eine homogene Klimareihe überzuführen. Die bedeutendste Chronik stammt von der Schweizer Hagel und umfasst Schadenmeldungen aus den Schweizer Gemeinden seit 1881. Dazu kommen eine Chronik des Rückversicherungsverbandes (1850 – 1935) und die Annalen der Meteoschweiz (ehemals SMA) seit 1864. Weitere Reihen sind jüngeren Datums, liefern aber wertvolle Detailinformationen zum Hagelgeschehen: Messdaten von Hageldetektoren und Radardaten aus der Zeit des Grossversuchs IV der ETH (1970 – 1983), auf Film archivierte, teils digitalisierte Radarbilder der Meteoschweiz seit 1983, und gesammelte Hagelmeldungen und Berichte aus den Medien, dem Sturmforum (sturmforum.ch) und dem Sturmarchiv (sturmarchiv.ch). Wir werden in weiteren Blogbeiträgen auf die Langzeitreihen, deren Auswertung und Resultate zurückkommen.

Stefan Müller, Meteotest
H.H. Schiesser, ehem. ETH-Mitarbeiter
Willi Schmid, meteoradar

Referenz: https://www.meteoschweiz.admin.ch/home/suche.subpage.html/de/data/blogs/2019/4/eine-hagelklimatologie-fuer-die-schweiz.html

Karte der Gemeinden mit Schadenmeldungen durch Hagel (rot eingefärbt) am 23.5.1950. Quelle: Schweizer Hagel, Meteotest AG

Neuerungen meteoradar, Ende Mai 2019

Die rote Linie markiert den Bereich, in welchem das Deutschland-Radarkomposit die Anzeige der Schweizer Radars ergänzt. Quellen: metradar.ch, DWD

Wir berichten in diesem Blog über die folgenden Verbesserungen an unseren Radarprodukten:

1. Einbinden des Deutschlandradars im Radarbild

2. Anzeige des Blitzschlagrisikos in der kommenden Stunde

Einbinden des Deutschlandradars im Radarbild
Das Radarkompositbild der Meteoschweiz überdeckt einen Bereich von 710×640 km. Dieser Bereich ist so grosszügig bemessen, dass die Randbereiche von den fünf Schweizer Wetterradars nur rudimentär oder gar nicht erfasst werden. In unserem Produkt Donnerradar (metradar.ch) werden zwar die Blitzentladungen blinkend angezeigt, aber die zugehörigen Niederschlagsechos erschienen bislang entlang der Randbereiche nicht, da sich diese ausserhalb der Reichweite der Schweizer Radars befinden. Im nordöstlichen Teil des Radarbildes werden nun, zusätzlich zu den Daten der Schweizer Wetterradars, auch die Messdaten des Deutschland-Radarkomposits eingeblendet. In der eingefügten Grafik ist der betroffene Bereich mit einer roten Begrenzungslinie markiert. Davon profitieren nicht nur die bevölkerungsreichen Ballungsräume um Stuttgart und München. Im gesamten Raum nördlich des Hochrheins und des Bodensees kann mit einer markanten Verbesserung des Anzeigequalität des Niederschlages gerechnet werden. Dies gilt auch für hochreichende Gewitter in grosser Distanz zum Albis-Radar, aber vielmehr für flache, niedere Niederschlagsgebiete, welche vom Albis-Radar infolge der Erdkrümmung nicht mehr erfasst werden. Zudem ist das Deutschlandkomposit auch für die Nordschweiz ein valabler Ersatz, falls der Albis Radar ausfällt.

Das Deutschlandkomposit wird vorläufig nur in den Produkten Donnerradar (metradar.ch, zoomradar.ch, öffentlich) und Zoomradar Pro (Bezahlprodukt) eingebunden. Die Daten des Deutschland-Komposits werden nur dann angezeigt, wenn die Signalstärke diejenige der Schweizer Radars überschreitet. In den Bildprodukten wird die Präsenz des Deutschlandkomposits mit dem Code „DK“ markiert. Sollte das Deutschlandkomposit einmal nicht rechtzeitig (d.h. innert 2 Minuten nach der angezeigten Zeit) verfügbar sein, wird das Bild von 5 Minuten vorher auf die aktuelle Zeit extrapoliert und eingeblendet.

Anzeige des Blitzschlagrisikos in der kommenden Stunde
Auf der Homepage meteoradar.ch erscheint traditionellerweise ein Loop des 10-minütigen Vorhersagebildes. Zur Aufwertung dieses Radarloops werden ab sofort diejenigen Regionen orange eingefärbt, in welchen in der kommenden Stunde mit einem erhöhten Blitzschlagrisiko zu rechnen ist. Diese Zonen werden aus der aktuellen Blitzaktivität und der Bewegung der Radarechos berechnet. Das Risikobild wird blinkend im Wechsel mit dem letzten Radarbild eingeblendet, damit die Niederschlagsanzeige sichtbar bleibt.

Das erhöhte Blitzschlagrisiko wird seit langem bereits auf skywarn.ch angezeigt. Dort erscheinen diese orangen Flächen isoliert, ohne überlagertes Radarbild. Die Webseite meteoradar.ch ist somit die erste kombinierte Darstellung des Blitzschlagrisikos und des Niederschlagsbildes. Für die Beurteilung des Gewitterrisikos ist die Anzeige des Blitzschlagrisikos eine wertvolle Zusatzinformation. Da dieses Risiko vollautomatisch berechnet wird, können wir selbstverständlich keine Gewährleistung abgeben.

Im folgenden Wechselloop erscheint u.a. ein orange eingefärbtes Risikogebiet bei Bern. Dieses umfasst einerseits mehrere Gewitterzellen nördlich von Bern, andererseits aber auch die östlich angrenzenden Trockengebiete. Genau diese Trockengebiete sind in der kommenden Stunde durch Blitzschlag gefährdet, weil die berechnete Echobewegung eine Ostverlagerung der Gewitterzellen voraussagt. Wer sich in diesem Bereich im Freien aufhält, sollte die weitere Entwicklung genau verfolgen und rechtzeitig geschützte Innenräume aufsuchen.

Radarbild mit Starkregenzentren (gelb/rot eingefärbt) und Gebieten erhöhten Blitzschlagrisikos in der kommenden Stunde (orange eingefärbt). Quelle: meteoradar.ch

 

Neues mobilgängiges Layout der Webseiten von meteoradar

So sieht die neue Homepage metradar.ch auf dem iPhone aus.

In den letzten Monaten hat sich viel getan bei meteoradar. Die bedeutendste Änderung betrifft das Layout der Webseiten. Dieses wurde mobiltauglich, das neue Erscheinungsbild ist einfacher und für alle Webseiten das gleiche. Auch die Navigation am linken Bildrand bleibt für (fast) alle Webseiten unverändert. Die Navigation erscheint auf mobilen Geräten erst nach dem Antippen des 3-Balken Symbols in der rechten oberen Bildecke. Durch Antippen des auffälligen Kreuzes kann die Navigation wieder geschlossen werden. So bleibt die ganze Bildschirmbreite für die Anzeige der vielen Bilder und Karten verfügbar. Ansonsten ist der Inhalt einer Webseite auf allen Geräten der gleiche, egal ob man diese auf einem riesigen PC-Bildschirm oder einem Winzling eines Smartphones betrachtet.

Aber auch im Hintergrund hat sich einiges getan. Die Webseiten wurden im Frühjahr auf einen schnellen Server der neuesten Generation gezügelt. Die Server-Software wechselte vom Apache zu Nginx. Zudem konnte ein zeitraubender Bug beim Zugriff auf die Kunden-Datenbank korrigiert werden. Die Webseiten werden nun auch bei Gewitterlagen und dementsprechend bei hoher Auslastung viel flüssiger aufgebaut als im letzten Sommer. Die Pläne B und C zwecks Verkürzung der Zugriffszeiten (Caching, Load Balancer) wurden bislang noch gar nicht realisiert. Es bestehen also Reserven, welche bei Bedarf (z.B. superschwere Gewitterlagen zu den Haupt-Zugriffszeiten am späteren Nachmittag) realisiert werden können.

Wir werden in Zukunft an dieser Stelle wieder häufiger über Neuerungen bei den Produkten und Diensten von meteoradar berichten. Eines der Themen, welches unter unseren Fingernägeln zuckt und brennt  ist die neue Datenschutzverordnung der EU. Bleiben Sie dran.

Die vierte Dimension des 3D-Radars: die Tagesloops

Der Schiebebalken ist – wie bei Videos – das zentrale Bedienelement der Tagesloops des 3D-Radars.
Quellen: meteoradar, meteoschweiz, nowcast.de

Der 3D-Radar – ein Donnerradar-Produkt in drei Dimensionen – zeigt nicht nur den Grundriss, sondern in zwei Seitenrissen auch die Höhenerstreckung von Niederschlagswolken und Blitzentladungen. Die vierte Dimension ist die zeitliche Evolution der Niederschlagsgebiete und Gewitter. Diese kann mit den neuen Tagesloops viel besser betrachtet werden, als das bis anhin möglich war. Die Radarbilder des aktuellen Tages und des Vortages können auf einfachste Art und Weise wahlweise als steuerbare Animationen oder als Einzelbilder angezeigt werden.

Die beiden Produkte des Donnerradars (Zoomradar Pro 2015 und 3D-Radar) behandelten die Zeitachse bislang eher stiefmütterlich. Nur das aktuellste Bild, der Loop der letzten halben Stunde und der Loop der letzten vier Stunden ohne Bedienmöglichkeit werden angezeigt. Ältere Einzelbilder müssen umständlich in den Archiven gesucht werden. Die Tagesloops geben jetzt den Usern ein neues Instrument in die Hand, um schnell und unkompliziert durch alle Radarbilder des Vortages und des aktuellen Tages zu navigieren.

Oberhalb des Radarbildes sind Steuerelemente platziert, welche auch für die Steuerung von zahllosen Videos im Internet Verwendung finden. Der Radarloop lässt sich damit starten, stoppen, vor- und retourschieben. Zusätzlich kann man mit den Buchstaben „n“ und „b“ beliebig langsam oder, bei gedrückter Taste, auch schnell durch die Bildserie navigieren. Bewegungen des Cursors über dem Radarbild werden am oberen Bildrand unmittelbar in die aktuelle CH-Koordinate der Cursorposition übertragen. Diese kann, per Mausklick, mit einem Kreis markiert und, per Klick auf den Button „markieren“ (unterhalb des Bildes), für spätere Webseitenbesuche gesichert werden (Zulassen von Cookies vorausgesetzt). Die zu markierende Koordinate kann unterhalb des Bildes auch über die Tastatur eingegeben und gesichert werden. So kann sehr schnell geprüft werden, ob und wann es am markierten Standort geregnet, gehagelt oder geblitzt hat.

Demo: https://www.metradar.ch/2009/tgn/demo_tagesfilm_radarblitze.php
Zugang für Kunden: https://www.metradar.ch/2009/tgn/aktuell_tagesfilm_radarblitze.php
Upgrade für Kunden des Zoomradars Pro: https://ssl.hostpark.net/meteoradar.ch/metr/admin/abo_upgrade.php

Video-Anleitung zur Bedienung der Tagesloops. Wir empfehlen die Wiedergabe des Videos im Full-Screen Modus. Nach dem Start des Videos unten rechts auf das Quadrätchen klicken.

Trockenheit im November

Der November 2011 blieb in den meisten Teilen der Alpennordseite weitgehend ohne Niederschlag. Der letzte nennenswerte Regen fiel am 19. Oktober. Die anhaltende Trockenheit führt bereits zu ersten Problemen. So wird in Teilen des Juras das Trinkwasser knapp, Bäche trocknen aus, es herrscht Waldbrandgefahr und nicht zuletzt fehlt in den Bergen der Schnee.

Die Trockenheit ist aussergewöhnlich, jedoch nicht einzigartig. Herbsttrockenheit kam auch in früheren Jahren bereits vor. Gemäss Aussage Meteoschweiz fielen in den letzten 3 Jahrzehnten in Zürich in sieben, in Basel in acht, in Davos in 10 und in Sion sogar in 17 Jahren ähnlich wenig Niederschlag.

Auffallend ist jedoch die Häufung von trockenen Witterungsabschnitten im Frühling und Herbst der letzten Jahre. War doch der April 2011 ebenfalls schon geprägt von anhaltender Trockenheit. Die Aprilmonate 2007, 2009 und 2010 waren ebenfalls von Niederschlagsmangel beherrscht.

Der November ist als neblig trüber Monat bekannt. Doch dieses Jahr scheint auch im Mittelland an etlichen Tagen die Sonne. Grund dafür ist ebenfalls die Trockenheit. Durch die trockenen Böden gelangt weniger Feuchtigkeit in die Luft und die Luft ist zu trocken um Bodennebel auszubilden. Zusätzlich waren Bisenlagen bisher rar, die sonst ebenfalls Hochnebel bringen. Besonders sonnig war es in den Bergen. So hat die Summe der Sonnenstunden auf dem Säntis im September jene vom Juli diesen Jahres bereits deutlich überschritten.

Grund für die stabile Wetterlage ist ein sogenanntes Omegahoch über dem europäischen Festland. Atlantische Störungen werden von ihm abgeblockt. Eine Eigenschaft dieser Wetterlage ist, dass sie meist sehr stabil ist. Das Hoch kann bis zu mehreren Wochen fast stationär verharren.

Eine grundlegende Änderung der Wetterlage ist bisher nicht in Sicht. Am kommenden Mittwoch könnte vereinzelt Niederschlag fallen, doch werden danach wieder mehrheitlich trockene Verhältnisse herrschen.