Eine Echtzeitkarte erstellen
Für die Zwecke dieses Lernprogramms sind Sie ein Subunternehmer, der von der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) beauftragt wurde, Wetteranalysen durchzuführen. Sie erhalten eine Karte mit mehreren Layern mit Echtzeit-Wetter-Datasets.
Lesezeichen erkunden
Zunächst melden Sie sich bei ArcGIS Online an und öffnen die Karte mit den Echtzeit-Wetterdaten. Da Sie Wetterdaten in verschiedenen Regionen auf der ganzen Welt analysieren möchten, erkunden Sie Lesezeichen für diese Regionen, damit Sie schnell zu diesen navigieren können.
- Melden Sie sich bei Ihrem ArcGIS-Organisationskonto an.
Hinweis:
Wenn Sie über kein Organisationskonto verfügen, informieren Sie sich über die Optionen für den Zugriff auf die Software.
- Öffnen Sie die Karte Predict weather with real-time data.
Hinweis:
Je nach Organisations- und Benutzereinstellungen ist es möglich, dass Sie Map Viewer geöffnet haben. ArcGIS Online bietet zwei Map Viewer zum Anzeigen, Verwenden und Erstellen von Karten. Weitere Informationen zu den verfügbaren und empfohlenen Map Viewern finden Sie in diesen FAQ.
In diesem Lernprogramm wird Map Viewer verwendet.
- Klicken Sie in der (dunklen) Werkzeugleiste Inhalt auf Lesezeichen.
Die Karte enthält Lesezeichen von mehreren Regionen weltweit, deren Wetterdaten Sie analysieren. Mit Lesezeichen werden bestimmte Kartenausdehnungen gespeichert, zu denen Sie schnell navigieren können, wenn Sie darauf klicken.
- Festlandfläche der Vereinigten Staaten
- Westeuropa
- Ostasien
- Australien
- Südost-Brasilien
- Nordafrika
- Südost-USA
- Kalifornien, USA
- Colorado, USA
Hinweis:
Sie können auch Lesezeichen für andere Bereiche hinzufügen, die für Sie interessant sind.
- Klicken Sie auf der Werkzeugleiste Inhalt auf Lesezeichen, und wählen Sie das Lesezeichen Contiguous United States aus.
Sie beginnen nun mit der Erkundung der Wetterdaten auf der Karte. Wenn Sie die verfügbaren Daten verstehen, können Sie sie in den nächsten Schritten besser analysieren.
Wetterdaten erkunden
Die Karte enthält eine Vielzahl von Daten. Sie müssen wissen, womit Sie es hier zu tun haben, bevor Sie die Analyse beginnen. Da es sich um Echtzeitdaten handelt, können die Bedingungen und Wettererscheinungen abhängig von der Jahreszeit und dem Ort unterschiedlich sein. Aktivieren Sie die Layer, um sie zu visualisieren und zu verstehen, welchen Datentyp sie jeweils enthalten.
- Klicken Sie in der Werkzeugleiste Inhalt auf Layer.
- Aktivieren Sie den Layer GOES Satellite Imagery im Bereich Layer.
Der Layer wird auf der Karte angezeigt. Bislang wissen Sie lediglich, dass dieser Layer Satellitenbilddaten anzeigt. Sie öffnen die Metadaten des Layers, um mehr Informationen zu erhalten.
Hinweis:
Echtzeitdaten werden regelmäßig aktualisiert. Ihre Layer können von den Beispielbildern abweichen.
- Klicken Sie im Bereich Layer für GOES Satellite Imagery auf Optionen, und wählen Sie Eigenschaften anzeigen aus.
- Blenden Sie im Bereich Eigenschaften die Option Informationen ein, und klicken Sie auf den Block GOES Satellite Imagery.
Die Metadaten des Layers werden geöffnet. Diese enthalten detaillierte Beschreibungen der für den Satelliten zuständigen Behörde, der Sensoren, die die Bilddaten produzieren, und der Häufigkeit, mit der diese aktualisiert werden (alle 30 Minuten).
Die Bilddaten zeigen nicht nur, was für das menschliche Auge sichtbar ist, sondern auch Infrarotlicht. Infrarotsensoren zeigen die relative Wärme von Objekten an, was für die Bestimmung der Temperatur von Wolken wichtig ist. In diesen Bilddaten sind weiße Wolken kälter, dunkle Wolken dagegen wärmer.
Der Layer überdeckt alle Layer, die sich unter ihm befinden. Über diesem Layer im Bereich Inhalt befindet sich ein zweiter Layer mit dem Namen "GOES Satellite Imagery Transparent". Dabei handelt es sich um eine Kopie des Layers mit angewendeter Transparenz, damit die darunter liegende Grundkarte besser erkennbar ist. So können Sie je nach Bedarf zwischen der transparenten und der undurchsichtigen Version des Layers wechseln.
- Schließen Sie die Metadaten, und deaktivieren Sie den Layer GOES Satellite Imagery.
- Aktivieren Sie im Bereich Layer den Layer NEXRAD Precipitation.
Die Metadaten für diesen Layer geben an, dass dieser Layer durch die Kombination der Reflektivitätsradardaten von NEXRAD-Standorten (Next Generation Radar) in den USA erstellt wurde.
Die Funktionsweise dieser Radare besteht darin, dass sie Radarwellen aussenden, die durch den Niederschlag reflektiert werden. Je nachdem, wie hoch der Anteil der Leistung des Radars ist, die reflektiert wird, wie lange das Signal braucht, bis es zum Radar zurückkehrt, und wie stark sich die Frequenz des Radars ändert, kann das Radar die Position und Intensität des Niederschlags bestimmen. Blaue oder hellgrüne Bereiche zeigen im Allgemeinen leichte Niederschläge an, während ein dunkleres Grün sowie Gelb-, Orange- und Rottöne stärkere Niederschläge darstellen.
Die Daten reichen nicht sehr weit über die Landesgrenzen der USA hinaus und werden alle vier Minuten aktualisiert.
- Blenden Sie den Layer NEXRAD Precipitation aus, und klicken Sie für alle Layer des Typs "Active Hurricanes, Cyclones, and Typhoons" auf Layer anzeigen, um sie zu aktivieren.
- Schwenken und zoomen Sie die Karte, bis Sie einen aktiven Hurrikan finden.
Hinweis:
Abhängig von der Jahreszeit, in der Sie dieses Lernprogramm durchführen, gibt es möglicherweise keine aktiven Hurrikane. Die Hurrikansaison im Atlantik und Nordostpazifik dauert von Juni bis November, im Nordwestpazifik von April bis Dezember und im Südpazifik sowie dem Indischen Ozean von November bis April. Sind keine aktiven Hurrikane vorhanden, können Sie die Schritte zu den Hurrikandaten überspringen.
Die orangefarbenen Punkte zeigen die beobachtete Spur des Tropensturms an. Die schwarzen Punkte und der Text zeigen die vorhergesagte Spur des Tropensturms an. Der graue Bereich stellt die mögliche Fehlerspanne bei der Vorhersage dar. Die Daten wurden von der NOAA zusammengestellt, sind jedoch im ArcGIS Living Atlas enthalten. Der Layer wird alle 15 Minuten aktualisiert.
Hinweis:
Um die Metadaten für die Layer Active Hurricanes, Cyclones and Typhoons zu sehen, klicken Sie auf die Schaltfläche Weitere Optionen eines beliebigen Layers, und wählen Sie Elementdetails anzeigen aus.
Zuletzt sehen Sie sich die Daten zur Windgeschwindigkeit und -richtung an.
- Deaktivieren Sie alle Layer mit der Bezeichnung Active Hurricanes, Cyclones and Typhoons, und navigieren Sie zum Lesezeichen Contiguous United States.
- Klicken Sie in der Werkzeugleiste Inhalt auf Layer. Aktivieren Sie im Bereich Layer die Layer Current Weather and Wind Station Data – Stations und Current Weather and Wind Station Data – Buoys.
Diese Layer decken die gesamte Welt ab, allerdings nicht einheitlich. Jeder Pfeil oder Punkt stellt entweder eine Wetterstation (an Land) oder eine Wetterboje (auf dem Wasser) dar. Die Richtung des Bereichs gibt die Windrichtung an, während die Farbe die Geschwindigkeit angibt.
- Klicken Sie in der Werkzeugleiste Inhalt auf Legende.
Die Legende gibt an, welche Windgeschwindigkeitsbereiche durch welche Pfeilfarben dargestellt werden.
Dieser Layer zeigt aktuell die Windgeschwindigkeit und -richtung an, er enthält jedoch auch mehrere andere nützliche Attribute, z. B. die Temperatur und den Luftdruck.
- Klicken Sie in der Werkzeugleiste Inhalt auf Layer.
- Klicken Sie im Bereich Layers für den Layer Current Weather and Wind Station Data - Stations auf die Schaltfläche Optionen und dann auf Tabelle anzeigen.
Die Tabelle wird geöffnet. Sie enthält alle Attributinformationen des Layers. Die Tabelle enthält die Felder Air Temperature und Altimeter Pressure.
Der Layer "Stations" wurde zweimal geklont, um diese Attribute zu visualisieren.
- Schließen Sie die Tabelle.
- Deaktivieren Sie die Layer Current Weather and Wind Station Data - Stations und Current Weather and Wind Station Data – Buoys, und aktivieren Sie den Layer NOAA METAR Pressure.
- Klicken Sie auf den Layer NOAA METAR Pressure, um ihn auszuwählen. Klicken Sie in der Werkzeugleiste Inhalt auf Legende.
Der höhenbezogene Luftdruck wird in Millibar gemessen und ist ein wichtiger Einflusswert für den Niederschlag und andere Wettererscheinungen. Bei geringem Druck steigt die Luft auf, kühlt ab und kondensiert zu Regenwolken. Bei hohem Druck strömt Luft nach unten und erwärmt sich. Auf der Nordhalbkugel bewegt sich Luft meist gegen den Uhrzeigersinn um Tiefdruckgebiete und mit dem Uhrzeigersinn um Hochdruckgebiete (auf der Südhalbkugel ist es umgekehrt). Der Luftdruck liegt normalerweise zwischen 1.000 und 1.030 Millibar. Allerdings werden Stationen, die keine Daten übermittelt haben, mit 0 aufgeführt.
- Blenden Sie den Layer NOAA METAR Pressure aus, und aktivieren Sie den Layer NOAA METAR Temperature. Klicken Sie in der Werkzeugleiste Inhalt auf Legende.
Die in Grad Fahrenheit angegebene Temperatur wird in fünf Datenklassen angezeigt. Im Beispielbild scheint der Breitengrad einen großen Einfluss auf die Temperaturen zu haben (Ihre Temperaturen können anders sein). Zumindest in den Vereinigten Staaten sind die höchsten Temperaturen im Süden und die niedrigsten Temperaturen im Norden. Die Korrelation zwischen Temperatur und Breitengrad ist jedoch nicht genau, und einige Bundesstaaten auf dem gleichen Breitengrad weisen ganz andere Temperaturen auf.
Nachdem Sie nun alle Daten in der Karte erkundet haben, speichern Sie eine Kopie und beginnen mit der Analyse.
Eine Kopie der Karte speichern
Sie haben eine Karte mit mehreren Layern mit Echtzeit-Wetter-Datasets erkundet. Nun speichern Sie eine Kopie der Karte, um Ihre Analyseschritte und alle von Ihnen vorgenommenen Änderungen beizubehalten.
- Klicken Sie auf der Werkzeugleiste Inhalt auf Speichern und öffnen und anschließend auf Speichern unter.
- Geben Sie im Fenster Karte speichern Folgendes ein:
- Geben Sie für Titel den Text Real-Time Weather Map ein, und fügen Sie Ihre Initialen hinzu, damit der Kartenname innerhalb Ihrer Organisation eindeutig ist.
- Geben Sie als Tags Precipitation, Air Pressure, Hurricanes, Wind Speed und Wind Direction ein, und drücken Sie die Eingabetaste.
- Geben Sie als Zusammenfassung den Text This map contains real-time weather data from NOAA ein.
- Klicken Sie auf Speichern.
Sie haben eine Karte mit einer großen Menge an Wetterdaten erstellt, die Niederschläge, Hurrikane, Windgeschwindigkeit und -richtung, Druck, Temperatur und Satellitenbilder anzeigen. Diese Daten werden durch Sensoren und Radare auf der ganzen Welt automatisch aktualisiert.
Das Wetter vorhersagen
Zuvor haben Sie eine Karte, in der echte Wetterdaten von Satelliten, Radarsystemen und Wetterstationen weltweit erfasst wurden, erkundet und gespeichert. Sie haben etwas darüber erfahren, wie und von wem die Daten gesammelt wurden. Jetzt führen Sie jedoch eine umfassendere Erkundung Ihrer Daten durch und sagen mithilfe Ihrer Erkenntnisse das Wetter für unterschiedliche Zeiten und Orte voraus.
Die Temperatur untersuchen
Zuerst suchen Sie nach Trends in Ihren Daten. Für eine genaue Wettervorhersage ist es erforderlich, Muster im aktuellen Geschehen zu erkennen. Sie beginnen mit einer Untersuchung des Temperatur-Layers.
- Öffnen Sie ggf. die Karte Real-Time Weather Map in ArcGIS Online.
Die angezeigte Karte enthält NOAA METAR-Lufttemperaturdaten für die Festlandfläche der Vereinigten Staaten. Der Breitengrad scheint einen großen Einfluss auf die Temperaturen zu haben (Ihre Temperaturen können anders sein). Zumindest in den Vereinigten Staaten sind die höchsten Temperaturen im Süden und die niedrigsten Temperaturen im Norden. Die Korrelation zwischen Temperatur und Breitengrad ist jedoch nicht genau, und einige Bundesstaaten auf dem gleichen Breitengrad weisen ganz andere Temperaturen auf.
Sie erkunden die Daten global, um weitere Muster zu finden.
- Klicken Sie auf der (dunklen) Werkzeugleiste Inhalt auf Lesezeichen und anschließend auf das Lesezeichen West Europe.
Der größte Teil von Westeuropa liegt auf dem gleichen Breitengrad wie Kanada und der Norden der Vereinigten Staaten. Beispielsweise sind die Breitengrade von London und Vancouver ähnlich. Gelten die Trends, die hinsichtlich des Breitengrades für die Vereinigten Staaten aufgefallen sind, auch für Europa?
Ihre Karte kann zwar anders aussehen, dennoch ist Europa auf ähnlichen Breitengraden im Allgemeinen wärmer, als es die Vereinigten Staaten sind. Was mag die Ursache sein? Erkennen Sie beim Vergleich der beiden Kontinente weitere Trends?
- Navigieren Sie zum Lesezeichen East Asia.
In Ostasien gibt es weniger Wetterstationen als in den Vereinigten Staaten und Europa. Zwar umfasst dieses Dataset die ganze Welt, allerdings ist die Abdeckung nicht einheitlich. Vorhersagen für Gebiete mit weniger Wetterdaten sind wahrscheinlich weniger genau als für Gebiete mit mehr Daten.
- Navigieren Sie zum Lesezeichen Australia.
Australien liegt auf der Südhalbkugel, die Jahreszeiten unterscheiden sich also von denen der Nordhalbkugel. Wenn in den Vereinigten Staaten z. B. Sommer ist, ist in Australien Winter und umgekehrt. Welchen Einfluss haben saisonale Unterschiede auf die Temperatur?
- Navigieren Sie zum Lesezeichen Colorado, United States.
- Klicken Sie in der Werkzeugleiste Inhalt auf Grundkarte. Wählen Sie im Bereich Grundkarte die Option Terrain mit Beschriftungen aus.
Colorado liegt am Rand der Rocky Mountains. Der westliche Teil des Bundesstaates ist bergig, der östliche Teil dagegen flach. Hat die Höhe eine ausgeprägten Effekt auf die Temperatur?
- Navigieren Sie mit Ihren Lesezeichen und den Werkzeugen zum Schwenken und Zoomen um die Erde. Ändern Sie ggf. die Grundkarte. Beantworten Sie die folgenden Fragen:
- Für welche Gebiete liegen die meisten Daten vor? Für welche Gebiete liegen die wenigsten Daten vor?
- Benennen Sie zwei Gebiete, bei denen der Breitengrad die wahrscheinlichste Erklärung für die beobachtete Temperatur ist.
- Benennen Sie zwei Gebiete, in denen die Temperaturen in drei Monaten vermutlich ganz anders sein werden. Benennen Sie ein Gebiet, in dem die Temperatur in drei Monaten vermutlich gleich sein wird.
- Gibt es Gebiete, bei denen die Höhe Temperaturen verursacht, die nicht durch den Breitengrad oder saisonale Unterschiede erklärt werden können?
- Welchen Effekt haben Ozeane oder große Gewässer auf die Temperatur? Wie unterscheiden sich Temperaturen zwischen Küstengebieten und Gebieten im Landesinneren auf dem gleichen Breitengrad?
- Wie sieht die Temperatur an Ihrem Wohnort im Vergleich zur Temperatur in der Umgebung aus? Entspricht die aufgezeichnete Temperatur der aktuellen Temperatur? Falls nicht, was könnte den Unterschied verursachen?
Als Nächstes berechnen Sie Statistiken, um den Bereich der Temperaturen weltweit zu ermitteln.
- Klicken Sie in der Werkzeugleiste Inhalt auf Layer. Klicken Sie im Bereich Layer für den Layer NOAA METAR Temperature auf Optionen und dann auf Tabelle anzeigen.
- Klicken Sie in der Tabelle für das Feld Air Temperature (°F) auf Optionen und dann auf Informationen.
Das Informationsfenster zum Feld Air Temperature wird geöffnet.
- Scrollen Sie im Fenster nach unten zur Option Statistiken.
Ihre Werte sind vermutlich anders, aber der Bereich der Temperaturen liegt unter Berücksichtigung von Abweichungen nach Jahreszeit und Breitengrad in der Regel bei 100 Grad Fahrenheit. Als Nächstes suchen Sie die wärmsten und kältesten Gebiete.
- Schließen Sie das Fenster des Feldes Air Temperature. Klicken Sie in der Tabelle zweimal auf das Feld Air Temperature, um es absteigend vom höchsten zum niedrigsten Wert zu sortieren.
Die Tabelle wird so sortiert, dass die höchste Temperatur an erster Stelle dargestellt wird.
- Klicken Sie auf die erste Zeile der Tabelle, um sie auszuwählen, und dann auf Auf Auswahl zentrieren.
In der Karte wird jetzt die ausgewählte Station angezeigt, die gegenwärtig die wärmste weltweit ist.
- Wo befindet sich diese Station?
- Warum ist diese Station so warm? Liegt es vorrangig am Breitengrad, an der Höhe oder an der Jahreszeit?
- Klicken Sie auf das Feld Air Temperature, um es aufsteigend vom niedrigsten zum höchsten Wert zu sortieren. Navigieren Sie zur niedrigsten Temperatur.
Hinweis:
Wenn Sie die Zeilen in aufsteigender Reihenfolge sortieren, können die ersten Zeilen leer sein. Dies bedeutet, dass die Station bei der letzten Datenaktualisierung keine Temperatur aufgezeichnet hat. Möglicherweise müssen Sie in der Tabelle einen Bildlauf nach unten durchführen, um die niedrigste Temperatur zu finden.
- Wo befindet sich diese Station?
- Warum ist diese Station so kalt? Liegt es vorrangig am Breitengrad, an der Höhe oder an der Jahreszeit?
- Schließen Sie die Tabelle.
Regen anhand von Wind und Druck vorhersagen
Als Nächstes sehen Sie sich Ihre Niederschlags- und Druckdaten genauer an. In Verbindung mit Ihren anderen Daten-Layern sagen Sie vorher, wo es in der nächsten Zeit regnen könnte.
Zuerst vergleichen Sie aktuelle Regen- und Windmuster, um zu ermitteln, wohin sich Regenwolken durch den Wind in naher Zukunft bewegen werden. Dann beschäftigen Sie sich mit dem Einfluss von Druck auf den Niederschlag und bestimmen Hoch- und Tiefdruckgebiete.
- Klicken Sie auf der Werkzeugleiste Inhalt auf Grundkarte, und wählen Sie die Option Topografisch aus.
- Navigieren Sie zum Lesezeichen Contiguous United States. Deaktivieren Sie im Bereich Layer den Layer NOAA METAR Temperature, und aktivieren Sie die Layer NEXRAD Precipitation und GOES Satellite Imagery Transparent.
- In welchen Gebieten regnet es?
- Welche Muster erkennen Sie in der Position der Regenschauer?
- Wie eng ist die Korrelation zwischen den Wolken in den Satellitenbildern und dem vom Radar erfassten Regen?
- Deaktivieren Sie den Layer GOES Satellite Imagery Transparent, und aktivieren Sie den Layer GOES Satellite Imagery.
- Gibt es mehr Niederschlag, wenn die Wolken hellweiß (kalt) oder dunkelgrau (warm) sind?
Im Allgemeinen befinden sich warme Wolken näher am Boden und nehmen mehr Feuchtigkeit durch Verdunstung auf. Wenn sie aufsteigen, werden sie kälter, und der Wasserdampf kondensiert zu flüssigen Tropfen. Dadurch wird die Wolke schwerer. Als Folge sinkt sie und gibt die Flüssigkeit in Form von Niederschlag ab.
- Deaktivieren Sie den Layer GOES Satellite Imagery. Aktivieren Sie den Layer Current Weather and Wind Station Data - Stations.
- Gibt es einen Zusammenhang zwischen der Windgeschwindigkeit und dem aktuellen Niederschlag? Falls ja, wie sieht er aus?
- Geben Sie zwei räumliche Muster an, die Sie hinsichtlich der aktuellen Windgeschwindigkeit und der Windrichtung beobachten.
- Zoomen Sie auf ein Gebiet mit starkem Niederschlag (Dunkelgrün, Gelb, Orange oder Rot).
Das Beispielbild zeigt heftige Niederschläge für den Süden von Louisiana und Mississippi. Die Beschriftungen für die Windgeschwindigkeit-Features geben die Geschwindigkeit des Windes in Kilometer pro Stunde an. Zwar weisen nicht alle Pfeile für Windgeschwindigkeiten in die gleiche Richtung, allgemein weht der Wind aber Richtung Norden und Osten. Wenn sich der Wind nicht ändert, könnte es in der Stadt Alexandria im US-Bundesstaat Louisiana bald regnen. Aber wie bald?
- Suchen Sie nach einer Stadt, in der es gerade trocken ist, in der es jedoch aufgrund der Windrichtung bald regnen könnte. Klicken Sie auf der (hellen) Werkzeugleiste Einstellungen auf Kartenwerkzeuge, wählen Sie Messen aus, und legen Sie als Einheit Kilometer fest.
- Klicken Sie in der Nähe von Niederschlag auf einen Pfeil für die Windgeschwindigkeit, der auf die von Ihnen gefundene Stadt zeigt. Doppelklicken Sie dann auf die Stadt.
Im Beispielbild ist ein nach Nordosten zeigender Pfeil mit einer Windgeschwindigkeit von 17 Kilometern pro Stunde etwa 180 Kilometer von Alexandria entfernt. Bei dieser Geschwindigkeit würde es mehr als 10 Stunden dauern, bis der Regen die Stadt erreicht. Zudem zeichnen andere Stationen in diesem Gebiet keinen Wind, weniger Wind oder mehr nach Osten wehenden Wind auf. Es ist möglich, dass der Niederschlag südlich an der Stadt vorbeizieht.
- Wie weit ist der Regen von der Stadt entfernt, die Sie gefunden haben?
- Wie lange dauert es, bis der Regen die Stadt unter Berücksichtigung der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung erreicht?
- Gibt es andere Winde, die dazu führen könnten, dass der Regen an der Stadt vorbeizieht?
- Wie hoch ist nach Ihrer Meinung die Wahrscheinlichkeit, dass es in der Stadt Regen gibt?
Wind ist nicht der einzige Faktor, der den Niederschlag beeinflusst. Auch der Druck ist wichtig. Bei geringem Druck steigt die Luft auf, kühlt ab und kondensiert zu Regenwolken. Bei hohem Druck strömt Luft nach unten und erwärmt sich. Auf der Nordhalbkugel bewegt sich Luft meist gegen den Uhrzeigersinn um Tiefdruckgebiete und mit dem Uhrzeigersinn um Hochdruckgebiete (auf der Südhalbkugel ist es umgekehrt).
Mithilfe Ihrer Layer mit Satellitenbildern, Niederschlag und Windgeschwindigkeiten sagen Sie vorher, wo der Druck hoch und niedrig ist.
- Schließen Sie das Fenster Messen. Navigieren Sie zum Lesezeichen Contiguous United States, und aktivieren Sie den Layer GOES Satellite Imagery Transparent.
- Wenn Sie berücksichtigen, was Sie gerade über den Luftdruck gelernt haben, wo vermuten Sie in den Vereinigten Staaten den höchsten Luftdruck? Und den niedrigsten?
Verfolgen Sie Ihre Vorhersage mit dem Werkzeug Skizze hinzufügen.
- Klicken Sie auf der Werkzeugleiste Einstellungen auf Skizze hinzufügen.
Daraufhin wird der Bereich Skizze zusammen mit einer vertikalen Leiste mit Skizzenwerkzeugen angezeigt.
- Klicken Sie in der Liste mit den Skizzenwerkzeugen auf die Option Text.
- Klicken Sie auf eine Position auf der Karte, wo Sie einen hohen Druck vermuten. Geben Sie im Bereich Skizze für Inhalt den Buchstaben H und für Größe die Zahl 45 ein.
Die Karte wird aktualisiert.
Aufgrund von fehlendem Regen, niedrig liegenden Wolken (dunkle Farbe) und Wind im Uhrzeigersinn (auch wenn der Wind nicht einheitlich im Uhrzeigersinn weht) wurde im Beispielbild die Mitte von New Mexico als mögliches Hochdruckgebiet ausgewählt.
Als Nächstes geben Sie Bereiche mit niedrigem Druck an.
- Klicken Sie auf eine Position auf der Karte, wo Sie niedrigen Druck vermuten. Ändern Sie im Bereich Skizze den Text unter Inhalt von H in L.
Im Beispielbild wurde Louisiana als mögliches Tiefdruckgebiet ausgewählt. Hier sind nicht nur Niederschlag und Wolken (Weiß) hoch, auch der Wind bewegt sich im Wesentlichen gegen den Uhrzeigersinn darum herum.
- Fügen Sie zwei weitere Kartennotizen hinzu: eine für ein weiteres vorhergesagtes Hochdruckgebiet und eine für ein weiteres vorhergesagtes Tiefdruckgebiet.
- Klicken Sie im Bereich Layer für den Layer Skizze auf Optionen, und wählen Sie Umbenennen aus. Geben Sie unter Titel die Bezeichnung Pressure Predictions ein, und ergänzen Sie das aktuelle Datum. Klicken Sie auf OK.
Als Nächstes aktivieren Sie den Druck-Layer, um zu ermitteln, ob Ihre Vorhersagen genau waren.
- Deaktivieren Sie im Bereich Layer alle Layer außer Pressure Predictions, und aktivieren Sie den Layer NOAA METAR Pressure.
- Klicken Sie auf OK und auf Fertig.
- Wie genau waren Ihre Vorhersagen?
- Gibt es weitere Gebiete mit hohem oder niedrigem Druck, die Sie nicht vorhergesagt haben?
- Gibt es Gebiete, in denen der Druck unerwartet hoch oder niedrig ist?
- In welchen Gebieten könnte es aufgrund des Drucks bald regnen?
- Speichern Sie die Karte.
Regen anhand der Temperatur vorhersagen
Sie haben Niederschlag basierend auf vorhandenen Daten zu Regen, Windrichtung und Luftdruck vorhergesagt. Es gibt jedoch weitere Faktoren, die Auswirkungen auf Regen haben, z. B. Wärme und Luftfeuchtigkeit.
Die Menge von Wasserdampf, die Luft aufnehmen kann, hängt von deren Temperatur ab (wärmere Luft kann mehr aufnehmen). Wenn Luft die maximal mögliche Menge an Wasserdampf enthält, ist sie gesättigt. Der Wasserdampf kondensiert dann zu kleinen Wassertropfen, um die Luft von Feuchtigkeit zu befreien. Dieses Kondensieren kann zu Niederschlag führen. Eine Sättigung kann eintreten, wenn warme, sehr feuchte Luft plötzlich abkühlt.
Ihre Temperaturdaten enthalten das Feld Dew Point Temperature. Diese Taupunkttemperatur ist die Temperatur, auf die die Luft abkühlen muss, damit sie gesättigt ist. Daher ist die Taupunkttemperatur ein Maß für die Feuchtigkeit in der Luft. Wenn die Taupunkttemperatur fast der Lufttemperatur entspricht, weist die Luft eine hohe relative Feuchtigkeit auf und kann bald gesättigt sein. Ist der Unterschied zwischen Taupunkt- und Lufttemperatur groß, ist die Luft trocken.
Um zu ermitteln, wo Taupunkt- und Lufttemperatur nah beieinander liegen, erstellen Sie einen Arcade-Ausdruck, mit dem der Style geändert wird. Für Sublayer können Sie keine Arcade-Ausdrücke erstellen. Daher müssen Sie zuerst einen neue Version des ursprünglichen Layers mit Windgeschwindigkeit und Windrichtung erstellen, der nur Stationen und keine Bojen darstellt.
- Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt die Layer Pressure Predictions und NOAA METAR Pressure.
- Klicken Sie für den Layer Current Weather and Wind Station Data - Stations auf Optionen und dann auf Duplizieren.
- Benennen Sie den duplizierten Layer in NOAA METAR Dew Point Temperature Difference um.
- Blenden Sie ggf. den Layer NOAA METAR Dew Point Temperature Difference ein, und klicken Sie darauf, um ihn zu aktivieren. Klicken Sie auf der Werkzeugleiste Einstellungen auf Styles.
- Entfernen Sie im Bereich Style unter Attribute auswählen das Feld Wind Speed (km/h).
- Klicken Sie auf Ausdruck.
Ein Fenster zum Erstellen eines Arcade-Ausdrucks wird angezeigt. Sie erstellen einen einfachen Ausdruck. Er subtrahiert die Taupunkttemperatur von der Lufttemperatur, um die Differenz zwischen den beiden Werten zu ermitteln. Dann bestimmt er, ob die Differenz größer oder kleiner als 4 Grad Fahrenheit ist.
Liegt die Differenz unter 4, steht die Sättigung – und möglicherweise Niederschlag – kurz bevor. Bei einer Differenz von mehr als 4 ist eine Sättigung weniger wahrscheinlich.
- Ändern Sie den Namen des Ausdrucks in Dew Point Temperature Difference, und klicken Sie auf eine beliebige Stelle außerhalb des Feldes.
- Klicken Sie auf die Schaltfläche "Einblenden", um die seitlichen Registerkarten anzuzeigen.
- Klicken Sie auf Profilvariablen und dann auf den Pfeil neben $feature.
- Klicken Sie im Bereich Profilvariablen unter Werte auf $feature.TEMP (möglicherweise müssen Sie einen Bildlauf nach unten durchführen).
Der Wert $feature.TEMP wird dem Feld Ausdruck hinzugefügt. In der Arcade-Schreibweise bezieht er sich auf das Feld Air Temperature.
- Drücken Sie im Ausdrucksfeld nach $feature.TEMP die LEERTASTE. Geben Sie - (das Minuszeichen) ein, und drücken Sie erneut die LEERTASTE.
- Blättern Sie im Bereich Profilvariablen durch die Liste der Felder, und klicken Sie auf $feature.DEW_POINT.
Ihr Ausdruck subtrahiert jetzt die Taupunkttemperatur von der Lufttemperatur. Als Nächstes passen Sie den Ausdruck an, um zu ermitteln, ob die Differenz kleiner als 4 ist.
- Setzen Sie im Ausdrucksfeld den vorhandenen Ausdruck in Klammern. Drücken Sie am Ende des Ausdrucks die LEERTASTE, und geben Sie < 4 ein.
Der vollständige Ausdruck lautet wie folgt: ($feature.TEMP - $feature.DEW_POINT) < 4.
- Klicken Sie auf Fertig.
Der Ausdruck wird gespeichert, und die Karte wird automatisch basierend auf dem Ausdruck gestaltet.
Die Karte weist zwei Typen von Symbolen auf: falsch (Rot) und richtig (Blau). Der erstellte Ausdruck ist falsch, wenn die Differenz zwischen Luft- und Taupunkttemperatur über 4 liegt. Er ist richtig, wenn die Differenz weniger als 4 beträgt. Blaue Punkte zeigen Gebiete, bei denen eine Sättigung fast erreicht ist.
Hinweis:
Die Zahl 4 wurde gewählt, weil sie klein ist. Aber auch bei einer Differenz von 6 oder sogar 10 Grad besteht für ein Gebiet das Risiko einer Sättigung. Optional können Sie außerdem im Bereich Styles auf die Schaltfläche Dew Point Temperature Difference klicken. Ändern Sie den Ausdruck, um Werte zu finden, bei denen die Differenz kleiner als 6 oder 10 Grad ist. Vergleichen Sie dann Ihre Ergebnisse mit denen mit einer Differenz von weniger als 4 Grad.
- Fällt Ihnen etwas auf?
- Welche Unterschiede gibt es zwischen den verschiedenen Ausdrücken und welche Ähnlichkeiten?
- Klicken Sie im Bereich Styles auf Fertig. Aktivieren Sie den Layer NEXRAD Precipitation.
- Ist Ihr Ausdruck für die Differenz zur Taupunkttemperatur gut geeignet, um Niederschlag vorherzusagen?
- Wenn Sie die optionale Aufgabe bearbeitet haben (aus dem Hinweis im vorherigen Schritt), welcher Ausdruck scheint Niederschlag am besten vorherzusagen?
- Wenn Sie von der Differenz zur Taupunkttemperatur ausgehen, in welchen Gebieten könnte es bald Niederschlag geben, in denen dies zurzeit noch nicht der Fall ist?
Es ist schwierig, die Differenz zur Taupunkttemperatur und die Lufttemperatur gleichzeitig zu vergleichen, da beide Layer zum größten Teil überlappen. Eine anderen Möglichkeit, sie zu vergleichen, ist das Beschriften von Features. Sie beschriften den Layer mit der Differenz zur Taupunkttemperatur an jedem Punkt mit der Lufttemperatur.
- Stellen Sie sicher, dass im Bereich Layer der Layer NOAA METAR Dew Point Temperature Difference ausgewählt ist. Klicken Sie im Bereich Einstellungen auf Beschriftungen, und stellen Sie sicher, dass Beschriftungen aktivieren aktiviert ist.
- Klicken Sie auf Beschriftungsklasse hinzufügen.
- Klicken Sie für Beschriftungsfeld auf Station Name. Wählen Sie im Fenster Feld ersetzen das Feld Air Temperature aus, und klicken Sie auf Ersetzen.
Die Beschriftungen umfassen Dezimalstellen. Sie ändern dies mit Arcade in 0 Dezimalstellen.
- Klicken Sie auf die Arcade-Schaltfläche neben Air Temperature.
- Geben Sie dem Ausdruck den Namen Air Temperature (No Decimals), und klicken Sie auf eine beliebige Stelle außerhalb des Feldes.
- Geben Sie im Ausdrucksfeld den folgenden Ausdruck ein (Sie können ihn auch kopieren und einfügen):
Round($feature.TEMP, 0)
Mit diesem Ausdruck wird das Feld Air Temperature auf null Dezimalstellen gerundet.
- Klicken Sie auf Fertig.
Die Dezimalstellen werden aus den Beschriftungen auf der Karte entfernt.
In Gebieten, in denen viele Punkte nah beieinander liegen (z. B. das Gebiet bei Phoenix, Arizona, im Beispielbild), werden einige der Beschriftungen möglicherweise nicht angezeigt. Wenn Sie die Ansicht vergrößern, können Sie alle Beschriftungen erkennen.
- Schließen Sie den Bereich Features beschriften. Erkunden Sie die Karte, um die folgenden Fragen zu beantworten:
- Ist Luft, die fast gesättigt ist, eher wärmer oder kälter? Oder gibt es da keinen Zusammenhang?
- Tritt Niederschlag eher in der Nähe von fast gesättigter kalter oder warmer Luft auf?
Hurrikane untersuchen
Hurrikane sind schwere Stürme, die meist über dem Meer entstehen. Wenn sie über Land ziehen, können sie Sachschäden verursachen und Todesopfer fordern. Sie sind mit starkem Wind und häufig auch mit Niederschlag und niedrigem Luftdruck verbunden. Als Nächstes untersuchen Sie den Hurrikan-Layer und stellen fest, welche Verbindung zwischen Hurrikanen und einigen Ihrer sonstigen Daten-Layer besteht.
Hinweis:
Abhängig von der Jahreszeit, in der Sie dieses Lernprogramm durchführen, gibt es möglicherweise keine aktiven Hurrikane. Wenn keine aktiven Hurrikane verzeichnet sind, können Sie diesen Abschnitt überspringen.
- Deaktivieren Sie im Bereich Layer die Layer NOAA METAR Dew Point Temperature Difference und NEXRAD Precipitation, und aktivieren Sie die folgenden Layer:
- Active Hurricanes, Cyclones and Typhoons – Forecast Position
- Active Hurricanes, Cyclones and Typhoons – Observed Position
- Active Hurricanes, Cyclones and Typhoons – Forecast Track
- Active Hurricanes, Cyclones and Typhoons – Observed Track
- Active Hurricanes, Cyclones and Typhoons – Forecast Error Cone
- Navigieren Sie auf der Karte, bis Sie einen aktiven Hurrikan gefunden haben.
Das Beispielbild zeigt den Tropensturm Chalane nahe Madagaskar. Jeder orangefarbene Punkt stellt die beobachtete Position des Sturms an jedem einzelnen Tag seines Bestehens dar.
- Klicken Sie in der Werkzeugleiste Inhalt auf Legende.
- Klicken Sie in der Karte auf den Punkt einer Hurrikanposition, um ein Pop-up mit weiteren Informationen zu öffnen, z. B. Datum und Uhrzeit einer beobachteten oder vorhergesagten Position.
- Wenn Sie Observed Track betrachten, was für eine Art von Sturm war Chalane zu Beginn? Wurde er mit der Zeit stärker oder schwächer? (In der Legende sind die Symbole in aufsteigender Reihenfolge aufgeführt, wobei Hurricane5 die größte Stärke darstellt.)
- Wenn Sie Forecast Position betrachten, zu welcher Art von Sturm wird sich dieser Sturm in den nächsten Tagen entwickeln? Wird er sich verstärken oder abschwächen?
Chalane begann als relativ schwaches tropisches Tief, entwickelte sich aber letztendlich zu einem Tropensturm. Laut Prognose soll er in den nächsten Tagen an Stärke zunehmen und möglicherweise zu einem Hurrikan werden.
- Ermitteln Sie mit dem Werkzeug Messen, wie weit sich der Sturm täglich (in Kilometern) bewegt hat.
- Wie schnell bewegt sich der Sturm in Kilometern pro Stunde? Wurde er mit der Zeit schneller oder langsamer?
- Kehren Sie zum Bereich Layer zurück. Aktivieren Sie den Layer GOES Satellite Imagery Transparent, und ändern Sie die Grundkarte ggf. in Light Gray Base.
Abhängig von der Jahreszeit und dem Tag, an dem Sie dieses Lernprogramm durchführen, ist die Darstellung der Hurrikanbilddaten möglicherweise nicht besonders genau. Wenn das der Fall ist, verwenden Sie als Beispiel den Hurrikan Alcide, der im November 2018 vor der Küste Madagaskars tobte, und beantworten Sie folgende Fragen:
- Können Sie den Hurrikan in den Bilddaten erkennen? Wie groß ist er im Vergleich mit der Breite der Hurrikan-Spurlinie?
- Welche Form hat die Wolkendecke in der Nähe des Hurrikans?
- Wenn der Hurrikan auf Land trifft, welche Fläche bedeckt er dann?
- Kehren Sie zum Lesezeichen Contiguous United States zurück. Deaktivieren Sie alle Layer.
Die Temperatur interpolieren
Bislang haben Sie Wettervorhersagen für das Wetter in der Zukunft getroffen. Manchmal ist es jedoch wichtig, Vorhersagen für das aktuelle Wetter in Gebieten ohne Daten zu erstellen.
Ihre Daten zu Temperatur, Druck und Windgeschwindigkeiten stammen von Wetterstationen überall auf der Welt. Aber nicht jedes Gebiet weltweit wird von einer Wetterstation abgedeckt. Wie können Sie das Wetter in einem Gebiet ohne Station bestimmen? Eine Möglichkeit ist das Interpolieren einer Oberfläche. Bei der Interpolation werden unbekannte Werte in einem Bereich basierend auf ihrer Nähe zu bekannten Werten geschätzt. Im Grunde wird anhand der Daten, die Sie haben, geschätzt, wie die Daten aussehen, die Sie nicht haben.
Sie interpolieren die Temperaturdaten für einen definierten geographischen Bereich, für den Sie ausreichend Daten haben, sodass Sie sicher sein können, dass Ihre Interpolation genau ist, der aber Lücken aufweist, sodass eine Interpolation nützlich ist. Für diese Übung verwenden Sie den Bundesstaat Kalifornien in den Vereinigten Staaten. Zuerst filtern Sie den Layer States, damit nur Kalifornien angezeigt wird.
- Blenden Sie den Layer States ein, und aktivieren Sie States, indem Sie darauf klicken.
- Klicken Sie auf der Werkzeugleiste Einstellungen auf Filter.
Das Fenster Filter wird angezeigt. Sie erstellen einen einfachen Ausdruck, damit nur Features mit dem Namen "California" dargestellt werden.
- Klicken Sie im Bereich Filter auf Ausdruck hinzufügen.
- Klicken Sie auf das erste Dropdown-Menü, und wählen Sie STATE_NAME aus. Ändern Sie das zweite Dropdown-Menü nicht. Wählen Sie für das dritte Dropdown-Menü California aus.
Ihr Ausdruck lautet STATE_NAME ist California.
- Klicken Sie auf Speichern, und zoomen Sie auf Kalifornien.
Sie navigieren zum Bundesstaat Kalifornien, der jetzt als einziger Bundesstaat auf dem Layer States dargestellt wird.
- Aktivieren Sie den Layer NOAA METAR Temperature.
In Kalifornien gibt es viele Wetterstationen an der südlichen Küste (bei Los Angeles und San Diego) und in der Nähe der Bucht von San Francisco. Im Allgemeinen entspricht die Anzahl der Stationen der Verteilung der Bevölkerung. In den östlichen und nördlichen Teilen des Bundesstaates gibt es dagegen weniger Stationen. Über Interpolation können Sie die Temperaturen in diesen Gebieten einschätzen.
- Klicken Sie auf der (hellen) Werkzeugleiste Einstellungen auf Analyse. Klicken Sie im Bereich Analyse auf Werkzeuge.
- Erweitern Sie im Bereich Werkzeuge den Eintrag Muster analysieren, und wählen Sie Punkte interpolieren aus.
Der Bereich Punkte interpolieren wird angezeigt. Dieser Bereich enthält Optionen, mit denen Sie die Art der Interpolation festlegen können.
- Klicken Sie für Eingabepunkte auf Layer, und wählen Sie den Layer NOAA METAR Temperature aus. Ersetzen Sie unter Zu interpolierendes Feld das Standardfeld, indem Sie darauf klicken und das erste Attribut für Air Temperature in der Liste auswählen.
Sie können auch entscheiden, ob Sie die Interpolation im Hinblick auf Geschwindigkeit oder Genauigkeit optimieren möchten. Standardmäßig behandelt das Werkzeug beides gleichwertig. Das ist für Ihre Zwecke in Ordnung. Sie ändern allerdings eine Option, damit die Interpolation nach dem Bundesstaat Kalifornien gefiltert wird.
- Blenden Sie Optionale Layer ein. Klicken Sie für Ausschneidepolygon auf Layer, und wählen Sie States aus.
Da Sie den Layer so gefiltert haben, dass nur Kalifornien dargestellt wird, ist auch die interpolierte Oberfläche auf Kalifornien beschränkt.
- Geben Sie unter Name des Ergebnis-Layers für Ausgabe-Feature-Name den Namen California Temperature Interpolation ein, und ergänzen Sie das aktuelle Datum.
- Blenden Sie Umgebungseinstellungen ein, und stellen Sie sicher, dass für Verarbeitungsausdehnung die Einstellung Volle Ausdehnung (Standard) festgelegt ist. Klicken Sie dann auf Ausführen.
Das Werkzeug wird ausgeführt und der Layer zur Karte hinzugefügt. Ihr Ergebnis wird sich vom Beispielbild unterscheiden.
- Gibt es einen Zusammenhang zwischen der Temperatur und der Nähe zum Meer? Falls ja, wie sieht er aus?
- In Kalifornien gibt es einige der höchsten und der niedrigsten Erhebungen in den Vereinigten Staaten. Gibt es einen Zusammenhang zwischen der Temperatur und der Höhe? Sie könnten versuchen, diese Frage mit einer Grundkarte zu beantworten, auf der topografische Features dargestellt sind.
- Wie weit deckt sich die interpolierte Oberfläche mit den Temperaturdaten der Stationen?
- Das Werkzeug Punkte interpolieren nutzt eine statistische Interpolationsmethode namens Empirical Bayesian Kriging. Wenn Sie die Dokumentation der Methode berücksichtigen, wie überzeugt sind Sie von der Genauigkeit der interpolierten Oberfläche?
- Optional könnten Sie versuchen, eine interpolierte Oberfläche für den Luftdruck oder die Windgeschwindigkeit in Kalifornien zu erstellen (dazu müssen Sie den Parameter Zu interpolierendes Feld auswählen im Werkzeug Punkte interpolieren ändern). Welche Muster erkennen Sie in den Ergebnissen? Wie unterscheiden sich diese Muster von den Mustern in der interpolierten Oberflächentemperatur?
- Zoomen Sie auf den Nordosten von Kalifornien. Ziehen Sie ggf. im Bereich Layer den Layer NOAA METAR Temperature über den Layer California Temperature Interpolation, damit die Standorte der Stationen besser zu sehen sind.
- Wie viele Wetterstationen gibt es in diesem Gebiet?
- Wie bewerten Sie die hier vorhergesagte Oberflächentemperatur im Vergleich zu der Vorhersage für die Bucht von San Francisco? Weshalb?
- Denken Sie, dass die interpolierte Oberfläche für dieses Gebiet viel genauer wäre, wenn Sie in Ihre interpolierte Oberfläche auch Daten von Wetterstationen in Oregon und Nevada einbezogen hätten? Für welche Gebiete in Kalifornien könnten die interpolierten Oberflächen genauer sein, wenn Sie Wetterstationen aus angrenzenden Bundesstaaten genutzt hätten?
- Versuchen Sie optional, eine interpolierte Oberflächentemperatur für die Bundesstaaten Kalifornien, Nevada, Oregon und Arizona zu erstellen (dazu müssen Sie dem Filter des Layers States Ausdrücke hinzufügen). Welche Unterschiede stellen Sie fest?
- Navigieren Sie zum Lesezeichen North Africa.
- Wenn Sie eine interpolierte Oberfläche für Algerien erstellen müssten, wie sicher wären Sie, dass sie mit der interpolierten Oberfläche, die Sie für Kalifornien erstellt haben, vergleichbar wäre?
- Was denken Sie, für welche Gebiete weltweit die interpolierten Oberflächen am genauesten wären? Für welche wären sie am wenigsten genau?
- Optional können Sie eine interpolierte Oberflächentemperatur für Algerien erstellen. Welchen Layer müssten Sie Ihrer Karte hinzufügen, um diese interpolierte Oberfläche zu erstellen? Wo finden Sie diesen Layer?
- Navigieren Sie zum Lesezeichen California, United States. Aktivieren Sie den Layer Counties.
- Landkreise sind Unterteilungen von Bundesstaaten und im Allgemeinen viel kleiner. Wie viele Wetterstationen gibt es in etwa pro Landkreis?
- Hätten Sie Vertrauen in eine interpolierte Oberfläche, die für einen Landkreis erstellt wird?
- Navigieren Sie zum Lesezeichen Contiguous United States. Deaktivieren Sie die Layer States, Counties und California Temperature Interpolation.
- Speichern Sie die Karte.
Sie haben jetzt das Wetter nicht nur für verschiedene Zeiten, sondern auch für unterschiedliche Orte vorhergesagt. In diesem Lernprogramm haben Sie erfahren, wie Temperatur, Niederschlag, Druck und Wind zusammen das Wetter bestimmen. Sie haben Fragen zu Ihren Daten beantwortet und statistische Analysen damit durchgeführt, um zu neuen Erkenntnissen zu gelangen.
Sie können viele der Konzepte aus diesem Lernprogramm auf wetterbezogene GIS-Workflows anwenden oder einen eigenen Workflow erstellen. Welche Fragen können Sie mit Ihren Echtzeitdaten beantworten, die in diesem Lernprogramm nicht gestellt wurden?
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