Automatische Qualitätskontrolle mit NIKLAS
Das Programm NIKLAS ist eine Software zum Überprüfen meteorologischer Daten für Echtzeitanwendungen und nachträgliche Datenkontrolle. Entwickelt wurde NIKLAS als Teil eines Vorhersage- und Warnsystems für die Mosel, das das Landesamt für Umwelt, Wasserwirtschaft und Gewerbeaufsicht Rheinland-Pfalz betreibt. Kleine Datenmengen können von erfahrenen Beobachtern von Hand auf ihre Qualität geprüft werden. Dies ist für große Datensätze und Echtzeitanwendungen nicht möglich. Automatische Algorithmen können den Arbeitsaufwand reduzieren, indem verdächtige Datenbereiche gekennzeichnet werden. Sie können auch Daten für Echtzeitanwendungen kontrollieren und ein gewisses Maß an Datenqualität gewährleisten. Die Software NIKLAS prüft Zeitserien folgender Größen:
- Niederschlag
- Globalstrahlung
- Sonnenscheindauer
- Lufttemperatur
- Taupunkttemperatur
- Relative Feuchte
- Windgeschwindigkeit
- Luftdruck
Die Prozedur der Qualitätskontrolle ist so aufgebaut, dass zuerst die einfachen und dann die schwierigeren Fälle abgearbeitet werden. Es werden folgende Schritte durchgeführt:
- Auffinden von Datenlücken
- Auffinden von physikalisch unmöglichen Werten
- Prüfen auf Abschnitte mit konstanten Daten
- Auffinden von unwahrscheinlichen Nullwerten
- Prüfen auf unwahrscheinlich niedrige Werte
- Prüfen auf unwahrscheinlich hohe Werte
(Werte der letzten beiden Punkte können aber dennoch wahr sein)
Niederschlagsmessungen von 4 Stationen: Die rote Kurve ist ein Beispiel für unrealistische konstante Werte.
Zusätzlich prüft NIKLAS die Variabilität und die innere Konsistenz der Daten, wobei bekannte Beziehungen z.B. zwischen Temperatur und Taupunkt verwendet werden. Als Ergebnis der Tests werden die Daten in drei Qualitätsniveaus eingeordnet gültig, eingeschränkte Qualität oder schlechte Qualität. Die Abbildung oben zeigt ein Beispiel einer Stationsaufzeichnung konstanter Niederschlagswerte (rote Kurve), während die anderen Stationen realistische Niederschlagswerte messen. NIKLAS entfernt als reines Kontrollwerkzeug Datenbereiche mit schlechter Qualität aus den Zeitreihen und ersetzt sie nicht mit interpolierten Werten oder Schätzwerten.
Die Software NIKLAS ist eine Windows-Anwendung mit graphischer Benutzeroberfläche (siehe Abbildung). Sie wurde bereits erfolgreich für Echtzeitanwendungen (Mosel Hochwasserwarnsystem, TIMISflood) und zur nachträglichen Datenkontrolle (ExUS) eingesetzt (Quirmbach et. al. 2009).
Die Benutzeroberfläche von NIKLAS
(zum vergrößern anklicken)