Positionierung von meteorologischen Sensoren

wtf · March 26, 2019, 12:19pm

Ohja, Danke für das Aufmachen des Themas “Überlegungen zur Positionierung von Elektronik und Sensoren”! Ich wollte es auch schon längst angesprochen haben, also was die meteorologischen Messgeräte betrifft. Ich nehm das auch mal als Anlass anschließend etwas in der Richtlinie für Automatische nebenamtliche Wetterstationen im DWD zu schmökern und daraus zu zitieren.

In der Meteorologie™ werden die meisten Parameter (Lufttemperatur/feuchte, Luftdruck) zumeist in einer schattenfreien Höhe von 2m über Grund mit Rasen-Bewuchs gemessen (Ausnahmen: Niederschlag, ggf. Sonne, 10m für Wind, Boden(nahe)-Werte). Daneben gibt es noch die “Lufttemperatur (5 cm) über dem Erdboden”, die über Grund in “natürlicher Zusammensetzung” und “ohne Pflanzenbewuchs” gemessen wird.

Ich plädiere dafür, meteorologische Messungen im Bereich des Imkerlichen möglichst nah an der einen und/oder der anderen Spezifikation (2m oder 5cm) durchzuführen, um so eine bessere Vergleichbarkeit untereinander und mit externen Daten zu haben und weil die sich da bei den Anforderungen sicher so einiges gedacht haben.

Dazu könnte/sollte es auch gehören die Wetterhütte $zu-diskutierende-zweimeterfünfzig von den Stöcken (Wärmequelle) weg zu positionieren. (Welche Kabellänge ging denn noch für so nen BME280 gut?)

Falls man meint, dass ne eigene “imkerliche Temperatur-Messhöhe” sinnvoll ist, sollte die natürlich auch gut spezifiziert sein, insb. was ihre Relation zu den Stöckern betrifft (vor/unter/hinter, nördlich/südlich). Aber so recht sinnvoll seh ich den Weg erstmal nicht, wenn es schon zwei mögliche Messhöhen gibt und der Stock-Innenraum eh gemessen wird.

Die 5cm-bodennahe-Temperatur mag ja vielleicht auch schon für ne “Blumen-Flughöhe” nen Indikator sein. (Die hat jetzt auch Eingang in die Bienenwetter-Designstudie gefunden.)

DWD zu 2m-Messungen

Der Grund (das “Messfeld”) sollte bei den Messungen mit Rasen überwachsen sein. Das ganze Ensemble soll natürlich möglichst größe Abstände zu $Zeug drum rum haben (Häuser, Bäume, Wasserflächen, Straßen, kurz: reflektierendes und Wärme-speicherndes).

Etwas ausführlicher:

Der Messpunkt liegt außerhalb jeglicher Schattenwürfe bei einem Sonnenstand von >7 Grad. Schattenwürfe durch natürliches Relief werden nicht berücksichtigt.

• Mauern (auch Hauswände) müssen wegen der Reflexion und/oder der Abgabe von Wärmestrahlung mindestens 10 m entfernt sein. (exakt: unter einem Winkel von 8 Grad sein) Lässt sich dies nicht realisieren, kann die Mauer ggf. durch Buschwerk verdeckt werden.
• Wärmequellen (z. B. Gewächshäuser), Feuchtequellen (z. B. Springbrunnen) und Erschütterungsquellen (z. B. Straßen mit Schwerlastverkehr) sollen möglichst weit entfernt sein.

Die genauen Spezifikationen im DWD-Bodenmessnetz sind:
Eine Wärmequelle (oder Wasserfläche), z. B. Betonflächen gilt dann als Einflussfaktor, wenn in einem Umkreis von 30 m mehr als 10%,
im Umkreis von 5 m bis 10 m 5% oder
im Umkreis von 5 m 1% betroffen sind.

(Da gibts auch mehr oder weniger für uns sinvolle Anforderungen, etwa zum Gefälle 200m um den Standort ;)

[edit: Noch aus den Informationen zur “Wetter- und Niederschlagsstation (Wst III / Nst(A)) mit automatischer Messsensorik”:

Zudem müssen alle umgebenden Hindernisse, wie z.B. Gebäude, Bäume usw. mindestens doppelt soweit von den Messgeräten entfernt sein, wie sie hoch sind. […] bei Messungen u.a. der Lufttemperatur mehr]

DWD zu 5cm-Messungen

Der Boden, über dem die Lufttemperatur in 5 cm über Grund gemessen wird, soll eben und ohne Pflanzenbewuchs sein. Der Erdboden soll die natürliche Zusammensetzung haben; seine Oberfläche darf nicht durch Aufbringen von Kies, Sand, Schwarzerde o. ä. oder durch künstliche Befeuchtung in seiner Strahlungs- und Wärmeleitungseigenschaft beeinflusst sein.
Der Luftraum um den 5 cm-Lufttemperatursensor darf nicht durch Hindernisse, auch nicht durch dichte Hecken, abgeschlossen sein. Die Ausstrahlung gegen den Himmel muss frei sein.

Am liebsten tut mensch das natürlich über dem “Erdbodentemperatur-Messfeld”!

Die Messung erfolgt auf einem 2,00 m x 2,50 m großen „Erdbodentemperatur-Messfeld“.
Dieses ist auf natürlichem, von Bewuchs freigehaltenem Boden einzurichten, da aufgeschüttete Böden eine andere Wärmeleit- und Feuchtigkeitsspeicherfähigkeit besitzen und damit nicht mehr den Standortbedingungen entsprechen würden.
Das Messfeld muss eben sein, damit sich kein Regen- oder Schmelzwasser darauf ansammeln kann und möglichst sicher vor Schneeverwehungen sein

Hier hab ich nicht viele Aktien, aber vermutlich wäre es keine kluge Idee die Sensoren in die Ecke zu tun ;)

clemens · March 26, 2019, 3:51pm

Danke für die Einblicke in die “offizielle” und “strengere” Meteorologie™! :-) Wir haben ja schon an vielen Stellen gesehen, dass Wetterdaten gar nicht so einfach zu messen sind und es nicht damit getan ist ein Thermometer an die Hauswand zu tackern – oder an die Bienenbeute – und die dann, super-modern, sogar remote und in time auslesen zu können. Selbst wenn die Temperaturfühler sehr genau sind, bring es noch nix, wenn die auf einer sonnenbeschienenen Hauswand kleben oder in Südrichtung am Flugloch.

Ursprünglich hatten wir Wetterdaten erheben wollen, um das Kleinklima am Bienenvolk besser bewerten zu können, als z.B. mit der nächsten DWD-Station.

Temperatur-, Feuchte-, Drucksensoren sind günstig, das “hello world” der IoT und damit kann sie eigentlich jeder Maker “bedienen”, das verführt schnell dazu – weil, man hat ja sooo viele Pins – bei jedem Bastelprojekt noch einen Temperatursensor dranzuhäkeln. Allerdings macht das bei den Bienen schon Sinn, da vieles wie Ausfliegen, Nektarfluss, Wintertraube sehr direkt mit der Aussentemperatur zusammenhängt.

Daher würde ich auch sagen, wir sollten bei jeder Monitoringeinheit rudimentäre Wetterdaten erfassen, am einfachsten mit der Elektronik der Waage, weil es nur die 5 EUR für den zusätzlichen Sensor kostet.

Wir müssen uns dann aber auch im klaren sein, dass wir nicht so reliable Werte Messen wie von dir, @wtf oben beschrieben! Problempunkte haben wir ja hier und an anderer Stelle schon identifiziert:

Erwärmung des Untergrunds, an dem der Sensor befestingt ist (Beute, Wand)
unangebrachter Wetterschutz, z.B. meine Ikeabecher-Lösung, die bei Sonne wie ein kleines Glashaus fungiert und deutlich zu hohe falsche Werte liefert

Nun ist die Frage, wie “meteorologisch™ genau” wollen und können wir das treiben? Du hast ja schon ein paar Problempunkte aufgezählt, wenn wir keine eigene elektronische meteorologische Einheit haben wollen muss sich der Wettersensor und die Waage die Elektronik am Stock teilen, Problem:

Kabellängen
bei den Bienen möchte man die Elektronik häufig etwas verstecken (Diebstahl, Vandalismus), so eine eigene Wetterstation läd zum klauen ein und ist auch recht teuer. Man kann ja so etwas für den wetterambitionierten Imker als kleine meterologische Messstation unabhängig von den Beuten denken, für eine Standardausstattung wid es wohl zu aufwändig die o.g. Kriterien zu erfüllen. Bienne sollen z.B. schattig oder halbschattig stehen, Wetterstationen nicht, Bienen stehen gute bearbeitbar und nicht auf 2 m. Das Fluglich ist 30-40 cm über dem Boden.

Wenn wir irgendwie in Richtung “Standard” gehen wollen bleibt nur 5 cm über dem Boden, was in unserem Setup möglich ist. Da ist haber häufig Gras und Bewuchs, auch haben die Bienen auf 50 bis 1,50 m Höhe andere Temperaturen. Durch Regen spritzt bei mir Sand häufig bis auch 30, 40 cm hoch, wäre nicht gut für einen Feuchtesensor.

Ich denke wir sollten da sagen, dass wir das Klima um die Beute messen wollen, das die Bienen “erleben” und das “fittet” leider nicht mit den Vorschriften des DWDs.

wtf · March 27, 2019, 11:32am

Gibt es eine empfohlene Ausrichtung des Flugloches? Ich las irgendwo mal was von “nach Osten bis Süden”, stimmt das oder ist das eher sehr variierend?

clemens · March 27, 2019, 11:48am

Ja, Süden oder Süd-Ost ist optimal und Bienen suchen sich auch bevorzugt Nistplätze mit dieser Fluglochausrichtung, wenn sie die Wahl haben. Andere Richtungen gehen auch, sind aber suboptimal. Beim Wandern und kurzfiristigen Standorten z.B. im Raps sind dann eher praktische Dinge ausschlaggeben, komm ich mit dem Auto hin, kann ich gubt ab-/aufladen, da stellt man die auch schon mal mit Fluglich in den Westen, wenn es aus anderen Gründen praktisch ist. Besonders kritisch ist es im Frühjakr, da ggf. hier von der Richtung abhängt ob ein Volk den Reinigungsflug macht oder nicht, und das kann dann Überleben oder Sterben bedeuten, wenn danach eine Kaltwetterperiode kommt und der Termin der einzige in langer zeit war.

clemens · March 28, 2019, 7:28pm

Danke für die Grafik @wtf! Was noch zu der S S-O-Richtung dazu kommt, dass sie im Halbschatten stehen sollen, optimal früh Sonne auf die Fluglöcher, dann aber Schutz vor der Mittagshitze. Das ist etwas schwierig mit den DWD-Vorgaben zu kombinieren. Daher wäre für mich der kleinste gemeinsame Nenner einen Sensor in direkter Nähe / am Kasten, da ist immer Schatten, ob die Bienen unter Bäumen oder doch in der Sonne stehen, man kann es gut montieren und hat auch um die Beuten keine Kabel herum. Wenn wir - auch wenn es elektronisch geht - 2,5 m vom Stock und der Elektronikbox weg sind, liegen da Kabel. Ich laufe zwischen den Beuten, transporitere Waben, leere Magazine und mähe ab und auch das Gras.

2 m Höhe ginge nur halbwegs vertretbar, wenn da ein Baum steht, ich denke die wenigsten werden sich einen Mast installieren. Der Baum wirft aber Schatten.

Bei 5 cm steht “von Bewichs freigehaltener Boden”, hmm, ich mähe bei meinen Bienen ca. 3x im Jahr. 20 cm Bewuchs ist da fast immer, wenn ich spät dran bin auch mal 40 cm an den Ecken wo die Brenesseln gut wachsen. Befürchte wir bekommen das mit den Ökologisch orientierten Imkern nicht zwingend hin, dass sie alle drei Tage den Rasen vor den Bienen mähen.

Sorry, das hört sich von mir alles etwas kontraproduktiv an, ich versuche die Anspräche aber gerade nur (bei mir) mit der Realität abzugleichen!

wtf · March 28, 2019, 7:55pm

Ja, den Widerspruch werden wir wohl nicht leicht auflösen können.

Ick seh Dir ja auch erstmal nur als “theoretisches Ideal”, was vmtl. an keinem Standort ohne eigenem Wetterfrosch erreicht wird.

Ja! Und nur ein kleines Nein! :)

Ja zu “an der Box” oder “neben der Box”.

Ja zu einem durch ein gutes Gehäuse beschatteten Sensor, aber Nein zu einem künstlich beschatteten Gehäuse! Du sagst ja der Stock steht im Halbschatten, und dann sollten wir diesen einfach mitmessen.

Nein, keine Sorge! Laut Spezifikation müssen die in den Boden :P

Nee, genau. Kein Baum. Entweder gibts nen total meteorologisch begeisterten Mensch, der steckt sich gern nach Spezifika da ne 2,5m lange Latte in den Boden oder die 2m-Werte gibts halt nicht.

Missverständnis! Entweder messen die 5cm über den Boden – dann meint “von Bewuchs freigehaltener Boden” dass da garnix wächst! Da liegt nur “Boden” (in “natürlicher Zusammensetzung” die es so jeweils hat) drunter. Unkraut jäten heißt da die Challange. Oder die messen in 2m Höhe und dann soll da “Rasen”, also Grünfläche, drunter sein. Wie doll die gemäht werden muss ist nicht spezifiziert, aber richtig: höherer Rasen enthält mehr Wasser und 40cm hohe Brennnesseln werden die bei den amtlichen Stationen vmtl. auch nicht stehen lassen.

Nee, nur Unkraut jäten ;)

Kein Problem, ich find das angenehm produktiv so :) Probier ick mich mal weiter im Produktiven.

Theoretische Vorgaben zu machen, die nie eingehalten werden, ist sinnlos. Um über begrenzte Vergleichbarkeiten zu wissen auf jeden Fall hilfreich. Vorgaben zu machen, die “mal so, mal so” umgesetzt werden, ist auch doof.

Darum schlag ich vor eher mehr mögliche Sensor-Positionierung-Varianten zu definieren und denn je Umsetzung anzugeben welche gewählt wurde. Bspw. würde ich gerne “am Flugloch in hier 30cm Höhe” unterschieden wissen wollen von “an der Stock-Südwand in 50cm Höhe” oder “an nem Mast 1m südlich vom Stock in 50cm Höhe” (Ich wollt schon Stock statt Mast schreiben, aber …)

Ick würd mich in nem nächsten Post mal an Ideen für nen paar Varianten machen und den denn wiki-detierbar schalten.

wtf · March 28, 2019, 1:24am

Ich hab mal einen Entwurf für mögliche Messpunkte im meteorologischem gezeichnet, so als etwas übersichtlichere Diskussionsgrundlage. Quasi “theoretisches Ideal” nach Teilen der DWD-Spezifika, siehe auch die Diskussion dazu hier:

Versionsänderungen:

wtf2: maximalen Abstand von 2.5m zwischen Luft-5cm und Luft-2m hinzugefügt.