2. Mit Zeitreihen arbeiten

In diesem Kapitel betrachten wir einige Fallbeispiele, um zu sehen, wie man die Daten einer Zeitreihe analysieren kann. Wir beginnen mit Messdaten aus dem Wattenmeer an der ostfriesischen Küste, und untersuchen anschließend die Mauna Loa-Daten über das Kohlendioxid in der Atmosphäre.

Messungen im Wattenmeer (1/3)

Schlickküsten sind eine typische Erscheinung in der südlichen Nordsee. Messungen in dieser Umwelt sind wegen der geringen Wassertiefe recht schwierig, da man nicht mit einem größeren Forschungsschiff in das Watt hineinfahren kann. Außerdem treten die größten Änderungen in der Lage von Sandbänken und im Verlauf der Seegatten (der Einlässe zwischen den Inseln für das Meerwasser in Richtung Rückseitenwatt) bei schlechtem Wetter auf. Mit kleinen Forschungsschiffen, die in diesem Gebiet fahren können, lässt sich bei Windstärke 8 aber nicht mehr forschen...

Eine Möglichkeit, auch unter solchen Bedingungen Daten zu erheben, ergibt sich mit Messstationen, die ihre Daten automatisiert und kontinuierlich registrieren und mittels Funk zu einer Empfangsstation an Land übertragen. Seit Herbst 2002 werden solche Zeitreihen mit einer Messstation registriert, die im Seegatt der Insel Spiekeroog aufgebaut wurde.

Die Küste der südlichen Nordsee von Dänemark über Deutschland bis zu den Niederlanden, mit der Vielzahl an Inseln im Wattenmeer. Die kleine Karte zeigt das Watt bei Spiekeroog. Die Wassertiefen unterhalb des mittleren Meeresniveaus sind in blauen Farbtönen dargestellt. Die hellblauen Gebiete fallen bei Ebbe trocken. Der rote Punkt markiert die Position der auf dem Foto abgebildeten Messstation Spiekeroog.

Auf der Station werden in zehnminütigem Abstand die Lufttemperatur, Windgeschwindigkeit und -richtung, der Luftdruck, die Wassertemperatur und der Salzgehalt, der Wasserstand, die Menge der Algen im Wasser und andere Größen registriert. Wir untersuchen zunächst die Luft- und Wassertemperatur und den Salzgehalt des Meerwassers, und wie ihre Werte vom Wetter abhängen.

Im Wattenmeer gibt es Gezeiten und daher auch veränderliche Wasserstände, die bereits auf Seite 4 in Kapitel 1 behandelt wurden. Die Änderungen des Wasserstands ergeben sich durch Gezeitenströmungen: das Wasser staut sich an der Küste bei Hochwasser und wird bei Niedrigwasser von der Küste abgezogen (siehe auch Kapitel 5 der Lerneinheit Meeresströmungen).

Wassertemperatur und Salzgehalt ändern sich durch das Wetter. Dies ist im Rückseitenwatt (das ist das Gebiet zwischen den Inseln und dem Festland) besonders ausgeprägt, da dort die Wassertiefe - wie auf der Karte zu sehen - sehr gering ist. Aus diesem Grund zeigen die an der Messstation im Seegatt - wo das Wasser infolge der Gezeitenströmung vorbeifließt - gemessenen Temperatur- und Salzgehaltswerte häufig Veränderungen mit der Gezeitenperiode.

Zeitreihen über 8 Tage

Zeitreihen der Temperatur der Luft (rote Kurve) und des Meerwassers (blaue Kurve), des Salzgehalts und Wasserstands während acht Tagen im Juni 2007. Die Daten wurden in Abständen von 10 Minuten registriert.

Zeitreihen wie oben, jedoch während acht Tagen im Dezember 2007.

In den Abbildungen ist der Salzgehalt in der Einheit Practical Salinity Units (psu) angegeben. Dies liegt daran, dass der Salzgehalt nicht direkt gemessen werden kann, sondern aus der Temperatur, dem hydrostatischen Druck und der elektrischen Leitfähigkeit des Meerwassers berechnet wird; näherungsweise entsprechen psu-Werte dem gelösten Salz in Gramm pro Kilogramm Meerwasser. Die Markierungen an den Zeitachsen zeigen Null Uhr des jeweiligen Tags an.