Klimachronik: Wie aus verstreuten Wetterdaten ein interaktives Klimaprojekt wurde

---

Manchmal beginnt ein Projekt mit einer konkreten Idee. Man weiß ziemlich genau, was man bauen möchte, welche Funktionen benötigt werden und wie das Ergebnis ungefähr aussehen soll. Bei der Klimachronik war das anders.

Mein erster Gedanke entstand durch einen Artikel, in dem es darum ging, wie sich mithilfe bestimmter Satellitendaten erkennen lässt, wie fruchtbar einzelne Regionen oder Länder sind. Ich fand das Thema sofort spannend und begann mich genauer damit zu beschäftigen. Wie ich von dort zu Rasterdaten und schließlich zu den Messwerten einzelner Wetterstationen gekommen bin, weiß nicht mehr genau. Wahrscheinlich führte eine Recherche zur nächsten und irgendwann landete ich jedenfalls bei historischen Wetterdaten und war sofort begeistert davon.

Ich wollte schon länger ein Projekt rund um den Klimawandel entwickeln. Mir fehlte jedoch eine Idee, die nicht schon unzählige Male umgesetzt worden war. Temperaturkarten, globale Durchschnittswerte und allgemeine Klimadiagramme gibt es schließlich bereits in vielen Varianten. Bei meiner weiteren Recherche fiel mir allerdings etwas auf: Es gibt zwar unglaublich viele Wetterdaten, doch sie bleiben häufig innerhalb der Systeme einzelner Länder, Behörden und Wetterdienste. Genau dort begann die eigentliche Idee hinter der Klimachronik.

Viele Länder, viele Daten, kaum Vereinheitlichung

Wetterdienste stellen sehr umfangreiche historische Messreihen bereit. Einige Stationen liefern seit vielen Jahrzehnten Werte, manche Messreihen reichen sogar mehrere Jahrhunderte zurück. Der gesamte derzeit eingebundene Datenbestand der Klimachronik beginnt im Jahr 1719. Das bedeutet natürlich nicht, dass jede Station und jede Messgröße diesen vollständigen Zeitraum abdeckt. Trotzdem fand ich allein die Vorstellung beeindruckend, dass Messungen aus einer völlig anderen Zeit heute digital ausgewertet werden können.

Das Problem liegt also nicht unbedingt darin, dass es zu wenige Daten gibt. Das Problem ist, dass jedes Land und teilweise sogar jeder einzelne Datensatz anders aufgebaut ist. Österreich stellt seine Daten über GeoSphere Austria bereit. Deutschland bietet historische Stationsdaten über das Climate Data Center des Deutschen Wetterdienstes an. Beide Quellen enthalten wertvolle Informationen, verwenden aber unterschiedliche Strukturen, Bezeichnungen und teilweise auch unterschiedliche technische Formate. Und dabei sind wir erst bei 2 Ländern, welche ich aktuell integriert habe.

Für Personen, die nur einen einzelnen Wert suchen, mag das noch funktionieren. Sobald man aber Daten über Jahre hinweg vergleichen, mehrere Stationen gegenüberstellen oder sogar verschiedene Länder in einer gemeinsamen Anwendung darstellen möchte, wird es kompliziert. Der Zugang ist für Laien häufig nicht besonders einfach. Die Daten liegen in Archiven, Textdateien, Tabellen oder anderen Strukturen vor. Dazu kommen technische Beschreibungen, Abkürzungen und Stationskennungen, deren Bedeutung man zunächst verstehen muss.

Die ursprünglichen Messwerte gehen dabei zwar nicht verloren, doch für interessierte Nutzer sind sie oft nur schwer zugänglich und kaum direkt miteinander vergleichbar. Genau das wollte ich ändern.

Die eigentliche Arbeit beginnt vor der ersten Grafik

Am Anfang dachte ich, die größte Herausforderung würde wahrscheinlich die Darstellung der Daten werden. Eine interaktive Karte, Diagramme, Zeitachsen und verschiedene Vergleichsmöglichkeiten sind schließlich nicht ganz trivial. Relativ schnell stellte sich jedoch heraus, dass der aufwendigste Teil an einer ganz anderen Stelle liegt: bei der Datenaufbereitung.

Bevor auch nur ein einziger Wert auf einer Karte erscheinen kann, müssen die gelieferten Rohdaten verstanden, geprüft und in eine gemeinsame Struktur gebracht werden. Dabei können sich unter anderem folgende Dinge unterscheiden:

• Dateiformate und Archivstrukturen
• Trennzeichen und Zeichencodierungen
• Schreibweisen von Zahlen und Datumswerten
• Namen und Reihenfolge der Spalten
• Stationskennungen
• Bezeichnungen der Messgrößen
• Einheiten und Rundungen
• verfügbare Zeiträume
• Kennzeichnung fehlender Werte
• historische Stationswechsel

Fehlende Daten bleiben fehlende Daten

Ein besonders wichtiger Punkt war für mich der Umgang mit Datenlücken. Wenn eine Wetterstation für einen bestimmten Monat keinen gültigen Messwert liefert, wird dieser Wert nicht geschätzt und auch nicht automatisch durch eine Berechnung ergänzt. Der Monat bleibt leer. Das klingt zunächst selbstverständlich, ist technisch aber sehr wichtig.

Ein gemessener Niederschlag von null Millimetern ist schließlich etwas völlig anderes als ein Monat, für den überhaupt kein Messwert vorhanden ist. Dasselbe gilt beispielsweise für Frosttage, Hitzetage oder Neuschnee. Würde man fehlende Werte einfach durch null ersetzen, entstünden falsche Aussagen. Würde man sie automatisch interpolieren, wären es keine ursprünglichen Stationswerte mehr.

Die Klimachronik unterscheidet deshalb klar zwischen Quellenwerten, vereinheitlichten Werten, berechneten Ansichten und reinen Darstellungswerten. Die eigentlichen Monatswerte der Wetterdienste bleiben erhalten. Berechnungen und Visualisierungen bauen darauf auf, werden aber getrennt behandelt.

Aus Rohdaten wird eine gemeinsame Struktur

Für die Klimachronik werden die Daten aller Quellen auf einen gemeinsamen Nenner gebracht. Jede Station erhält eine eindeutige Kennung und wird mit ihren Metadaten verbunden. Dazu gehören unter anderem der Stationsname, das Land, die Koordinaten, die Höhe usw.

Die Monatswerte werden in einer festen Struktur gespeichert. Jedes Jahr besteht aus zwölf Positionen, jeweils einer für jeden Monat. Fehlende Messwerte bleiben dabei als leere Werte erhalten. Zusätzlich entstehen weitere Datenpakete:

• Stationshistorien für die Detailansicht
• Monatsdaten für Karte und Diagramme
• Zeitachsen für langfristige Übersichten
• klimatologische Referenzwerte
• Informationen über verfügbare Länder und Messgrößen
• Wertebereiche für Skalen und Darstellungen

Ein zentrales Manifest teilt dann mit, welche Länder, Stationen, Zeiträume und Messgrößen tatsächlich verfügbar sind. Das klingt vielleicht nach vielen technischen Zwischenschritten. Genau diese Struktur ist aber notwendig, damit später beispielsweise ein österreichischer Temperaturwert genauso verarbeitet werden kann wie ein deutscher Temperaturwert.

Was kann die Klimachronik?

Nach und nach entstand aus der Datenaufbereitung eine vollständig modulare Website. Das Ziel besteht nicht darin, einfach nur möglichst viele Zahlen anzuzeigen. Die Daten sollen erkundet, eingeordnet und miteinander verglichen werden können.

Wetterstationen auf einer gemeinsamen Karte erkunden

Messwerte als Heatmap betrachten

Entwicklungen über lange Zeiträume ansehen

Für einzelne Stationen können historische Monatswerte in Diagrammen betrachtet werden. Damit lässt sich zum Beispiel untersuchen, wie sich die durchschnittliche Temperatur eines bestimmten Monats über mehrere Jahrzehnte entwickelt hat. Auch Niederschlag, Sonnenscheindauer oder die Anzahl bestimmter Ereignistage können auf diese Weise verfolgt werden.

Zusätzlich lassen sich verschiedene Hilfskurven einblenden. Sie verändern die Originalwerte nicht, helfen aber dabei, langfristige Entwicklungen besser zu erkennen.

Zeitpunkte miteinander vergleichen

Ein weiterer wichtiger Bereich ist der Vergleich verschiedener Zeitpunkte. Man könnte beispielsweise den Januar 1985 mit dem Januar 2025 vergleichen. Beide Zeitpunkte werden auf derselben Karte dargestellt und können mithilfe einer verschiebbaren Trennlinie direkt gegenübergestellt werden. Dadurch wird sichtbar, welche Werte die einzelnen Stationen in beiden Monaten geliefert haben und wo Unterschiede auftreten.

Klimatologische Referenzperioden

Zwei Wetterstationen gegenüberstellen

Die Klimachronik kann nicht nur Zeitpunkte, sondern auch Stationen vergleichen. Dafür lassen sich Stationen nach verschiedenen Kriterien suchen und filtern. Dazu gehören unter anderem Land, verfügbarer Datenzeitraum, Höhe, Entfernung und der aktuelle Wert einer Messgröße. Zwei ausgewählte Stationen können anschließend direkt miteinander verglichen werden.

Ein mögliches Beispiel wäre der Vergleich einer höher gelegenen Station mit einer Station im Flachland. Ebenso könnte man zwei Stationen aus unterschiedlichen Ländern auswählen und untersuchen, wie sich bestimmte Monatswerte über denselben Zeitraum entwickelt haben.

Lokale und globale Temperaturentwicklung vergleichen

Daten exportieren

Ausgewählte Stationsdaten und Ansichten lassen sich außerdem weiterverwenden. Dafür stehen Funktionen für den CSV Export und den PDF Export bereit. So können Messwerte außerhalb der Website genauer untersucht oder dokumentiert werden. Gerade bei langen Zeitreihen ist das praktisch, weil die Klimachronik dadurch nicht nur eine visuelle Oberfläche bleibt, sondern auch als Ausgangspunkt für eigene Auswertungen dienen kann.

Ein konkretes Beispiel

Angenommen, ich möchte wissen, wie sich die Sommertage an einer bestimmten Wetterstation entwickelt haben. Zuerst suche ich die Station über die Stationsauswahl. Anschließend wähle ich die Messgröße Sommertage und grenze den gewünschten Zeitraum ein.

Im Diagramm sehe ich nun die vorhandenen Monatswerte der Station. Datenlücken bleiben sichtbar. Eine geglättete Kurve kann helfen, die langfristige Entwicklung besser einzuordnen. Danach könnte ich eine zweite Station auswählen und beide Messreihen miteinander vergleichen. Vielleicht liegt die zweite Station höher, weiter nördlich oder in einem anderen Land.

Alternativ könnte ich auf der Karte zwei einzelne Jahre gegenüberstellen und untersuchen, ob sich nicht nur diese beiden Stationen, sondern auch die umliegenden Messpunkte unterscheiden. Genau darin liegt für mich der Reiz des Projekts: Die Klimachronik gibt nicht nur eine fertige Aussage vor. Sie stellt Werkzeuge bereit, mit denen sich die Daten selbst erkunden lassen.

Warum die Website modular aufgebaut ist

Schon während der ersten Entwicklung war klar, dass die Anwendung später erweitert werden soll. Weitere Länder oder Messgrößen einfach in den bestehenden Code hineinzuschreiben, hätte das Projekt schnell unübersichtlich gemacht. Deshalb ist die Klimachronik modular aufgebaut.

Karte, Heatmap, Stationsauswahl, Stationsvergleich, Zeitachsen, Diagramme, Exporte und Datenzugriff bestehen aus getrennten Modulen. Auch mathematische Berechnungen und grafische Darstellung sind voneinander getrennt.

Die Anwendung lädt außerdem nicht sofort sämtliche vorhandenen Daten. Beim Start werden zunächst nur die Daten der aktiven Länder und der aktuell benötigten Messgröße geladen. Weitere Länder können später ergänzt und bereits geladene Daten im Browser wiederverwendet werden. Das reduziert unnötige Datenmengen und wird mit jedem zusätzlichen Land wichtiger.

Die unsichtbare Komplexität

Wenn man die fertige Seite öffnet, sieht man zunächst eine Karte, einige Schaltflächen, eine Zeitleiste und Diagramme. Was man nicht sieht, ist die Arbeit davor. Man sieht nicht, wie viele unterschiedliche Rohdateien untersucht werden mussten. Man sieht nicht, wie Stationskennungen verbunden, Datumsangaben vereinheitlicht und fehlende Werte behandelt werden. Man sieht auch nicht, wie viele Abhängigkeiten entstehen, wenn eine Station gleichzeitig auf der Karte, in der Heatmap, im Diagramm und im Vergleich dieselbe Station bleiben muss.

Eine kleine Änderung an der Datenstruktur kann sich auf viele Bereiche auswirken. Wenn eine Stationskennung nicht eindeutig ist, wird möglicherweise der falsche Messpunkt angezeigt. Wenn ein fehlender Wert versehentlich als null interpretiert wird, verändert sich ein Diagramm. Wenn zwei Messgrößen unterschiedliche Einheiten besitzen, darf für sie nicht dieselbe Skala verwendet werden.

Dazu kommen Fragen der Darstellung: Wie zeigt man mehrere Jahrhunderte auf einer verständlichen Zeitachse? Wie verhindert man, dass große Datenmengen den Browser ausbremsen? Wie vergleicht man Stationen mit unterschiedlich langen Messreihen? Wie erklärt man den Unterschied zwischen einem echten Messwert, einer berechneten Anomalie und einer grafischen Heatmap?

Bei neueren Jahren können allein für eine Messgröße über 1000 Wetterstationen gleichzeitig auf der Karte erscheinen. Die dafür benötigten Werte werden in kompakten Jahrespaketen geladen und anschließend direkt im Browser ausgelesen, den einzelnen Stationen zugeordnet und grafisch verarbeitet. Je nach Ansicht müssen so 1000 Stationswerte gleichzeitig geprüft, miteinander verknüpft und dargestellt werden.

Trotzdem soll sich die Anwendung möglichst flüssig anfühlen. Deshalb wird nicht der gesamte Datenbestand auf einmal geladen. Die Klimachronik ruft nur die aktuell benötigten Dateien ab, lädt weitere Daten bei Bedarf oder während kurzer Leerlaufzeiten nach und verwendet bereits geladene Pakete anschließend erneut. Gerade bei langen Zeiträumen, mehreren Ländern oder direkten Vergleichen war diese Aufteilung besonders wichtig.

Wie es weitergehen kann

Aktuell verwendet die Klimachronik Stationsdaten aus Österreich und Deutschland sowie HadCRUT5 als globale Vergleichsreihe. Die Daten stammen aus offiziellen Quellen und werden vor der Verwendung in ein gemeinsames Format gebracht. Durch den modularen Aufbau können später weitere Länder und Messgrößen ergänzt werden.

Der entscheidende Schritt bleibt dabei immer derselbe: Neue Rohdaten müssen zunächst verstanden und sauber in die gemeinsame Struktur überführt werden. Genau hier liegt wahrscheinlich auch die langfristige Arbeit an diesem Projekt. Nicht jede neue Quelle lässt sich mit wenigen Klicks hinzufügen. Jedes Land bringt eigene Formate, Besonderheiten, historische Strukturen und teilweise auch völlig neue Messgrößen mit.

Kürzlich bin ich beispielsweise auf Datensätze zur Gletscherschmelze gestoßen, ebenso auf eine österreichweite Übersicht der Waldbrände der vergangenen Jahre. Solche Daten eröffnen spannende Möglichkeiten, weil sie sich mit den bereits vorhandenen Wetterdaten kombinieren lassen. Vorstellbar wäre etwa eine Vergleichsansicht, bei der auf der linken Seite die durchschnittliche Temperatur als Heatmap dargestellt wird und auf der rechten Seite die registrierten Waldbrände desselben Zeitraums. Dadurch könnten mögliche Zusammenhänge deutlich anschaulicher erkundet werden, ohne dass die eigentlichen Datensätze miteinander vermischt werden.

Genau das macht die Klimachronik für mich so spannend. Aus vielen voneinander getrennten Messreihen entsteht nach und nach eine gemeinsame Oberfläche. Historische Daten verschwinden nicht länger in Archiven und komplizierten Tabellen, sondern können auf einer Karte entdeckt, in Diagrammen betrachtet und über lange Zeiträume verglichen werden. Gleichzeitig können die aufbereiteten Daten künftig auch als Grundlage für weitere Projekte, kommunale Auswertungen oder andere fachliche Anwendungen dienen.

Was mit einem Artikel über Satellitendaten und die Fruchtbarkeit verschiedener Regionen begann, führte am Ende zu einer ganz anderen Frage: Wie lassen sich die Messungen realer Wetterstationen so aufbereiten, dass auch andere Menschen sie einfach erkunden und verstehen können? Die Klimachronik ist meine Antwort darauf.