Projekt MeteoMap - Wetter mit Google Map API

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Die Daten, deren Menge und Qualität:

Das effekttiefste Konzept wäre die geringste Datendichte. Also, nur Wetter-Informationen von Koordinaten auf denen man sich in den nächsten Tagen befinden wird. Und das Ganze auch noch zeitlich gesehen. So etwas wird MeteoRouting genannt, eine Erfindung von Bonito. Es wird hauptsächlich von Professionellen in der Berufsschiffart genutzt. Nur in gewissen problematischen Fällen wird, eine größere Datenmenge geladen um bei der Entscheidung für eine Kursänderung behilflich zu sein. Wichtig ist die Möglichkeit, gegebenenfalls größere Mengen zu laden, nicht aber ständig.

Jedoch das freut nicht gerade Lieferanten. Wogegen das Propagieren von größeren Mengen, mit scheinbar genaueren Werten, einträglicher sind. Daher kommt es zu einer verzerrten Meinungsbildung, die von den Journalisten übernommen werden. Ein Lieferant erhält die rohen Daten von seinem Rechencenter, bereitet dieses nach einer vorgegeben mathematisch, meteorologischen Methode auf und kann dann jede gewünschte Auflösung liefern. Die Lieferanten lassen sich die Daten nach Menge bezahlen, je mehr Daten umso größer das Einkommen.

Nun wird gerne behauptet die spezielle Rechenmethode seien etwas Besonderes. Und traditionell darf so etwas nicht als einfache Interpolation bezeichnet werden. Liebend gern wird so etwas als mesoscale Analysis und Prediction bezeichnet. Und es bedarf besonderer Ausbildung, Geräte und Daten um so etwas leisten zu können.

Man, Leute, ein Bäcker kann mehr, denn die Daten werden vom Rechencenter so präpariert, das nur noch der gewöhnliche Pythagoras angewandt wird. Mathematisch handelt es sich um eine einfache Rechenart, die man Interpolation nennt, wenn man den eitlen Stolz der Speudo-Meteorologen wegläßt.

Doch dank der Fachjournalisten gilt nun traditionell das Wort 'Interpolation' als verpönt und wird absichtlich so gestellt als wäre ein Makel daran. Jedoch stellen Sie nun einmal selbst einige Überlegungen an.

Bis heute ist es der teuerste und größte Computer der Welt, welcher unsere Wetter-Vorhersagen errechnet. Abgesehen vom notwendige Personal und sonstigem Verbrauch der Mittel ganz zu schweigen, ist es auch in der westlichen Welt der einzige. Und alle Nationen (auch der DWD) holen sich Ihre Daten von diesem Zentrum in Amerika - der NOAA.

Das Problem bei dem berechnen sind die Chaos-Gesetze. Denn der Flügelschlag eines Schmetterlings kann einen Orkan verursachen. Da gibt es doch Leute, die behaupt, es wäre viel zu ungenau mit 1°Grad Auflösung und sie könnten eine ganz besondere Berechnung mit den Daten anstellen.

 Was für ein Unfug !

Wenn man eine Vorausberechnung anstellt, dann werden die Daten der NOAA als Grundlage genutzt, die mit einem Raster von 1° Grad geliefert werden. Wenn man nun der Meinung ist, man kann zwischen den Punkten eine besondere Rechenart anwenden, die einiges geniales mehr berücksichtigt. Dann hieße das konsequenterweise, dass dieses neue errechnete Ergebnis auch Grundlage der nächsten folgenden Berechnung sein sollte. Aber nein, diese Leute nehmen wieder für die nächste Berechnung wieder die 'ungenauen' Daten der NOAA als Grundlage der Vorhersage. Sie sollten sich fragen: Wie kann auf solche Weise die Daten-Qualität gesteigert werden.

Stellen Sie sich vor, Sie haben 4 Daten-Punkte auf See-Ebene und Sie berücksichtigen die besondern Eigen-schaften der Topografie des steilen Küstengebirges, dann benötigen Sie auch dreidimensionale Daten, nämlich die nächsten höheren der 10, 20, 100m Ebenen usw. Wenn Sie ein anderes Ergebnis errechnen wird das konsequenter-weise einige Punkte verändern. Daraus folgende Verände-rungen werden dann das ganze dreidimensionale Datengitter verändern. Ein Rechenaufwand der lediglich zeitlich nur durch seine Datendichte bestimmt wird. Daher fragen Sie sich selbst:

Warum verkaufen diese Leute Daten und nicht die Methode, damit sich jede Nation ihren eigenen Wetter-Rechner leisten kann. Also, es wird immer zwischen den Punkten gerechnet, dieses folgt der vorgegeben Syntax des zugrunde liegenden Models, das derzeit von der NOAA genutzt wird. Dabei wurden die Daten so präpariert, das die Berechnung mit normalen Computern ermöglicht wird. Und diese Methode ist immer noch eine Interpolation, und wenn es nach mehr aussehen soll, dann nennt man es mesoscale Analysis.

Benutzt man das Wort Interpolation als Diskriminierung der Qualität der angewandten mathematischen Methode, so läuft man Gefahr von Anderen, als ahnungsloser Laie erkannt zu werden.

Mathematik für Skipper

Thema: mesoscale Berechnungen

Dieser Beitrag ist keine harter Stoff, sonder dient ausschließlich der Unterhaltung.
Es geht um mesoscale Berechnungen, die ja nicht 'nur einfache Interpolationen, sind.

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Extreme Mathematik ist z.B. die Heisenbergschen Unschärferelation der Quantenphysik: man kann Geschwindigkeit und Ort nicht bestimmen ohne durch den Mess-Vorgang selbst den reale Zustand zu verändern. Besonders dem Segler kann dieses recht verständlich gemacht werden.

Wir haben den perfekten speziellen Wetter-Vorhersage-Dienst, der jeden Seglerfurz besser und genaustes  berechnen kann. Doch die dummen Segler aber fahren genau da hin,  wo das gutes Segelwetter vorhergesagt wurde und versauen nun, mit ihren breiten Segeln, die schöne genaue Vorhersage.

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Mesoscale ist der Begriff mit einem bestimmten numerischen Model Werte zu ermitteln. Interpolation ist der gleiche Sinn aus der Mathematik bei Vernachlässigung der spezielle Vorgehensweisen. Schlagartig ab 2003 fand ich dieses Wort überall. Ich hatte 1976 etwas darüber gelernt. Plötzlich war es wieder da und ich hatte das Gefühl, das ich nichts, aber auch gar nichts Begriffen hätte, was mir damals gelehrt wurde. Aber schon wenige Tage später hatte ich die Erkenntnis, dass sich die pseudo-meteorologische Welt damit kleidet. Heute aber kann ich nicht mehr erkennen, wer nun ernsthaft damit arbeitet. Mir erscheint die Esoterik im besserem Verhältnis zu Ufo's, wie die mesoscalen Eitelkeiten zu mathematisch nüchterne Interpolation und zwar so, als würden diese Leute nicht verstehen, dass nur die Art und Weise diese besonderen Interpolationsart damit beschrieben wird. Und plötzlich kam 2008 hinzu,"ist ja nur Interpoliert". Jedoch hatte es plötzlich fatale Auswirkungen auf meinen Beruf. Obwohl ich 30 Jahre lang es unbeanstandet einfach nur Interpolierte, war ich geneigt es auch mesoscale zu nennen. Aber meiner geistigen Hygiene wegen wollte ich es solange nicht sagen, bis ich selbst berechnen kann, wie denn die Welt in den Angeln hängt (siehe bonitistische Geometrie). Jegliche andere Bezeichnung als Interpolation lehne ich ab, weil ich ja selbst der Verfasser der bonitistischen Geometrie bin. Ich denke es wird Zeit, den Leuten eigene Beurteilungen zu ermöglichen, in dem ich das Unwissen in Wissen wandle. Was natürlich nur mit Lesen gewandelt werden kann, denn nur wenige sind in der Lage zuzuhören und Lesen hat Muße und hat immer den eigenen individuellen Takt des Begreifens. Zuhören fordert einen geübte Takt des Begreifens - besonders bei Mathematik, auch wenn es sich um extrem leichten Stoff handelt.

Vielleicht rechnen Sie auch nicht gerne oder sind recht ungeübt darin, aber glauben Sie mir, mit etwas Mut bringen Sie in Erfahrung, womit man heute fast jeden beeindrucken kann. Und wenn Sie es dann verstanden haben, dann werden Sie bald einsehen, warum Ihnen keiner zuhören will, wenn Sie es denn weiter erzählen wollen. Und warum die meisten Leser, den folgenden Aufsatz nicht mehr lesen.

Wie wird eine einfache Interpolation zur absoluten mathematischen Finesse,
so, dass man dann nur noch von einer mesoscalen Analysis spricht?

Die einfachste Art der Interpolation:

                          Sie nehmen 2 Zahlen,    addieren diese    und teilen Sie durch 2.
                          Dann erhalten Sie den Wert, der genau zwischen diesen Punkten liegt.

                z.B:    2+4=6    6/2=3   also ist die neue entstandene Reihenfolge =  2, 3, 4

Dieser Vorgang ist bekannt, als eine einfache, lineare Interpolation.

Und im Folgendem erscheint es Ihnen dann bald recht kompliziert, nur um dann letztendlich wieder ganz primitiv addiert zu werden. Wenn Sie nun die folgenden Sätze ignorieren, dann ändert sich nichts am Ergebnis, nichts an der Erkenntnis, dass alle Genialität darin liegt, nur eine primitive Interpolation zu sein. Jedoch das fehlende Wissen ist die Macht, die Andere in den Händen halten, um Sie so zu beidrucken, das diese einen Mehrwert mit Ihrem Unwissen erzeugen. So entsteht Mehrwert. Mehr als die Sache Wert ist ?

Primitive Interpolation. Ja, recht einfach.
Aber Hallo ! Wie viel Komplexität können diese Grundwerte der Zahlen beinhalten?

Informatik: Man baut Gesetzt auf, die einigen Zahlen mehr Informationen mitgeben, als auf dem ersten Blick zu erkennen ist. Die Interpretation solcher Zahlen, kann auch mit einer besonderen Formulierung der Berechnung gestaltet werden.

Ein einfaches Beispiel wäre die Gradzahlen eines Kreises. Wenn Sie über 359° kommen, dann ist die nächste Zahl nicht mehr 360° sonder wieder 0°. Wie bei der Uhr, gibt es keine 24Uhr und daher auch nicht die Zahl 360° auf einem Kreis. Die Anwendung der Zahlen für Windrichtungen werfen also schon komplexere Fragen auf.

Bei zwei Eckwerten von Richtungen kommt es zur Frage, von WO nach WO hat sich der Wert bewegt auf dem Kreis. Zum Beispiel, von 10Uhr nach 2Uhr über die 12, oder von 2Uhr nach 10Uhr über die 6. Nun, bei der Uhr haben wir noch eine zusätzliche Information, nämlich, dass sich alles rechts dreht.

Sehen Sie, reine Informatik, die Zahlen haben nicht nur einem einfachen Wert, sonder noch weitere Informationen, die ohne Erklärung nicht zu erkennen währen. Die Berechnungen folgt somit nicht nur mathematischen Gesetzen, sondern auch noch einer gewissen Syntax, nämlich, die Zahl, die zuerst kommt, bestimmt von WO, nach WO, die Bewegung statt fand. Für unser Beispiel zum Einem die 10Uhr zuerst. Damit wird klar, von 10Uhr nach 2Uhr, das geht immer über die 12, weil sich bei unsere Uhr der Zeiger immer rechts dreht.

Diese Zusätzlichen Informationen werden bei einer Daten-Übertragung nicht gesendet. Diese zusätzlichen Daten liegen schon als 'Wissen' auf dem Computer. Dort wird das Ganze formuliert, als Formel der Berechnung angewandt. Komplexer wird es erst, wenn wir nun die Uhr verlassen und uns wieder dem Wind zuwenden. Denn, wenn wir das Ganze 2-dimensional machen, kommt die Frage auf: Welcher Wert hat mehr Gewicht (Windstärke) und zieht, diese oder jenen Punkt mehr zu sich hin. Erschwerend kommt noch hinzu, dass der Wind beide Drehrichtungen haben kann (rechts und links), wogegen die Uhr nur eine feste Drehrichtung hatte.

Wupps, da zieht es uns die Beine weg.

Jetzt wird es kompliziert. Wie addiert man Richtungen zusammen, die vielleicht links oder rechts drehend sind. Wie behält man dann noch die Null-Durchgänge im Auge, wenn die Zahlen nicht mehr linear sind. Ganz schnell sind wir bei der Vektor-Mathematik mit physikalische hoch komplexer, mathematischen Geometrie.

Gut, Ende des Vortrags, die Auflösung ist genial einfach:

Wir lassen die teuren Eierköpfe im Rechenzentrum alles errechnen und alles berücksichtigen, was zu berücksichtigen wäre. So, dass wir für Wind und Windstärke nur noch zwei lineare Zahlenwerte haben. Diese erhalten wir dann als Eckwerte, die wir dann nur noch addieren müssen.

Peng, Aus, das war alles.

So können Sie ganz primitiv jede gewünschte Menge von Punkten zischen den Eckwerten interpolieren, eindimensional gesehen auf einer Linie. Bei zwei Dimensionen wird es schon etwas komplexer. Da müssen Sie alle Werte mit der Entfernung zu den Nachbar-Punkten multiplizieren. Das heißt man muss das 'Ziehen' oder Drängeln' der Kräfte berücksichtigen. Für die Entfernung kommt dann noch Herr Pythagoras hinzu und gibt dieser Berechnung noch die Würze längst vergessener Zutaten.

Also, nun haben wir schon Mehl und Wasser für ein Brot. Wenn wir nun das Ganze für 3-Dimensionen backen, dann wird die untere Flächenberechnung eines so gedachten Würfels etwas genauer. Mit der Berechnung der 3.Dimension kommt automatisch noch die Topografie hinzu, also die Berücksichtigung von Bergen usw. Denn der Wind kann nicht durch Berge blasen.

Mesoscale wird das Ganze, wie beim beim Bäcker, die Gewürze sind dann ganz eigene Zutaten. Im mesoscalen Gelände können Sie sich mit der Chaostheorie auseinander setzen und die meteorologische Welt verbessern. Nur Ihre Berechnung haben dann immer zu den vorgegebenen Punkten (die Daten-Punkte vom Rechenzentrum) 'falsche' Werte, weil sie ja statisch stehen bleiben müssen. zwischen den Punkten führen diese neu errechneten Werte ihr chaotische Eigenleben aus. Da fliegen dann viele Schmetterlinge der Chaostheorie, die sich selbst nicht wissen wohin sie im nächsten Flügelschlag fliegen wollen.

Wenn diese Punkte nun nicht statisch weiter genutzt werden, dann berechnen Sie mesoscale die ganze 3D-Welt des Wetters. Mesoscale korrekt wäre also nur die Anwendung eines 3D-Models auf die komplette Berechnung, Analyse, Nowcast und anschließend Forecast. Aber so etwas machen nur die drei noch existierenden großen Rechenzentren. Vollkommen unbestritten ist die absolute Konsequenz einer mesoscalen Berechnung. Ich hingegen spreche nur von Interpolation, solange ich nicht die ganze Welt berechne. Andernfalls habe ich Angst mich vor den Wissenden zu blamieren. Und schon gar nicht verwende ich das Wort diskriminierend um meine Produkte besser ins Licht zu stellen. Aber es ist Tradition, das Wort Interpolation nicht zu nutzen, um sich abzugrenzen, damit die Unwissenden ihnen den Glorienschein bohnern.

Nun kommen wir zum Knackpunkt. Sicherlich verstehen Sie jetzt, das eine 3-dimensinale Interpolation keine einfache Sache mehr ist. Wenn Sie aber nicht mehr die komplizierten Zusammenhänge berücksichtigen müssen, dann ist das, für jemand der dieses jeden Tag tut, ein einfacher Job, wie jeder andere Beruf auch.

Aber letztendlich werden zum Schluss alle komplex ermittelten Werte nur addiert und durch den Teiler geteilt.

Jedoch dürfen wir nicht vergessen, diese Werte wurden nur so gewandelt, damit wir sie einfach interpolieren können. Zum Schluss muss jeder so ermittelte Wert mittels der besondere Formulierung zurückgewandelt werden in die Werte, die sie einmal waren. Nämlich Wind und Windgeschwindigkeit und dieses ist keine besondere Mathematik sondern konsequente Anwendung der Informatik.

Alles ist nur simple Interpolation, die konsequente  Anwendung des Wissens, der besonderen Syntax, der Formulierung der Eigenschaften, der Sache, die wir gerade nur addierten. Das ganze haben wir nur denen zu verdanken, die sich solch geniale Ideen einfallen ließen. Und plötzlich erscheint es einem nicht mehr so, als gäbe es eine Heerschar von meteorologischen Rechenkünstlern. Und auch Sie haben jetzt das Problem, wie ich. Wer ist nun wirklich kompetent und ernsthaft ?

Dumm ist das aber nur für die, die es wirklich verstehen und ohne großes Schaumschlagen einfach nur rechnen, denn "die Interpolieren ja nur". Das tun sie aber nur, weil sie gelernt haben, dass das Wetter dadurch nicht besser wird, wenn man sich den ganzen Tage Mühe gibt, um so präzise zu rechen, dass das Wetter heute endlich einmal so wird, wie es gestern gerade berechnet wurde. Aber natürlich dürfen wir auch nicht die vergessen, die es dennoch versuchen. Gäbe es nicht jene, würden die Wissenschaft stillstehen. Was soviel, wie ein Danke ist, für die, die es noch tun oder taten.

haben

Ein uralter Bonito-Spruch 1976:

Unwissenheit verschwindet durch lesen, Dummheit hingegen verbleibt.

Diese Information ist kostenlos, ich hoffe aber, sie war nicht umsonnst.