Neue Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

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Michael Theusner
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Neue Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

Beitrag von Michael Theusner » 5. Apr 2020, 18:20

Hallo,

Ich möchte euch etwas vorstellen, an dem ich schon im Herbst 2016 angefangen habe zu basteln, das nun endlich in Betrieb ist. Und zwar eine Echtzeit-Berechnung der aktuellen Polarlichtchancen für Deutschland, die auf den Messungen der norwegischen Magnetometer des Tromsø Geophysical Observatory beruhen. Diese Werte sind also wetterunabhängig und, solange die Magnetometer arbeiten, immer verfügbar!

Vielleicht erinnert ihr euch noch an den Spektrografen, den ich damals in Bremerhaven stehen hatte, um das aktuelle Auftreten von PL zu messen? (Leider gibt es den ja aktuell wegen meines beruflichen Wechsels nach Hamburg nicht mehr). Der war dafür auch ganz wichtig, weil der es ermöglichte, die von mir gemessenen Spektrallinienhelligkeiten, mit den von uns allen visuell und fotografisch beobachteten Polarlichthelligkeiten abzugleichen.

Die Spektrallinienhelligkeiten konnte ich wiederum über ein kleines Modell mit den Magnetometerausschlägen in Norwegen in Beziehung setzen. Dadurch ist es nun möglich, aufgrund der Magnetometerausschläge, eine Aussage über das Auftreten von Polarlicht bestimmter Helligkeit in Deutschland zu treffen (die Polarlichthelligkeit bezieht sich dabei auf das rote Polarlicht). Diese Aussage beruht dann also nur noch auf den Magnetometerdaten.

Da ausreichende Magnetometerdaten ab 1999 verfügbar sind, konnte ich das rückwirkend für jede Nacht der letzten 20 Jahre berechnen und mit dem wunderbaren Polarlichtarchiv von Andreas abgleichen. Und es ist wirklich erstaunlich; die von mir berechneten Aktivitätsmaxima stimmen oft bis auf die Minute mit den Aussagen der Beobachter überein. Insofern habe ich inzwischen sehr viel Vertrauen in das von mir gebastelte Modell :)

Genug Worte. Damit man sich das besser vorstellen kann, hier ein Beispiel für den 17./18.3.2015 (wer erinnert sich?):
Bild
(dreieckige Marker: Dämmerungslinien. gelb: Sonnenaufgang/-untergang; bürgerlich, nautisch, schwarz: astronomisch. Außerdem: Mondauf- und -untergang)

Das Diagramm zeigt für jeden Zeitpunkt die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Polarlicht verschiedener Helligkeitsstufen (fotografisch, schwach visuell, deutlich visuell und hell). In der Summe kann das natürlich maximal 100% sein :D. Leider gab es damals offenbar das hellste PL kurz nach Sonnenuntergang. Wahrscheinlichkeit für helles PL > 99%. Der starke Beamer in der Dämmerung im Westen war wohl nur das Nachspiel. Erkennbar sind auch die weiteren Aktivitätsphasen (vor allem gegen 21 UTC und 23:30 UTC, und auch noch einmal um 2:20 UTC).

Meiner Erfahrung nach sind aber auch schon bei Wahrscheinlichkeiten von 30% die Chancen gut, zumindest fotografisch etwas nachzuweisen. Und das Diagramm gilt natürlich genauso für alles im Bereich 10°Ost plus/minus mehrere Grad.

Wo kann man sich das angucken?

Echtzeitberechnung (2-minütig aktualisiert): http://www.theusner.eu/aurora/realtime.php
Berechnet für 5 Breitengrade: 55.5°N, 53.5°N, 51.5°N, 49.5°N und 47.5°N.

Archiv 1999 bis aktuell (nur für 53.5°N): http://www.theusner.eu/aurora/probability.php
Ein Hinweis: vor Dezember 2003 sind die Werte potentiell unterschätzt, weil es da noch nicht die südlichste Magnetometergruppe in Norwegen gab. Deren Werte habe ich aus den anderen Stationen interpoliert. Sie ist gerade bei hellen Polarlichtern wichtig, weil dann das Polarlichtoval weit südlich liegen kann.

Beim Durchklicken des Archivs ist festzustellen, dass PL in Deutschland wohl doch noch häufiger auftritt, als man denkt. Oft dauern solche, auch intensive Phasen aber nur 30 bis 60 Minuten. Und dann gibt es da noch das Wetter :lol:. Man bekommt auch ein gutes Gefühl dafür, was bei welchen Wahrscheinlichkeiten zu erwarten ist.

Außerdem ist unschön zu sehen, was wir alles verpasst haben, was nicht in Andreas' Archiv dokumentiert ist. Manches, eigentlich helle PL, fand auch noch vor Sonnenuntergang oder nach Sonnenaufgang statt...

Was noch zu tun bleibt: Auf diesen Vorhersagewerten basierend lässt sich natürlich ein neues Warnsystem einrichten. Man müsste nur überlegen: wann wird gewarnt?

Es bleibt also zu hoffen, dass uns deswegen in der jetzigen polarlichtarmen Zeit kein PL entgeht :wink:.

Viele Grüße,
Michael

ps.: Was wir in den letzten Monaten wohl verpasst haben denn seit 1./2.9.2019 gab es keine Sichtung mehr:
30./31.3.2020:
Bild

18./19.3.2020:
Bild

6./7.2.2020 (nahezu Vollmond):
Bild

27./28.10.2019:
Bild

26./27.10.2019:
Bild

24./25.10.2019:
Bild

27./28.9.2019:
Bild

Jüngeres, großes PL, das gar nicht im Archiv ist (Vollmond/Wetter):
7./8.9.2017 (einen Tag später wurden Nachwirkungen beobachtet):
Bild

Matthias Schmidt
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Re: Neue Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

Beitrag von Matthias Schmidt » 5. Apr 2020, 18:50

Wenn die Korrelation so ist, wie Du sie berechnest, ist das wirklich ein tolles Tool! Bei darauf basierenden Warnungen wäre ich gern dabei! Da ich seit letztem Herbst aber auf 49°N wohne, wird für mich wohl nur sehr selten was dabei sein.

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Mathias Levens
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Re: Neue Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

Beitrag von Mathias Levens » 5. Apr 2020, 19:41

Hallo Michael,
das sieht echt gut aus und ist eine geniale Idee. Da bin ich aber mal gespannt auf den Echteinsatz und die Warnliste.

Beste Grüße
Mathias
P.S. Liegt Hamburg 5 Kilometer östllich von Bremerhaven? :D

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Daniel Ricke
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Re: Neue Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

Beitrag von Daniel Ricke » 5. Apr 2020, 20:16

Moin Michael!

Zuerst einmal ein riesen großes Dankeschön! Ich hatte immer gehofft, dass der Gerät von 2016 so oder besser wieder zum Leben erweckt wird. :D
Mit Freude gebookmarkt!
Was ist eigentlich mit deinem alten Wirkungskreis Hannover...? 52,5° Nord? Naaaa, passt schon. 8)

Viele Grüße,
Daniel
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Michael Theusner
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Re: Neue Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

Beitrag von Michael Theusner » 5. Apr 2020, 21:34

Freut mich, dass euch das gefällt :)
Daniel Ricke hat geschrieben:
5. Apr 2020, 20:16
Was ist eigentlich mit deinem alten Wirkungskreis Hannover...? 52,5° Nord? Naaaa, passt schon. 8)
Da hast du natürlich völlig Recht :oops:. Es gibt die Vorhersagedaten jetzt in 1°-Auflösung. Also auch 52.5°N.

Außerdem stimmt jetzt auch mein aktueller Wirkungskreis in meiner Signatur. Danke für den Hinweis, Mathias.

Viele Grüße
Michael

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Wolfgang S
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Re: Neue Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

Beitrag von Wolfgang S » 6. Apr 2020, 07:06

Moin Michael,

auch von mir ein großes Dankeschön an deine Arbeit :wow: . Den alten Favoriten von dir habe ich dann mal geändert :D .

Dann hoffe ich, dass wir in den nächsten Wochen kein Polarlicht haben. Aus touristischen Gründen darf ich als Hamburger ja nicht Schleswig-Holstein betreten. :evil: Wir wurden gestern an der Grenze von der Polizei gestoppt, als wir mit dem Rad unterwegs waren.
Gruß
Wolfgang

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Andreas Möller
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Re: Neue Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

Beitrag von Andreas Möller » 6. Apr 2020, 17:38

Hallo Michael,
ganz großes Kino!

Kannst du vielleicht mal kurz erklären wie dein Modell funktioniert?

Ich werde die Echtzeit-Grafik gleich mal auf der Polarlicht-Vorhersage Seite einbauen ;)

Viele Grüße,
Andreas

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Michael Theusner
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Re: Neue Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

Beitrag von Michael Theusner » 6. Apr 2020, 21:05

Hallo.

ja, ich kann gerne erklären, wie es grundsätzlich funktioniert.

Als erstes benötige ich eine Information über die Helligkeit des Polarlichts, das über Skandinavien stattfindet. Die stammt aus den Magnetometermessungen.
Wenn es Polarlicht gibt und das lokale Erdmagnetfeld in Bewegung kommt, zeigen die Magnetometer ziemlich charakteristische Ausschläge ("Abstürze"). Je stärker das Ausschlagen, desto stärker ist auch das Polarlicht. Ich summiere also die minütlichen Differenzen der Ausschläge auf, aber nur die negative Änderung, die das Polarlicht bringt. Für jeden Zeitpunkt summiere ich die Differenzen der letzten 30 Minuten multipliziert mit einer "Memory-Funktion", die den höchsten Wert zum aktuellen Zeitpunkt hat und auf null 30 Minuten davor absinkt. Ein Ausschlag des Magnetometers hat also ca. 30 Minuten lange Spätfolgen (Nachleuchten). Diesen Wert habe ich aus meinen Spektrografenmessungen abgeleitet, die ja zeigten, wie lange nach Ausschlägen der Magnetometer das PL-Leuchten anhält.
Das mache ich halt für jedes der von mir 11 verwendeten Magnetometer. Um das zu vereinfachen, und weil ich nur wissen will wie stark die PL-Aktivität auf einem Breitengradbereich ist, habe ich die Magnetometer in vier Gruppen nach ihrem Breitengrad eingeteilt (oben im Diagramm zu sehen). Von jeder Gruppe verwende ich dann nur den maximalen Wert weiter. Das war also Schritt eins. Daraus weiß ich, wie stark die PL-Aktivität über einem bestimmten Breitengrad in Skandinavien ist.

Um jetzt zu wissen was für Polarlicht welcher Stärke von Deutschland aus zu sehen ist, muss ich von einem Beobachtungsort in Deutschland gucken wie weit das Polarlicht in Skandinavien von uns aus gesehen über dem Horizont steht und wie weit es weg ist (horizontnah=schwach, weit weg=schwach). Ich berechne also die Entfernung vom gewählten Beobachtungsort zu einem Punkt, der 500 km über dem Boden über der Magnetometergruppe liegt. Denn da befindet sich das rote Polarlicht, für das ich das wissen will.
Je tiefer das PL am Horizont ist, desto stärker wird es durch die zwischen uns und dem PL liegende Luftmasse abgeschwächt. Denn je tiefer und weiter weg es ist, desto mehr Luftmasse ist dazwischen und umso schwächer ist es bei uns zu sehen. Für jede der vier Magnetometergruppen berechne ich also die Abschwächung durch die Atmosphäre. Außerdem spielt natürlich die Entfernung eine Rolle, die mit 1/r² eingeht. Also doppelte Entfernung heißt ein viertel Helligkeit. Das war Schritt zwei. Jetzt kenne ich den Abschwächungskoeffzienten.

Schritt drei ist dann einfach das Aufsummieren der PL-Stärke der vier Magnetometergruppen gewichtet mit ihrem jeweiligen Abschwächungskoeffizienten. Das ist dann die Polarlichtsumme.

Gut ist für uns natürlich ein starkes PL möglichst weit südlich. Wenn es starkes PL über dem Norden Norwegens gibt (erste Magnetometergruppe), dann reicht es bei uns in Norddeutschland trotzdem noch für ein fotografisches PL in Horizontnähe, weil die obersten Bereiche der roten Beamer bei uns noch über den Horizont gucken.

Jetzt fehlt noch Schritt vier, die Wahrscheinlichkeiten. Da musste ich ja nur noch ermitteln, welche PL-Summe bei uns zu was für einem beobachteten PL geführt hat. Über meine Spektrografenmessungen hatte ich ja die Beziehung zwischen meinen Messwerten und dem, was wir beobachtet haben. So konnte ich auch die Beziehung zwischen der Polarlichtsumme und unserem Eindruck herstellen (fotografisch, schwach/deutlich visuell, hell).
Der Rest war Statistik: ich habe geguckt, bei welcher Polarlichtsumme wir welches PL beobachten konnten. Bei einer niedrigen PL-Summe hatten wir z.B. in 40% der Fälle fotografisches und in 5% der Fälle schwach visuelles PL. Wenn die PL-Summe sehr groß wird, kann das natürlich auch >99% helles PL bedeuten. Mein Lieblingsfall :)

Was ich nicht betrachte, ist das grüne PL-Band. Das grüne PL bildet ja die Unterkante des Polarlichts und kommt somit erst bei einem recht weit südlich stattfindenden PL über den Horizont. Davor gibt es natürlich aber schon längst PL durch die hochreichenden, roten Teile des PLs.

Da das menschliche Auge für grünes Licht viel empfindlicher ist als für rotes, wird das PL von uns sofort als heller eingeschätzt wenn das grün geometrisch sichtbar wird. Insofern stellen meine Berechnungen eher eine konservative Schätzung dar.

Viele Grüße,
Michael

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Daniel Ricke
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Re: Neue Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

Beitrag von Daniel Ricke » 7. Apr 2020, 18:41

Michael Theusner hat geschrieben:
5. Apr 2020, 21:34
Freut mich, dass euch das gefällt :)
Daniel Ricke hat geschrieben:
5. Apr 2020, 20:16
Was ist eigentlich mit deinem alten Wirkungskreis Hannover...? 52,5° Nord? Naaaa, passt schon. 8)
Da hast du natürlich völlig Recht :oops:. Es gibt die Vorhersagedaten jetzt in 1°-Auflösung. Also auch 52.5°N.
Ja, wenn Du das auch meinst, dann hab ich das :D
Super Sache das! Danke nochmal! :wow:
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Andreas Möller
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Re: Neue Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

Beitrag von Andreas Möller » 8. Apr 2020, 17:09

Danke für die ausführliche Erklärung Micha!
Echt ein gelungenes Projekt. Nochmals meine größte Hochachtung :) :wow:

Viele Grüße,
Andreas

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Michael Theusner
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Re: Neue Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

Beitrag von Michael Theusner » 8. Apr 2020, 21:55

Danke nochmals für euer Lob!

Ich habe noch etwas Neues gebaut, da es ja für einen aktuellen Lageüberblick viel einfacher ist, sich eine Karte anzuschauen, auf der die Gesamtwahrscheinlichkeit für PL abzulesen ist (also für die Summe über alle Helligkeitsklassen). die Farbschattierung gibt dabei zusätzlich noch die wahrscheinlichste Helligkeitsklasse an. Aktuell ist gerade ganz gut etwas auf der Karte zu sehen:

Maximum der Aktivität der letzten 6h.
Bild

Auf folgender Seite sind die Karten verlinkt: http://www.theusner.eu/aurora/realtime_map.php

Dort gibt es dann Karten für den aktuellen Zeitpunkt und die Maxima der letzten 1, 3, 6, 12 und 24 Stunden.

Man kommt dort auch über die Seite mit den Realtime-Zeitreihen hin (und umgekehrt).

Die aktuellen Werte von 40-50% Wahrscheinlichkeit wären bei Neumond in Norddeutschland schon vielversprechend. Bei Vollmond braucht man nicht nervös werden ;)

Viele Grüße
Michael

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Jörg Kaufmann
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Re: Neue Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

Beitrag von Jörg Kaufmann » 8. Apr 2020, 23:20

Hallo Michael,

auch von mir viel Lob für die Idee und deine Arbeit dies umzusetzen und es als Tool verfügbar zu machen.

Ich habe soweit verfügbar nochmal alte Fotos unter dem Aspekt PL-Wahrscheinlichkeit auf PL überprüft, aber nichts weiter gefunden.

Meine letzten Überlegungen beschäftigten sich mit dem PL vom 30.03.2020 (in DK):
In Nykøbing Mors (DK) hatte Ruslan Merzlyakov Erfolg https://spaceweathergallery.com/full_im ... 649618.jpg während ich 300 km südlich davon fast zeitgleich nur die nächtliche Landschaft bewundern konnte.
Auf 54°N hatte ich am 30./22:43 UTC eine „PL-Wahrscheinlickeit“ von 42 % fotogr. (48% gesamt).
Ich versuchte abzuschätzen wie hoch die Wahrscheinlichkeit in Nykøbing Mors (ca. 57°N) gewesen sein mag, als du die Karten-Version als Upgrade vorgestellt hast. :D
Ich denke, er wird so um die 60% gehabt haben. Die 300 km machen dann schon den Unterschied.

Viele Grüße
Jörg

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Michael Theusner
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Re: Neue Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

Beitrag von Michael Theusner » 9. Apr 2020, 07:16

Danke auch an dich, Jörg.
Jörg Kaufmann hat geschrieben:
8. Apr 2020, 23:20
Meine letzten Überlegungen beschäftigten sich mit dem PL vom 30.03.2020 (in DK):
Tatsächlich hatte ich das vor einigen Tagen schon für Nykøbing Mors berechnet (56.7°N), weil mich das auch interessiert hat :D. Die Wahrscheinlichkeit lag dort sogar bei knapp 80%! Insofern nicht überraschend, dass dort so schönes PL zu fotografieren war. Berechnetes Maximum der Aktivität war um 22:43. Laut Exif-Daten ist das von dir verlinkte Foto von 22:43 :).
Bild

Dass du nichts gesehen hast, lag vermutlich an Mond und Dunst.

Viele Grüße
Michael

Simon Herbst
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Re: Neue Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

Beitrag von Simon Herbst » 10. Apr 2020, 16:35

Auch ich möchte mich für deine sicher sehr zeitintensive Arbeit in dieses tolle Projekt bedanken. Den Spektrografen hatte ich in der Zwischenzeit auch immer mal wieder vergebens gesucht. Bezüglich der genannten Events möchte ich anmerken, dass zumindest jenes in der Nacht vom 27. zum 28.09.2019 einen Verdacht bei mir erzeugt hatte. Ausgelöst wurde das Ganze wenig verwunderlich ( :D ) von einer Webcam, die aber leider zweifelsohne sowohl im Nah-, als auch im Fernbereich von Lichtverschmutzung betroffen ist. Dabei handelte es sich um die Addicted Sports Fotowebcam in Prerow (Darß). Im Speziellen geht es dabei um diese Aufnahme von 23:30 MESZ: https://www.addicted-sports.com/webcam/ ... 09/27/2330 , zum Vergleich eine von 01:00 MESZ (28.09.) aus derselben Nacht: https://www.addicted-sports.com/webcam/ ... 09/28/0100 . Die Lichtsituation im Nahbereich dürfte dabei allem Anschein nach dieselbe sein. Auffallend ist die recht weit nach Westen und hoch reichende recht intensive Rotfärbung am Horizont auf der 23:30er Aufnahme. Der Offshore-Windpark rechts am Horizont hat definitiv einen sichtbaren in's rötlich gehenden Einfluss auf die Lichtverschmutzung. Das sieht man auch immer mal wieder auf anderen Aufnahmen, zum Beispiel: https://www.addicted-sports.com/webcam/ ... 08/25/0030 . Allerdings fand ich bis jetzt keine einzige, bei der dieser spezielle Rotton in Höhe und Azimut nach Westen reichend, wie er auf der 23:30er Aufnahme zu sehen ist, erreicht wurde. Ich meine, dass ich es seinerzeit auch nur im Chat thematisiert hatte.

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Jörg Kaufmann
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Re: Neue Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

Beitrag von Jörg Kaufmann » 11. Apr 2020, 10:56

Hallo Simon,

das entsprechende Foto ist in der Tat auffällig. Ich habe meine alten raw-Aufnahmen rausgekramt und bearbeitet. An meinem Standort (Nordermeldorf) war es dunstig bei zunehmender Bewölkung. Deshalb habe ich die Bilder extrem bearbeitet und den meisten Dunst „rausgerechnet“.
Zumindest an meinem Standort ist kein PL nachweisbar.
Ich meine auf der Prerow Cam ist Lichtsmog zu sehen, schau auch mal auf die Prerow-Bilder vom 2019-08-08 00:00 bis 02:00 MESZ.

Viel Grüße
Jörg

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Michael Theusner
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Neue, richtige Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

Beitrag von Michael Theusner » 21. Apr 2020, 07:42

Hallo,

Es gibt jetzt noch etwas Neues, das es uns hoffentlich ermöglicht, mehr Polarlicht zu sehen.

Nämlich eine Vorausberechnung der Polarlichtchancen in Norddeutschland aus den gemessenen Werten des Sonnenwindes des DSCOVR-Satelliten.

Der steht ja etwa 1,5 Millionen km vor der Erde von der Sonne aus gesehen. Sonnenwind trifft also zuerst dort ein und dann auf der Erde, kann also als Vorwarnung für das Auftreten von PL genutzt werden. Und das tun wir ja auch schon lange visuell, indem wir vor allem auf negative Bz-Werte achten.

Für die vergangenen 20 Jahre hatte ich ja aus den Magnetometermessungen des Tromsø Geophysical Obervatory in Skandinavien abgeleitet, was sich daraus für Polarlicht in Deutschland ergibt. Und hatte das anhand der ganzen Beobachtungen unserer Community validiert.

Jetzt habe ich die berechnete Aktivität mit den Sonnenwinddaten abgeglichen und auch da recht gute Zusammenhänge gefunden, die also eine automatisierte Vorwarnung zulassen. Die Vorwarnzeit hängt dabei natürlich von der Sonnenwindgeschwindigkeit ab.

Berechnet wird die Wahrscheinlichkeit - wie gehabt - für die vier schon bekannten Helligkeitsstufen "fotografisch", "schwach visuell", "deutlich-visuell" und "hell".

Grundlegend habe ich mein Modell auf alle Ereignisse abgeglichen, die zwischen Sonnenuntergang und Sonnenaufgang stattgefunden haben. Die für tagsüber errechneten Wahrscheinlichkeiten sind somit nicht für voll zu nehmen.

Hier ist der Link: http://www.theusner.eu/aurora/forecast.html

Und so sieht das aktuell aus (nichts los natürlich...):
Bild

Es sollte von vorne herein klar sein, dass bei niedrigen Wahrscheinlichkeiten für die niedrigste Helligkeitsstufe, natürlich auch mal Polarlicht auftritt, dass bei den vorherrschenden Sonnenwindwerten einfach unwahrscheinlich war. Aus Gründen der Statistik liegt die Wahrscheinlichkeit von fotografischem Polarlicht bei minimal ca. 3%.

Wenn die Wahrscheinlichkeit für fotografisch Richtung 100% geht, ist so gut wie immer Polarlicht zu erwarten. Aber auch nicht immer exakt zu dem Zeitpunkt, zu dem schon eine Wahrscheinlichkeit von 100% vorliegt. Die zeitliche Unsicherheit beträgt da etwa -15 bis +60 Minuten. Es kann also auch schon vor dem "vorhergesagten Zeitpunkt" losgehen.

Das ganze beruht auf dem von mir ermittelten Zusammenhang, dass die Polarlichtwahrscheinlichkeit bei uns proportional ist zu:
Summe( Bz- · v² ) + Summe( Bz+ · v² )
D.h. es werden getrennt die Summen aller negativer und positiver Bz-Werte, jeweils multipliziert mit dem Quadrat der Sonnenwindgeschwindigkeit, berechnet. Die Summe wird dabei über einen Zeitraum von etwa 90 Minuten gebildet. Das hat sich zumindest im Mittel als optimal herausgestellt. Abweichungen davon gibt es vor allem beim Eintreffen von starken CMEs, bei denen es auch schon sehr viel schneller mit PL losgehen kann.
Letztendlich müssen sich also erst einmal über einen gewissen Zeitraum günstige Werte akkumulieren, bis es bei uns zu Polarlicht kommt.

Jetzt werden sich vielleicht einige fragen, warum eigentlich positives Bz für Polarlichtwahrscheinlichkeit gut sein soll???

Das hat mich auch völlig überrascht. Ich hatte zunächst angenommen, dass mit zunehmend positivem Bz die PL-Wahrscheinlichkeit immer weiter abnimmt. Zunächst ist das auch so, zu besonders stark positiven Bz-Werten kehrt sich das aber wieder um! Und irgendwann liegt die PL-Wahrscheinlichkeit dann wieder bei 100%. Das ist eigentlich auch logisch, weil die dann sehr starken Sonnenwindmagnetfelder das Erdmagnetfeld so stark zum Schwanken bringen, dass es doch wieder PL gibt. Aber halt später als bei vom Betrag her gleichen, negativen Bz-Werten.

Warum das v²? Das hatte sich zunächst durch mein Herumprobieren als optimal herausgestellt. Ich habe aber in der wissenschaftlichen Literatur gelesen, dass der auf das Erdmagnetfeld wirkende "magnetische Druck" des Sonnenmagnetfeldes vom Quadrat der Sonnenwindgeschwindigkeit abhängt. Insofern doch keine Überraschung :)

Die Teilchendichte (Protonendichte) einzubeziehen hat sich übrigens immer abträglich für die Vorhersagegüte herausgestellt. Das kann aber auch daran liegen, dass ich einfach noch nicht weiß, wie die sich einbinden lässt, sodass sie zu einer Verbesserung der Vorhersage führt.

Was mein Modell in der Vergangenheit vorhergesagt hätte, könnt ihr euch hier angucken: http://www.theusner.eu/aurora/historic_forecast.php
Alle Tage zwischen 1.1.1999 und 31.12.2018, beruhend auf den Sonnenwindmessungen des ACE-Satelliten.
Da bekommt man schnell ein Gefühl dafür, wie gut oder auch nicht so gut die Vorhersage gelaufen wäre.


Fazit.
Vor dem Beginn von mittlerer und großer Aktivität wird mit großer Zuverlässigkeit rechtzeitig gewarnt. Das gilt so ab fotografischen Wahrscheinlichkeiten von 60-70% und erst recht darüber. Die Vorwarnzeit entspricht dabei meist der Laufzeit des Sonnenwindes vom DSCOVR-Satelliten bis zur Erde (80 Minuten bei 300 km/s und nur 15 Minuten bei 1700 km/s).

Aktivität tritt oft auch erst in der Stunde nach der vorhergesagten maximalen Wahrscheinlichkeit auf. Wie es zu diesen Verzögerungen kommt, kann ich ebenfalls noch nicht sagen. Das ist aber nicht schlimm, da das PL in solchen Fällen ja später auftritt und somit die Vorwarnzeit steigt!

Das Zusammenspiel zwischen Sonnenwind und Erdmagnetfeld ist so komplex, dass sich nicht jede Aktivität mit einem solch einfachen Modell vorhersagen lässt.

Es kommt auch zu Aktivität wenn die Vorhersagen nur eine niedrige Wahrscheinlichkeit errechnet hat. Ist nun einmal die Natur der Statistik. 10% sind halt 1/10 Fällen und nicht 0. Große Aktivität bei niedriger errechneter Wahrscheinlichkeit kommt so gut wie nicht vor. Wenn also 100% fotografisch berechnet wurde ist eigentlich immer mit Aktivität zu rechnen.

Bei großen Polarlichtereignissen gibt es auch größeres Polarlicht in Phasen, für die nur eine geringe Wahrscheinlichkeit für Aktivität errechnet wurde. In den Fällen ist das Erdmagnetfeld schon so heftigen am Schwanken, dass geringe Anlässe für neue Aktivität sorgen. Das berücksichtigt mein Modell aber noch nicht. Lässt sich bestimmt verbessern. Das ist aber auch nicht schlimm, da man da ja eh schon rechtzeitig draußen wäre ;)

Was nicht zu vergessen ist: neben der Vorhersage gibt es natürlich auch noch die aktuelle Aktivität in Echtzeit!

Sollte also die Vorhersage einmal nicht warnen, lässt sich immer noch wegen der wirklich beobachteten Aktivität eine Warnung verschicken.

Das ist auch das nächste, woran ich bauen werde, das automatisierte Warnsystem.

Viele Grüße
Michael

Abschließend noch einige historische Beispiele von Polarlichtaktivität aus dem letzten Zyklus (Farbschattierung) und was meine Vorhersage damals prognostiziert hätte (Linien). Das sind fast alle, bei denen in Andreas' Polarlichtarchiv "deutlich visuell" steht.
Dabei bedenken, dass die Linien die Vorhersage abbilden und deren Verlauf somit schon vor dem eigentlichen Ereignis sichtbar gewesen wäre (meist 30-60 Minuten vorher).

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Nicht im PL-Archiv! Offenbar keine Beobachtung.
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Daniel Ricke
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Re: Neue Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

Beitrag von Daniel Ricke » 21. Apr 2020, 18:47

Moin Michael!

Ich bin einfach schwer begeistert! Finde ich toll, die Arbeit die Du hier reinsteckst. Deine Echtzeit-plots werden ab jetzt standardmäßig nebenher laufen. Nochmal vielen Dank!
Bisher kannte ich als Ableitung der "norwegian line" nur den "Auroral Electrojet Tracker". Dort wird ja aber "nur" die Position des PL-Ovals dargestellt. http://fox.phys.uit.no/AFFECTS/

Gruß, Daniel
ja, wir sind Klasse! ;-)

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Re: Neue Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

Beitrag von Michael Theusner » 12. Mai 2020, 19:48

Hallo Leute,

zurzeit ist ja echt gar nichts los in Sachen PL-Aktivität. In den letzten 2 Wochen gab es allenfalls 10% Wahrscheinlichkeit für fotografisches PL :(
Im April konnte ich wenigstens mal ein automatisierte Warnsystem testen, für das ich die Warnschwelle auf 10% reduziert hatte. Selbst mit dem niedrigen Wert gab es in nur einen "Alarm" seit dem 26.4.... Aber immerhin funktioniert das grundsätzlich. Deswegen stelle ich das jetzt hier vor:

Automatisiertes PL-Warnsystem

So werde ich das umsetzen: Über einen Channel im Telegram-Messenger.
Den gibt es als kostenlose App für alle wesentlichen Betriebssysteme. Das tolle ist, dass sich dort über eine API und Bots ganz einfach automatisiert Nachrichten in einen Channel senden lassen. Ein Channel ist eine Gruppe, bei der man nur mitlesen aber nichts posten kann. Also für einen automatisierten Alarmdienst bestens geeignet.
Den Channel werde ich als privat markieren. Über einen zugesandten Einladungslink kann man den Channel dann abonnieren. Der Link ist nicht personalisiert, kann also uneingeschränkt geteilt werden.

Wie wird gewarnt werden?
  • Warnung ab einem Level von 40% Wahrscheinlichkeit für fotografisches Polarlicht
  • Erneute Warnung wenn die nächsthöhere 10%-Stufe erreicht wird
  • Sinkt die Aktivität unter den letzten Warnlevel, wird frühestens nach einer Stunde erneut gewarnt. Das gilt natürlich nicht, wenn die Aktivität wieder ansteigt und sie den vorigen Warnlevel übertrifft, dann wird nach den oben genannten 10%-Stufen erneut gewarnt.
Weitere Regeln:
  • Tagsüber gibt es keine Warnungen.
  • Gewarnt wird ab zwei Stunden vor Sonnenuntergang (53.5°Nord, 10°Ost)
  • Liegt der Zeitpunkt nach Beginn der Nautischen Dämmerung, wird nicht mehr gewarnt
Das bedeutet, ich nenne das mal den Idealfall ;), dass in einer Nacht 20-30 Nachrichten in den Channel laufen können. Das ist aber eher selten. Leider. Aber es bleibt einem dann ja selbst überlassen ob man die App ausschaltet oder muted. Vorteil des Channels ist auch, dass man nicht mit Emails bombardiert wird, so wie es früher war.

So sah das in Realiter am 26.4. im Channel aus, als ich die Warnschwelle für Testzwecke halt abgesenkt hatte:
Bild

Da hatte das Vorhersagesystem für den Zeitraum 22:51 bis 23:51 eine PL-Wahrscheinlichkeit von 20% vorausberechnet (aus den Sonnenwinddaten) und um 21:45 eine entsprechende Polarlichtvorwarnung verschickt. Tatsächlich erreichte die aus den skandinavischen Magnetometermessungen berechnete PL-Wahrscheinlichkeit (also die wirkliche Beobachtung) um 23:46 einen Wert von 20%, und das Warnsystem sendete vollautomatisch eine entsprechende Aktuelle Polarlichtwarnung. Es wäre also genügend Zeit gewesen, sich an einen Beobachtungsplatz zu begeben.

Es gibt natürlich auch die zufälligen Rekonnektionen im Erdmagnetfeld, die zu spontaner Aktivität führen, ohne dass vorher besonders günstige Sonnenwindbedingungen geherrscht haben müssen. In dem Fall wäre dann nur eine Aktuelle Polarlichtwarnung verschickt worden, und man hätte keine Vorwarnzeit gehabt. Aber: man bekommt dann immerhin mit, das Aktivität ist, auch wenn man damit gar nicht rechnet.

Ich werde das jetzt erst noch eine Weile beobachten und am Warnsystem feilen und in einigen Wochen freigeben.

Was meint ihr? Fragen?

Viele Grüße,
Michael

Rico Hickmann
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Re: Neue Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

Beitrag von Rico Hickmann » 13. Mai 2020, 07:36

Erstmal muss ich mich meinen Vorrednern anschließen: Ein unglaublich tolles Projekt, das uns Polarlichtbegeisterten sicher einen unheimlich großen Nutzenbringen wird. Die Benachrichtigungen über Telegram finde ich super, weil ich dann wirklich in Echtzeit Warnungen auf dem Handy sehen kann. Wenn der Channel fertig ist, würde ich mich auf jeden Fall eintragen.

Patrick Paproth
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Registriert: 16. Jul 2012, 05:56
Wohnort: Schwedeneck

Re: Neue Echtzeit-Polarlichtvorhersage für Deutschland

Beitrag von Patrick Paproth » 13. Mai 2020, 09:31

Das liest sich alles sehr gut und sieht für mich als Nutzer sehr einfach aus. Danke :)

Warnungen aufs Handy bekommen: Einfach genial! Genau das, was ich brauche!
Aber wie machst du das mit den unterschiedlichen Standorten der Nutzer? Ich hier in Schleswig-Holstein habe ja zum Beispiel eine höhere Wahrscheinlichkeit auf PL als jemand am Alpenrand.

Danke dir nochmals!
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Dürft ihr euch gerne ansehen und einen Kommentar hinterlassen :)

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