Fußball, Wetter, Klima Andreas Hense Meteorologisches Institut Universität Bonn 18.Mai 2006 1
Einleitung Ziele des Vortrags Daten der Atmosphäre und der Bundesliga Die Analogien zwischen Atmosphäre und Bundesliga: die Skalen Wolken und Spielzüge Wetter und Spieltage Großwetterlage und die Saison Klima und die Ewige Tabelle 18.Mai 2006 2
Einleitung Der Zufall und die Statistik Wettervorhersage und Fußball-Toto Langfristvorhersage und die internationalen Wettbewerbe Klimavorhersage und die Ewige Tabelle Wege der Wetter- und Klimavorhersagen durch moderne mathematisch-physikalische Methoden 18.Mai 2006 3
Die Ziele des Vortrags Darstellung der (überraschenden) Ähnlichkeiten zwischen Fußball und dem atmosphärischen Geschehen, Skalen Bedeutung des Zufalls und die Notwendigkeit von Statistik Die heutige Sichtweise der Wetter- und Klimaforschung als ein Gebiet der Angewandten Physik Animation zum Studium und zur Weiterbildung 18.Mai 2006 4
Die Daten Tägliche Summen des Niederschlags Versuchsgut Klein-Altendorf/Meckenheim seit 1958 Tagesmittel der Temperatur Versuchsgut Klein- Altendorf seit 1958 alle Bundesliga-Spiele des FC Schalke 04 von 1963/64 bis 2004/05 (ohne 2. Liga) alle Bundesliga-Spiele des FC Bayern München von 1965/66 bis 2004/05 Dr. Th. Hofmeister (Uni Dortmund) www.fussballdaten.de 18.Mai 2006 5
Tordifferenz FC Schalke 04 1963/64-2004/05 18.Mai 2006 6
Tordifferenz FC Bayern München 1965/66-2004/05 18.Mai 2006 7
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Die Analogien Luftwirbel einer bestimmten Größe sind vorhersagbar über eine bestimmte Zeit (Lebensdauer) Zigarettenwirbel über Sekunden Wolken über Minuten große Gewitter über Stunden Wetterwirbel (Hoch/Tiefs) über Tage Nach dieser Zeit wird die Unsicherheit für ein Einzelereignis so groß, dass nur Wahrscheinlichkeiten sinnvoll werden 18.Mai 2006 9
Die Analogien-atmosphärische Skalen 18.Mai 2006 10
Die Analogien Fußballbewegungen sind nur über bestimmte Zeiten vorhersagbar individuelle Spielzüge (bei 22 Spielern) über 1-5 Stationen Ausgang einzelner Spiele zum nächsten Spieltag Ausgang der Liga etwa 1-5 Tage Auch hier sind die Unsicherheiten so groß, dass nur Wahrscheinlichkeiten sinnvoll sind 18.Mai 2006 11
Schluß aus den Analogien Ein Fußballspiel entsteht aus der Summe vieler Spielzüge Fussballspiel ist wesentlich länger als ein Spielzug Entstehung eines Zufallselements plus äußere Zufallselemente: Platzverhältnisse Jahreszeitenmittel entsteht aus der Summe von verschiedenen Hoch- und Tiefdruckgebieten Entstehung eines Zufallselements plus äußere Zufallselemente: Vulkanausbruch (Ein Hoch/Tiefdruckgebiet setzt sich aus verschiedenen Wolkenwirbeln zusammen Entstehung eines Zufallselementes) 18.Mai 2006 12
Schluß aus den Analogien Vorhersagen (von Fußballspielen und Jahreszeiten) sind Vorhersagen über Statistiken Ableiten des typischen Verhaltens aus bekannten Randwerten und Anfangswerten Ozeanische Wassertemperaturen bestimmen die Jahreszeiten Spielstärke einer Mannschaft läßt auf den Ausgang der Saison schließen (z.b. Meisterschaftsaspirant, potentieller Absteiger) 18.Mai 2006 13
Ergebnis des Zufallselementes Wetterschwankungen Spielausgang einer Mannschaft (Tordifferenz) sehr variabel Niederschlagsmenge/Temperaturabweichung von Tag-zu-Tag sehr variabel Es gibt oft keine kausale/ursächliche Erklärung für bestimmte Ereignisse Warum ist Bayern München 2000/2001 Meister geworden? Warum entstand Lothar zu Weihnachten 1999? 18.Mai 2006 14
Die Skalenkopplung Die Summe des täglichen Wetters macht die Jahreszeiten mehrere Jahreszeiten (1-10) charakterisieren das kurzfristige Klima (interannuelle Schwankungen) viele Jahreszeiten (10-40) charakterisieren das langfristige Klima (interdekadische Schwankungen) 18.Mai 2006 15
Die Skalenkopplung Die Summe der zufallsbedingten Spielstände bestimmt die aktuelle Position in der Tabelle Die Summe über viele Spielzeiten bestimmt die Position in der Ewigen Bundesligatabelle Die Tabelle nach 1 oder 2 Spieltagen ist aussagenlos hat nur statistischen Wert ist Riesenblödsinn hat überhaupt keinen statistischen Wert wäre korrekt 18.Mai 2006 16
Tordifferenz FC Bayern München 1965/66-1998/99 Gleitendes Mittel über die letzten 34 Spiele 18.Mai 2006 17
Tordifferenz FC Schalke 04 1963/64-1998/99 Gleitendes Mittel über die letzten 34 Spiele 18.Mai 2006 18
Gleitende 30 Tage Mittel 18.Mai 2006 19
Extreme Ereignisse Extreme Wetterereignisse (z.b. Sturmtiefs) sind als Einzelereignisse kein Hinweis auf Veränderungen in längeren Zeitskalen (Klimaänderungen) entsprechen z.b. 8:1 Niederlagen / Gewinne sind als Einzelergebnis kein Hinweis auf Abstieg oder Meisterschaft 18.Mai 2006 20
Extreme Ereignisse Langfristige Klimaänderungen Position in der Ewigen Bundesligatabelle als Summe aller Punkte über viele Spielzeiten ändert sich wenig durch Einzelspiele mittlere Niederschlagssumme über mehr als 10 Jahre ändert sich wenig durch Einzelereignisse 18.Mai 2006 21
Zufall und Statistik Fußballergebisse sind stark vom Zufall beeinflußt Grundlage Fußballtoto/Odd-Set nur in der Statistik (Summe aller Spielzüge eines Spiels, Tabelle) wird die Stärke einer Mannschaft sichtbar auch eine spielstarke Mannschaft fängt sich während eines Spiels ein Tor ein oder verliert ein ganzes Spiel kein Hinweis auf Klimaänderungen 18.Mai 2006 22
Zufalls und Statistik Die gleichen Argumente gelten für Luftwirbel, Wetter und Klima Fußballvorhersagen sind nur mit Statistik möglich Klima- und Wettervorhersagen sind ebenfalls nur mit Statistik möglich 18.Mai 2006 23
Zufall und Statistik Fußballvorhersage für den nächsten Spieltag entspricht der Wettervorhersage für die nächsten Tage Vorhersage über den Ausgang einer Saison entspricht einer Jahreszeitenvorhersage Vorhersage der Position in der Ewigen Tabelle in ca. 5 Jahren entspricht einer Klimavorhersage über 20 (?) Jahre 18.Mai 2006 24
Wie gut ist eine (einfache) Vorhersage? T(morgen)=T(heute) Bedingte Wahrscheinlichkeit der Temperatur Kl Altendorf 5 4 3 2 Temp Anomalie morgen 1 0 1 2 3 4 5 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 Temp Anomalie heute 18.Mai 2006 25
Wie gut ist eine (einfache) Vorhersage? S04(n.Spieltag) = S04(l.Spieltag) Bedingte Wahrscheinlichkeit der Tordifferenz Schalke 04 5 4 3 Te Tg kommender Spieltag 2 1 0 1 2 3 4 5 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 Te Tg Spieltag heute 18.Mai 2006 26
Wie gut ist eine (einfache) Vorhersage? Bayern(n.Spieltag) = Bayern(l.Spieltag) 5 Bedingte Wahrscheinlichkeit der Tordifferenz Bayern M 4 3 Te Tg kommender Spieltag 2 1 0 1 2 3 4 5 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 Te Tg Spieltag heute 18.Mai 2006 27
Zufall und Statistik Es ist nicht möglich und sinnvoll, aus den Ergebnissen einer Mannschaft allein eine Vorhersage für den Tabellenstand in einer Woche, einer Saison oder der Ewigen Tabelle zu machen. Es ist notwendig, die anderen (benachbarten) Mannschaften zu berücksichtigen notwendige Randbedingungen: Summe der Gegentore = Summe der geschossenen Tore 18.Mai 2006 28
Zufall, Statistik und Dynamik Es ist nicht möglich, aus den Beobachtungen an einem Ort allein, Vorhersagen für den nächsten Tag, die kommende Jahreszeit oder eine Klimaänderung zu machen (Bauern-Regeln) Man muß einen größeren Ausschnitt (die gesamte Atmosphäre) betrachten Es gelten Erhaltungssätze (Masse, Energie) 18.Mai 2006 29
Zufall, Statistik und Dynamik Bei der Betrachtung der 1. Bundesliga über mehr als eine Spielzeit müssen die unteren Ligen mit berücksichtigt werden Austausch von Mannschaften Bei der Betrachtung langer Zeitskalen in der Atmosphäre müssen wir weitere Komponenten des Klimasystems mit betrachten (Ozean, Eis) Austausch von Masse und Energie 18.Mai 2006 30
Zufall, Statistik und Dynamik 18.Mai 2006 31
Klimaänderungen Wie verändert sich die Statistik der Vorgänge in Atmosphäre und Ozean, wenn die Treibhausgaskonzentrationen ansteigen, ein Vulkan ausbricht oder die Sonneneinstrahlung sich ändert? Wie verändert sich die Ewige Tabelle, wenn die Einnahmen durch Fernsehrechte ( Kirch- Millionen ) reduziert werden? 18.Mai 2006 32
Zusammenfassung Wetter, Klima und Fußball werden stark durch den Zufall bestimmt Wetter, Klima und Fußball werden aber auch durch eine Dynamik bestimmt Vergleiche Klima/Wetter Probleme mit entsprechendem Fußballbeispiel wenn letzteres sinnlos ist erstes auch sinnlos Es gibt verschiedene Zeitskalen Beachte die Wechselwirkung zwischen den Systemen 18.Mai 2006 33
Ein kleiner Unterschied zwischen Fußball und Wetter/Klima Im Gegensatz zum Geosystem gibt es eine streng deterministische Komponente im Fußball entdeckt durch eine Düsseldorfer Arbeitsgruppe um Andreas Frege 18.Mai 2006 34
Ein kleiner Unterschied zwischen Fußball und Wetter/Klima Es kann so viel passieren, es kann so viel geschehen nur eins weiß ich hundertprozentig nie im Leben würde ich zu Bayern gehen Bayern-Song der Toten Hosen 18.Mai 2006 35
Danke für die Aufmerksamkeit: Das Spiel dauert 90 Minuten....aber nicht ein Vortrag klima und mensch. leben in extremen Sonderausstellung vom 30. Mai 2006 bis zum 30. Mai 2007 im Westfälischen Museum für Archäologie in Herne 18.Mai 2006 http://www.klimaundmensch.de/ 36