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Wie funktionieren Wettermodelle?

Manche Wetter-Apps liefern Vorhersagen für die kommenden zwei Wochen. An anderer Stelle umfasst der Wettertrend nur die kommenden drei bis vier Tage. Wie weit reicht denn nun der Vorhersagehorizont und wie zuverlässig sind langfristige Prognosen?

Das Wetter spielt sich etwa in den untersten 10 Kilometern der Atmosphäre ab. Ziel der computergestützten, sog. numerischen Wettervorhersage besteht darin, den aktuellen Zustand dieser Wettersphäre zu erfassen und mit Hilfe physikalischer Gesetzte in die Zukunft fortzuschreiben. Hierbei sieht man sich mit einer ganzen Reihe von Schwierigkeiten konfrontiert.

Wenn man wissen möchte, ob es in den nächsten 15 Minuten regnet oder schneit, reicht es oft aus, das Radarbild im Umkreis weniger Kilometern zu betrachten und anhand der Zugrichtung abzuschätzen, wann der Niederschlag am Standort ankommt. Bei der Entwicklung eines Sommer-Gewitters kann dieses Verfahren bereits unzuverlässig sein. Möchte man jedoch eine Wettervorhersage für die nächsten drei Tage erstellen, so braucht man Informationen über das aktuelle Wetter weltweit, da sich innerhalb dieses Zeitraums weit entfernte Entwicklungen Vorort auswirken können.

Messungen werden rund um den Globus an vielen Tausend Stationen vorgenommen, dazu kommen noch riesige Datenmengen von Satelliten, Radargeräten, Bojen und Wetterballons. Jedoch sind die Abläufe so komplex, dass aus kleinen Veränderungen im Laufe von Stunden und Tagen völlig andere Wetterlagen entstehen können. So verursachte beispielsweise auch die fehlerhafte Übermittlung der Daten eines Wetterballons vor der kanadischen Ostküste die Fehlprognose des Orkans Lothar, der an Weihnachten 1999 über Süddeutschland hinwegfegte.

Computermodelle berechnen ausgehend vom sogenannten Anfangszustand die zukünftigen Werte der meteorologischen Parameter wie Luftdruck, Temperatur, Feuchte oder Windgeschwindigkeit an möglichst vielen Orten in der Atmosphäre. Aktuell sind beim Deutschen Wetterdienst zwei Hochleistungsrechner Cray-XC40 mit je 1,1 Petaflops im Einsatz. Das entspricht einer Rechenpower von etwa 10 000 bis 30 000 handelsüblichen PCs. Trotz dieser gigantischen Leistung können die komplizierten Gleichungssysteme nur an einer begrenzten Anzahl unterschiedlicher Orte näherungsweise gelöst werden.

Zudem gibt es Vorgänge in der Atmosphäre, wie beispielsweise ein nachmittägliches Wärmegewitter, die so kleinräumig sind, dass sie im wahrsten Sinne des Wortes durch die Maschen des Modellgitters fallen. Mit ebenfalls sehr aufwändigen Methoden werden diese Prozesse anhand bekannter Größen abgeschätzt. Neben Gewittern werden auch viele Vorgänge am Erdboden wie Feuchte- und Wärmeflüsse, welche auch für die Nebelbildung und -Auflösung verantwortlich sind, mit Hilfe eines zusätzlichen Bodenmodells genähert.

Dann gibt es noch sogenannte Randbedingungen, wie Meeresoberflächentemperaturen oder die Meereisbedeckung, welche sich nur langsam ändern und somit für eine Wettervorhersage über wenige Tage hinweg als unveränderlich vorgegeben werden können. In Klimamodellen müssen die Entwicklungen dieser Größen, wie beispielsweise auch Meeresströmungen, zusätzlich berechnet werden.

Aufgrund der langjährigen Erfahrungen mit den Ergebnissen der Wettermodelle sind deren Stärken und Schwächen bekannt. Mit diesem Wissen können Vorhersagen für bestimmte Orte noch nachträglich korrigiert werden. Diese statistische Korrektur der Modellergebnisse geschieht ebenfalls computergestützt.

Jedoch wird es trotz noch so großer Anstrengungen und weiteren technischen Entwicklungen nie eine hundertprozentig sichere Vorhersage für den Folgetag geben und das Wetter in zwei Wochen dürfte ebenfalls kaum zuverlässig vorhersehbar sein, denn das chaotische Wettergeschehen wird auch künftig immer wieder für Überraschungen gut sein und uns die natürlichen Grenzen beim Blick in die Zukunft aufzeigen.

Dienstag, 22. Januar 2019

Tim Staeger

hr-Wetterredaktion

Sendung: "alle wetter!", hr-fernsehen, 22.01.2019 19:15 Uhr