Ein Vergleich der Wettervorhersagemodelle des ECMWF, UKMO, KNMI und des Multi-Model-MOS.
Die drei numerischen Wettervorhersagemodelle des ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts), UKMO (United Kingdom Meteorological Office), KNMI (Royal Netherlands Meteorological Institute) und das statistische Verfahren MOS (Multi-Model Output Statistics) wurden auf ihre Qualität bezüglich der Vorhersagegüte überprüft. Betrachtet wurde der Zeitraum 06.09.2010 bis 07.09.2010. Die Vorhersagekarten aller vier Modelle standen im direkten Vergleich zu den Stationsbeobachtungen, Satelliten- und Radarbildern.
Deutschland:
Für diese Fallstudie wurden vier verschiedene Wettermodelle ausgewählt, um deren Qualität zu überprüfen. Die ersten drei sind numerische Wettervorhersagemodelle. Das MOS hingegen ist ein statistisches Verfahren, welches nicht nur auf der Basis verschiedener numerischer Modelle beruht, sondern in seine Berechnungen fließen die Werte der Vergangenheit mit ein. Daraus ergeben sich die am wahrscheinlichsten eintreffenden Werte.
Verwendeter Datensatz:
Die Fallstudie bezieht sich auf Deutschland. Für die Vorhersage standen von allen vier Modellen die Bewölkung und der Niederschlag zur Verfügung. Der Datensatz für die Böen stammte aus dem MOS. Die Daten des ECMWF, UKMO und KNMI stammen aus den Modelläufen von 00 UTC und die des MOS von etwa 09 UTC des 06.09.2010 für den Vorhersagezeitpunkt 07.09.2010 12 UTC.
Für den Vergleich der Vorhersagewerte mit den Stationsbeobachtungen wurden Karten der Wettermodelle für den Zeitpunkt 07.09.2010 von 12 UTC verwendet.
Wetterlage vom 07.09.2010 bis 12 UTC:
Wie man in Abbildung 1 sehen kann, zog im Laufe des 07.09.2010 ein Wolkenband über Deutschland, welches am Morgen den Westen überquerte. Dieses Wolkenband war verbunden mit einer Kaltfront des Tiefs FE über den Britischen Inseln, welches besonders im Westen für kräftigen Regen sorgte (Abbildung 2 und 6). Im Alpenraum kam es nur zu leichtem Regen. Besseres Wetter gab es im Osten, wo es vereinzelt zu sonnigen Abschnitten kam. Windstärken von bis zu 72 km/h wurden an den Küsten erreicht.
Parameter Bewölkung:
Als erstes wird die Bewölkung betrachtet, welche in Abbildung 3 zu finden ist. Dort sind sich sowohl das Modell des ECMWF wie auch das MOS einig: Sonnige Abschnitte soll es lediglich von der niedersächsischen Küste über Sachsen-Anhalt bis nach Sachsen geben, sonst ist es in Deutschland stark bewölkt. Das Modell des UKMO sagt insgesamt mehr Sonne voraus. Hier ist es lediglich im Westen Deutschlands, in Teilen Schleswig-Holsteins sowie im Fläming stark bewölkt, sonst deutet die Vorhersage lockere Bewölkung an. Das Modell des KNMI prognostiziert im Westen Deutschlands und im Norden des Havellands sowie in der Uckermark starke Bewölkung. Von der Lüneburger Heide über den Harz bis zum Erzgebirge und in weiten Teilen des Ostens soll es keinerlei Wolken geben.
Im Vergleich mit den Stationsbeobachtungen schneiden das Modell des ECMWF und das MOS am besten ab. Diese geben die synoptischen Meldungen der Bewölkung sehr gut wieder (Abbildung 4). Vor allem das Modell des KNMI unterschätzt die Stationsbeobachtungen. Das UKMO-Modell hat währenddessen von Niedersachsen bis Sachsen zu viele und von der Mecklenburgischen Seenplatte bis zur Oberlausitz zu wenige Wolken vorhergesagt. Somit ergib sich eine sehr gute Prognose von Seiten des ECMWF und MOS.
Parameter Niederschlag und Böen:
In der Vorhersage für den 07.09.2010 waren sich alle Modelle bezüglich der Niederschlagsgebiete weitgehend einig (Abbildung 5). Lediglich für Bayern und den Osten gab es Abweichungen. Laut Vorhersage der Modelle des ECMWF, UKMO und dem MOS sollte es in dem Bereich vom Emsland über das Weserbergland bis zum Thüringer Wald trocken bleiben und westlich davon leicht regnen. Das Modell des KNMI prognostiziert als einziges Schauer im Nordosten. Die Modelle des ECMWF und des KNMI sagen ebenfalls leichten Regen für Bayern voraus, während das Modell des UKMO und MOS keinen Niederschlag vorhersagen.
Abweichungen gab es ebenfalls bei der Menge. Nach dem Modell des ECMWF soll es ein Maximum vom Sauerland bis zur Lahn geben, nach UKMO östlich des Pfälzerwaldes und nach MOS im Westen des Schwarzwaldes mit Werten zwischen 4,5 und 8 l pro Quadratmeter. Das Modell des KNMI sagt mehrere Schwerpunkte des Niederschlags voraus. Im Ostallgäu soll es bis zu 5,8 l Niederschlag geben. Somit wird deutlich, dass der Niederschlag eine hohe Variabilität und Komplexität aufweist.
Für die Böen gibt es nur den Datensatz des MOS. Dieses Modell sagte für den 07.09.2010 voraus, dass es besonders an den Küsten zu stürmischem Wind kommen kann mit Geschwindigkeiten zwischen 63 bis 78 km/h. Im Mittelgebirge wurden Werte zwischen 67 und 74 km/h erwartet, an den Alpen sogar bis zu 84 km/h. In den restlichen Teilen Deutschlands wurden 20 und 46 km/h erwartet.
Im direkten Vergleich von Vorhersage und Stationsbeobachtungen schneiden das MOS und das UKMO-Modell bezüglich der Niederschlagsausdehnung am besten ab. Lediglich im Osten und Norden haben diese beiden Modelle keinen Niederschlag vorhergesagt, wo es zum Teil Nieselregen gegeben hat. Dicht dahinter befindet sich das KNMI-Modell, was ebenfalls gute Ergebnisse geliefert hat. Im Norden und Osten hat es sogar als einziges Modell Schauer vorhergesagt. Nur in Bayern und Thüringen lag es falsch, dort kam es zu keinem Niederschlag. An letzter Stelle folgt das ECMWF-Modell. Auch dieses hatte, ähnlich wie MOS und das UKMO-Modell, den Schauer im Norden und Osten nicht vorhergesagt und zudem in Bayern und Thüringen den Niederschlag überschätzt.
Die hohen Niederschlagsmengen, wie beispielsweise örtlich 12,4 l in Kaiserslautern, hatte kein Modell prognostiziert. Lediglich das Modell des UKMO lag mit 5 l in Kaiserslautern, dem Ort mit der höchsten Niederschlagsmenge, nahe der tatsächlich gemessenen Menge.
Die Vorhersagedaten bezüglich der Böen des MOS wurden bestätigt.
Daraus folgt, dass das Modell des ECMWF und das MOS die Bewölkung am besten prognostiziert haben. Die Vorhersage des Niederschlages zeigte sich insgesamt als sehr schwierig. Die Modelle kamen meistens mit dem Gebiet und der Ausdehnung ziemlich nah an die Vorhersage. Die Mengen haben jedoch alle unterschätzt. Eine besondere Stärke des UKMO scheint der frontale Niederschlag zu sein, da es den Niederschlagsschwerpunkt und die Gesamtmenge dessen gut erfasst hat. Das Modell des ECMWF, des KNMI sowie das Multi-Model-MOS zeigten ebenfalls eine gute Prognose bei frontalen Niederschlägen. Das ECMWF-Modell und das MOS unterschätzen nur den konvektiven Niederschlag im Nordosten.