Das COPS Projekt zeigt: Gewitter könnten sich bis zu 14 Stunden im Voraus vorhersagen lassen
Auch wenn sich bei der Wettervorhersage viel getan hat, so kann durch moderne Messinstrumente und bessere Vorhersagemodelle vor allem die Prognose von Extremwetter-Ereignissen verbessert werden. Die MeteoGroup setzt ein Teil der Forderungen der Wissenschaftler bereits um und zeigt mit der MeteoShow das Wetter zum Wochenende.
Bevor wir also zur Wettervorhersage in der Theorie kommen, wollen wir sie wie jeden Donnerstag an dieser Stelle auch betreiben. Daher im folgenden Video die Wettervorhersage für das Wochenende für Deutschland.
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Wettervorhersage wird besser
Damit die Wettervorhersage noch weiter verbessert werden kann, wird derzeit das größte Forschungsprojekt der Welt zur Niederschlagsvorhersage durchgeführt. Es trägt den Namen COPS, eine Abkürzung, die für die Bezeichnung Convective and Orographically-induced Precipitation Study steht. Das bedeutet, es geht hier vor allem um die Prognose von Schauern und Gewittern, insbesondere um die, die durch die Orographie, also Hügel und Berge, ausgelöst werden.
Denn trotz einer deutlichen Verbesserung der Wettervorhersage in den vergangenen Jahren ist man derzeit nur in der Lage, ein Gewitter etwa ein bis drei Stunden im Voraus konkret ankündigen zu können. Die Prozesse, die zu seiner Bildung führen, sind hochdynamisch und von vielen Faktoren abhängig. Wie der sprichwörtliche Tropfen, der das Fass zum Überlaufen bringt, kann eine kleine Information aus der Natur über das Entstehen oder Nichtenstehen eines Schauers oder Gewitters entscheiden.
Die Wissenschaftler des COPS-Projektes von der Universität Hohenheim und dem Karlsruher Institut für Technologie KIT konnten dabei zeigen, dass eine Prognose umso "falscher" wird, umso extremer das Gewitter ausfällt - dabei sind es gerade die Unwetter, die uns am meisten interessieren. Das Team um Prof. Dr. Wulfmeyer konnte zeigen, dass die Auflösung der bisherigen Modelle nicht ausreicht, um Gewitter präzise vorherzusagen.
Die Niederschlagsprognose verteilt den Regen zu sehr auf die Fläche, wo er eigentlich viel punktueller auftritt. Außerdem wird der Staueffekt an den Gebirgen überschätzt. Das bedeutet, dass in der Prognose mehr Regen auf der windzugewandten Seite von Gebirgen simuliert wird, als tatsächlich fällt. Analog dazu wird auf der windabgewandten Seite zu wenig Niederschlag prognostiziert.
Ein weiteres Problem ist der Entstehungszeitpunkt von Gewittern. Die Meteorologen konnten in dem Feldversuch nachweisen, dass durch die Sonneneinstrahlung ausgelöste einzelne Gewitter nach der Vorhersage nachmittags entstehen sollen, während sie in Wirklichkeit häufiger erst am Abend auftreten. Je stärker dabei ein Gewitter ist, umso größer sind die Abweichungen zur Realität, Prof. Dr. Wulfmeyer spricht von bis zu 100 Prozent.
Woher diese Ungenauigkeiten?
Um es ganz klar zu formulieren: Möchte man genauere Informationen für die Zukunft, braucht man mehr Informationen aus der Gegenwart. In der drei Monate dauernden Messkampagne im Schwarzwald wurden daher deutlich mehr, deutlich genauere und mit neuen Messverfahren ausgestattete Instrumente installiert, um das Wetter genau zu beobachten. Auch die Beobachtung aus dem Weltraum wurde intensiviert, Wettersatelliten machten aus der Schwarzwald-Region vier Mal so viele Aufnahmen wie üblich. Beteiligt waren auch Flugzeuge und Zeppeline.
Bei der Vorhersage von Unwettern ist dabei ganz wichtig, so detaillierte Informationen wie möglich über die Luftfeuchtigkeit zu haben. Dabei konnten die neuartigen LIDAR-Instrumente wertvolle Daten liefern. Ein LIDAR ist ein Messgerät, das mithilfe eines Laserstrahls auch bei wolkenlosem Himmel Informationen über unter anderem den Wasserdampfgehalt der Atmosphäre liefern kann.
Bei der Auswertung kam dabei heraus, dass der Pflanzenwelt eine viel zu geringe Bedeutung in den bisherigen Vorhersagemodellen zukommt. Bei dem COPS-Projekt konnte gezeigt werden, dass die Prognose sich deutlich verbessert, wenn man die Vegetation mit modelliert. Der Pflanzenbewuchs sei in bisherigen Computermodellen kaum zu finden, so die Meteorologen.
Gewitter 14 Stunden früher bekannt
Durch die Hochleistungsrechner heute ist es auch möglich, die räumliche Auflösung der Vorhersagemodelle noch weiter zu erhöhen. Dies ist vor allem für die genauere Abbildung der Orographie, zum Beispiel für die Details der Gebirge, wichtig. Damit sei es möglich, Gewitter statt bisher ein bis drei Stunden schon 14 Stunden im Voraus zu prognostizieren. Bisher fallen diese kleinräumigen Prozesse immer noch durch die "Maschen" in den Vorhersagemodellen. Diese große Vorwarnzeit wäre von unschätzbarem Wert, da dadurch große volkswirtschaftliche Schäden vermindert werden könnten.
Forderungen
Ausgehend von diesen Erkenntnissen stellten die Wissenschaftler des COPS-Projektes auf ihrer Pressekonferenz am 20.09.2011 vier Forderungen zur Verbesserung der Wettervorhersage:
- Die neuen Messgeräte wir LIDAR-Geräte, Informationen von GPS-Satelliten sollen zum Standard werden
- Die Anzahl der Messstellen sollten insbesondere in Gebirgsnähe weiter ausgebaut werden
- Die Computermodelle sollen näher an der Natur arbeiten (Vegetation, etc.)
- Mehrere Computermodelle sollten gebündelt werden
Zudem ist für eine Verbesserung der Wettervorhersage die internationale Zusammenarbeit wichtig. Prof. Dr. Wulfmeyer auf der Pressekonferenz: "Kleinstaaterei und Atmosphärenforschung passen nun einmal nicht zusammen. Deshalb ist es sehr erfreulich, dass die Wetterdienste mehr und mehr dazu übergehen, die wertvollen Ressourcen zu nutzen, die in den Messdaten und Vorhersagen der Nachbarländer stecken."
MeteoGroup setzt bereits Forderungen um
Die MeteoGroup geht dabei mit gutem Beispiel voran. Die hier erstellten Prognosen entstehen in internationaler Zusammenarbeit mit unseren Niederlassungen und laufen in einer Datenbank bei der MeteoGroup in Wageningen, Niederlande, zusammen. Meteorologen in den jeweiligen Ländern überwachen das Wetter dabei und nehmen kontinuierlich noch Verbesserungen an der Prognose vor.
Das zugrunde liegende Modell für die Vorhersage erfüllt dabei bereits die vierte Forderung der Wissenschaftler des COPS-Projektes. Unser Multi-Model MOS vereint dabei bereits mehrere Vorhersagemodelle und berücksichtigt mit Ensembleprognosen auch die Eintreffwahrscheinlichkeit. Auf diese Weise konnte die Wettervorhersage bereits spürbar verbessert werden. Von diesem Ergebnis profitiert bereits jeder, der das Wetter für seinen Wohnort sucht, oder der auf seinem Smartphone oder Tablet die WeatherPro App benutzt.