Vorhersagen entstehen mit Modelle

Wettermodelle, die in Deutschland zur Wetter-Vorhersage genutzt werden

Beim Wetter in Deutschland gibt es verschiedene Wettermodelle.
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Welche Wettermodelle es gibt und bei was sie sich unterscheiden.

Das für Europa leistungsfähigste Wettermodell ist das Modell des Europäischen Zentrums für mittelfristige Wettervorhersage

  • Die globalen Wettermodelle errechnen mit Supercomputern numerisch auf der Basis von Millionen Messwerten das bevorstehende Wetter für große Flächen.
  • Für Deutschland und ganz Europa gelten das Wettermodell des Europäischen Zentrums für mittelfristige Wettervorhersage und das ICON-Modell des Deutschen Wetterdienstes (DWD) als führend.
  • Regionale Wettermodelle sind für kurzfristige Vorhersagen am besten geeignet, da sie auf den Supercomputern höher aufgelöst und genauer bearbeitet werden können.

Offenbach – In Deutschland sind unterschiedliche Wettermodelle zur globalen Vorhersage des Wetters üblich. Die Namen der einzelnen Wettermodelle lauten:

  • ECMWF, auch Europa und Europa WZ
  • GFS, auch Europa und Europa WZ
  • GEM Europa
  • WRF
  • ICON
  • UKMO Europa
  • JMA Europa und Nordhalbkugel
  • ENS Europa und Nordhalbkugel

Alle hier genannten Wettermodelle sind numerische Wettermodelle

Darunter sind computergestützte Wetterprognosen zu verstehen. Den aktuellen Zustand der Atmosphäre ermitteln die Meteorologen mit Millionen Messwerten von tausenden Wetterstationen. Dabei berechnen sie die Veränderung der Parameter mittels physikalischer Gleichungen und beschreiben so den voraussichtlichen Zustand in der Zukunft. Die Abkürzung WZ steht für Wetterzentrale. Die Vorhersagequalität der ECMWF gilt als qualitativ führend. Das Modell ICON ist das für den Deutschen Wetterdienst (DWD) maßgebliche Modell.

Die Prognose über den Zustand der Atmosphäre mit Parametern wie Luftdruck, Temperatur und Wind ist das Ziel einer jeden Vorhersage zum Wetter in Deutschland oder anderswo. Sie gilt für einen bestimmten Ort (oder ein Gebiet) zu einer bestimmten Zeit und betrachtet dabei die gesamte Erdatmosphäre. Die hauptsächlichen Unterschiede zwischen den Modellen bestehen in der Kartenauflösung und in der Leistungsfähigkeit der genutzten Supercomputer.

Wettermodelle: ECMWF – Europäisches Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage

Eines der Wettermodelle, die in Deutschland für die Vorhersage des Wetters genutzt werden, ist das ECMWF. ECMWF steht für Europäisches Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts). Es erstellt für die kommenden fünfzehn Tage numerische Wettervorhersagen für Deutschland und Europa. 1975 wurde die unabhängige Organisation gegründet, die ihren Sitz in Reading im Vereinigten Königreich hat. Getragen wird das ECMWF von 22 europäischen Mitgliedsstaaten. Weitere zwölf Staaten arbeiten mit der Zentrale zusammen. Dazu gehört neben vornehmlich osteuropäischen Staaten auch Marokko.

Auf der Basis physikalischer Modelle werden als wichtigste Aufgabe zweimal täglich die mittelfristigen globalen Wettervorhersagen erstellt. Die Daten von 00 bzw. 12 UTC werden zwischen 06 und 07 UTC bzw. 18 und 19 UTC aktualisiert. Die koordinierte Weltzeit UTC entspricht der Mitteleuropäischen Zeit MEZ minus einer Stunde. Im Jahr 1992 führte das Zentrum auch Ensembleberechnungen ein. Hiermit werden Vorhersagen der Zukunft mit leicht veränderten Anfangsbedingungen 51mal von demselben Computermodell berechnet. Über die Wahrscheinlichkeit des Eintreffens der Prognose sind so bessere Aussagen möglich. Das ECMWF stellt Prognose-Diagramme zunehmend kostenfrei zur Verfügung.

Wettermodelle: GFS – Global Forecast System des US-Wetterdienstes

Neben den Modellen für die Vorhersage des Wetters in Deutschland existieren verschiedene internationale Wettermodelle. Das globale Modell des US-Wetterdienstes ist das GFS (Global Forecast System). Die Parameter stehen als Diagramme und Karten für die kommenden 15 Tage bereit und sind für jeden kostenlos zugänglich. Die Berechnungen basieren auf UTC Daten von 00:00, 06:00, 12:00 und 18:00 Uhr und sind meist fünf Stunden später fertig. Das hierfür verwendete Gitter besitzt eine Auflösung von etwa 28 Kilometern. Es liefert Prognosen für das Wetter der nächsten 15 Tage.

Nach Rückfällen in der Genauigkeit gegenüber anderen globalen Wettermodellen wurde das Modell 2017 und 2019 mit Supercomputern auf die zehnfache Rechenleistung aufgerüstet. Die Ungenauigkeit gegenüber dem ECMWF zeigte sich insbesondere bei einer falschen Vorhersage des Hurrikans Sandy im Jahre 2012 deutlich. Das ECMWF hatte die Ankunft des Hurrikans auf See auf sieben Tage korrekt vorhergesagt, das GFS schaffte es erst vier Tage vorher. Mit seinem aufgewerteten System kann das GFS nun seit 2017 die Luftschicht der Sahara genauer berücksichtigen und beachtet auch die Madden-Julian-Oszillation (MJO), ein in der tropischen Atmosphäre auftretendes Phänomen der Zirkulation.

Wettermodelle: GEM – Global Canadian Standard und WRF – Weather Research and Forecasting Model

Für das Wetter in Deutschland und im restlichen Europa sagt auch das kanadische Wettermodell GEM die Wetterlage voraus. Seine Parameter lauten:

  • signifikantes Wetter
  • Temperatur 2 Meter (° Celsius)
  • Luftdruck auf Meereshöhe (Hektopascal hPa)
  • Windrichtung und –böen 3 Std. in km/h
  • Niederschlagsmenge akkumuliert in mm
  • Schneehöhe in cm
  • Niederschlagssumme 3 Std. und 24 Std. in mm
  • Simulierte Reflektivität 1 km über Grund (dBZ, für Dezibel dB und Reflektivität Z) für die Messung der Niederschlagsintensität
  • Temperatur 850 hPa (°C)
  • Temperatur 500 hPa (°C)
  • Geopotenzielle Höhe 500 hPa (m)

Diese Parameter nutzen grundsätzlich alle globalen Wettermodelle. Die Updatezeiten von GEM liegen bei 07:30 bis 08:15 Uhr und 19:30 bis 20:15 Uhr. Das kanadische Modell sagt das Wetter in der Zukunft für die kommenden zehn Tage voraus. Das Wettermodell WRF (Weather Research and Forecasting Model) ist ein Computerprogramm, das GDF- und GEM-Randwerte für eine Vorhersage von zwei bis drei Tagen nutzt und auch globale Simulationen ausführt. Es ist nach einer Registrierung auf der WRF-Homepage frei verfügbar.

Wettermodelle: Regionalmodelle, die Deutschland abdecken

Um das Wetter in Deutschland präzise vorherzusagen, sind auch regionale Wettermodelle.  im Einsatz. Sie haben den Vorteil, dass sie gegenüber den globalen Modellen eine höhere Auflösung verwenden. Damit sind sie in vielen Bereichen den globalen Modellen überlegen. Allerdings werden sie immer nur für einen kleinen Bereich berechnet und decken nur einen sehr kurzen Zeitraum ab. Grund dafür ist Notwendigkeit einer besonders hohen Rechenleistung. Die Namen der einzelnen Wettermodelle, die regional Deutschland gut abdecken, sind:

  • Super-HD (Mitteleuropa)
  • COSMO D2 (Mitteleuropa Rapid Update HD)
  • SWISS 4x4 (Europa)
  • HIRLAM FMI (Europa Finnish HD)
  • AROME (Mitteleuropa French HD)
  • EURO4 (Europa Britain HD)
  • HIRLAM KNMI (Europa Dutch Standard)
  • ICON EU (Europa HD)

Diese Regionalmodelle sind geeignet, kurzfristige Wettervorhersagen in einer sehr hoch aufgelösten Genauigkeit zu erstellen. Dies könnten selbst die besten Supercomputer nicht auf globaler Ebene leisten. Daher ist für jede Vorhersage von Wetter neben einem globalen Wettersystem auch die Arbeit mit regionalen Wettersystemen unumgänglich. Alle Wettermodelle arbeiten heutzutage numerisch und benötigen besonders schnelle und leistungsstarke Computer.

Wettermodelle: ICON, ICON-EU und COSMO-D2 – Deutscher Wetterdienst

Das Wetter in Deutschland berechnet der Deutsche Wetterdienst (DWD) in drei Wettermodellen, die aufeinander aufbauen. Die Grundlage bildet seit 2015 das globale System ICON. Die Gitterpunkte der Auflösung haben eine Maschenweite von 13 Kilometern, die vertikal in 90 Schichten betrachtet werden. Insgesamt werden an 265 Millionen Gitterpunkten die Parameter gemessen. Dazu gehören Wind, Wolken, Luftdruck, Niederschläge und Wasserdampf. Die Analysen werden für 00:00 und 12:00 Uhr UTC erstellt, um eine Vorhersage für die kommenden 180 Stunden zu geben.

Für 06:00 und 18:00 Uhr UTC wird zusätzlich eine Vorhersage für 120 Stunden errechnet. Nach einer Stunde Rechenzeit liegen die Ergebnisse vor. Auf dieser Basis rechnet das ICON EU-Modell mit einer Maschenweite von 6,5 Kilometer und sechzig Schichten weiter. Dabei sind 39,5 Millionen Gitterpunkte einbezogen. Das dritte Modell baut wiederum auf ICON-EU auf und ist ein besonders hoch auflösendes Modell. Das Regionalmodell COSMO-D2 rechnet mit 30 Millionen Gitterpunkten. Diese sind in 65 Schichten in einer Maschenweite von 2,2 Kilometern gesetzt. Die Analysen geben alle drei Stunden eine 27-stündige Vorhersage. Vornehmlich für Stürme, Gewitter und andere gefährliche Wettersituationen sind sie sehr wichtig. (Elke Huber)

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