{"id":9618,"date":"2018-07-06T14:05:21","date_gmt":"2018-07-06T12:05:21","guid":{"rendered":"http:\/\/www.hossi-im-netz.de\/wordpress\/?p=9618"},"modified":"2018-07-06T14:05:21","modified_gmt":"2018-07-06T12:05:21","slug":"numerische-wettervorhersage-ein-weltumspannendes-spinnennetz","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.hossi-im-netz.de\/wordpress\/numerische-wettervorhersage-ein-weltumspannendes-spinnennetz\/","title":{"rendered":"Numerische Wettervorhersage – ein weltumspannendes Spinnennetz"},"content":{"rendered":"
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Numerische Wettervorhersage – ein weltumspannendes Spinnennetz<\/h1>\n
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Heutzutage verwendet man f\u00fcr die Prognose des zuk\u00fcnftigen Wetters komplexe Computermodelle. Im heutigen Thema des Tages wird erl\u00e4utert, weshalb eine weltweite Wettervorhersage ben\u00f6tigt wird, um das Wetter f\u00fcr kleinere Gebiete (z.B. Deutschland) vorhersagen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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F\u00fcr eine Wetterprognose bedient man sich heutzutage sogenannter numerischer Wettervorhersagemodelle (NWV-Modelle). Dabei handelt es sich um komplexe Computerprogramme, welche die f\u00fcr das Wetter verantwortlichen physikalischen Prozesse in der Atmosph\u00e4re beschreiben. Diese NWV-Modelle berechnen die atmosph\u00e4rischen Zustandsgr\u00f6\u00dfen (z.B. Temperatur, Wind, Wasserdampf) auf einem dreidimensionalen Gitternetz. Man kann sich das wie ein riesiges weltumspannendes und mehrschichtiges Spinnennetz vorstellen. Je feiner die Maschenweite eines solchen Gitters ist, desto kleinr\u00e4umigere atmosph\u00e4rische Prozesse k\u00f6nnen mit dem Modell ber\u00fccksichtigt werden und umso genauer wird letztendlich die Vorhersage. Besitzt das Modell beispielsweise eine horizontale Maschenweite von etwa 2 km – wie das vom Deutschen Wetterdienst (DWD) entwickelte COSMO-D2-Modell – so werden einzelne Schauer- und Gewitterzellen mit einem Durchmesser von etwa 10 km zumindest teilweise aufgel\u00f6st. Bei einer Maschenweite von mehreren Dutzenden Kilometern w\u00fcrde hingegen das Gewitter buchst\u00e4blich durchs Netz fallen und kann daher auch nicht explizit beschrieben werden.<\/p>\n

Im Thema des Tages vom 10. Mai (siehe erster Link) wurde gezeigt, dass f\u00fcr eine 2-Tages-Vorhersage mit dem COSMO-D2-Modell f\u00fcr ein Gebiet in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von Deutschland bereits Billionen an Rechnungen durchgef\u00fchrt werden m\u00fcssen. Man kann sich leicht ausmalen, dass man nicht den ganzen Globus mit einem derart feinen Gitter umspannen kann. Deshalb rechnet der DWD das COSMO-D2 auch nur auf einem relativ kleinen Gebiet von etwa 1400 km x 1600 km. Man bezeichnet ein solches Modell daher als Ausschnittsmodell.<\/p>\n

Das Ausschnittsmodell alleine reicht aber f\u00fcr eine Wettervorhersage f\u00fcr Deutschland nicht aus. Die Entstehung von Hoch- und Tiefdruckgebieten, die den Wettercharakter ma\u00dfgeblich bestimmen, wird durch gro\u00dfr\u00e4umige Str\u00f6mungen in der Atmosph\u00e4re rund um den Globus beeinflusst. Man muss also die Luftbewegungen auf der ganzen Welt kennen, um das Wetter f\u00fcr eine bestimmte Region prognostizieren zu k\u00f6nnen. Der US-amerikanische Meteorologe Edward N. Lorenz erkl\u00e4rte dazu im Jahre 1972, dass praktisch der Fl\u00fcgelschlag eines Schmetterlings in Brasilien in irgendeiner Weise auch mit einem zuk\u00fcnftigen Tornado in Texas zusammenh\u00e4ngt. Man bezeichnet diese Theorie daher als „Schmetterlingseffekt“.<\/p>\n

F\u00fcr ein Ausschnittsmodell ist es also wichtig, welche Temperatur und Feuchtigkeit mit welcher Windgeschwindigkeit am Rand in das Modellgebiet hineinstr\u00f6mt und an anderer Stelle wieder das Gebiet verl\u00e4sst. Man bezeichnet diese f\u00fcr das Modell essentiellen Informationen als Randbedingungen. Diese werden von einem sogenannten Globalmodell zur Verf\u00fcgung gestellt. Der DWD verwendet f\u00fcr eine weltweite Wettervorhersage das ICON (ICosahedral NOnhydrostatic) Modell (siehe zweiter Link). Wie der Name bereits sagt, benutzt das ICON-Modell eine Ikosaeder-Gitterstruktur. Dabei handelt es sich um eine Art Dreiecksgitter, welches die Welt umspannt (siehe Abbildung). Aktuell besitzt das ICON-Modell eine Maschenweite von etwa 13 km, womit die Atmosph\u00e4re mit 2.949.120 Dreiecken mit einer Fl\u00e4che von je 173 Quadratkilometern beschrieben wird. Mit insgesamt 90 vertikalen Schichten besteht das Modell somit aus etwa 265 Millionen Gitterpunkten. Alle Modellvariablen wie Luftdichte, Temperatur, Wind, Wasserdampf, Wolkenwasser, Wolkeneis sowie Regen- und Schneegehalt sind als Mittelwerte \u00fcber die einzelnen Gitterfl\u00e4chen anzusehen.<\/p>\n

ICON wird viermal am Tag gerechnet. Dazu ben\u00f6tigt man modernste Hochleistungsrechner, um in der n\u00f6tigen Schnelligkeit die Modellsimulation durchf\u00fchren zu k\u00f6nnen und um nicht erst fertig zu werden, wenn das vorhergesagte Wetter bereits in der Vergangenheit liegt. Je Vorhersagetag ben\u00f6tigt das ICON auf dem Hochleistungsrechner des DWD etwa 8 Minuten Rechenzeit und erzeugt eine Datenmenge von rund 900 GB f\u00fcr eine 7-Tage-Prognose – eine enorme Datenmenge.<\/p>\n

Doch nun zur\u00fcck zur Deutschlandvorhersage. Um die Randbedingungen f\u00fcr das COSMO-D2 zu bekommen, werden die meteorologischen Gr\u00f6\u00dfen vom groben ICON- auf das feine COSMO-D2-Gitter interpoliert. Man nennt diesen Prozess Modell-Nesting. Der Unterschied zwischen einer 2,2 km (COSMO-D2) und einer 13 km (ICON) Maschenweite ist jedoch recht gro\u00df, wodurch die Interpolation ziemlich ungenau werden w\u00fcrde. Deshalb f\u00fchrt man ein doppeltes Nesting durch. Das Globalmodell ICON liefert zun\u00e4chst die Randwerte f\u00fcr das „Europamodell“ ICON-EU mit einer Maschenweite von etwa 6,5 km (umgekehrt flie\u00dfen auch die feineren Informationen aus ICON-EU wieder in die globale ICON-Vorhersage ein (Zwei-Wege-Kopplung)). ICON-EU stellt schlie\u00dflich im zweiten Schritt die Randwerte f\u00fcr das COSMO-D2 bereit, womit sich der Kreis schlie\u00dft. Eine numerische Wettervorhersage ist also ein ganz sch\u00f6n komplizierter und rechenintensiver Prozess!<\/p>\n

Dipl.-Met. Dr. Markus \u00dcbel<\/p>\n

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 06.07.2018<\/p>\n

Copyright (c) Deutscher Wetterdienst<\/p>\n<\/div>\n

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