Wettervorhersagen zufolge steht Deutschland steht in der nächsten Woche eine neue Hitzewelle bevor. Aber wie entstehen diese Prognosen überhaupt? Hinter den im Alltag allgegenwärtigen Informationen steckt enormer wissenschaftlicher und technologischer Aufwand. Ein Überblick über deren Grundlagen und Grenzen:
Was ist eigentlich eine Wettervorhersage?
Was wir Wettervorhersage oder Wetterbericht nennen, ist eine Simulation des künftigen atmosphärischen Geschehens. Da die physikalischen und chemischen Gesetzmäßigkeiten bekannt und mathematisch beschreibbar sind, lassen sich aus einem bekannten Anfangszustand auch die zukünftigen Zustände berechnen.
Was sich einfach anhört, ist in der Praxis allerdings eine Aufgabe, die nur mit Supercomputern und Hochleistungswissenschaft zu lösen ist. Tatsächlich sind moderne Wettervorhersagen so voraussetzungsreich, dass selbst größere nationale Wetterdienste oder global agierende Dienstleister sie nicht mehr allein erstellen können. Es geht nur mit internationaler Kooperation etwa bei der Datensammlung oder der Programmierung der erforderlichen Modelle.
Atmosphärisches Geschehen wird simuliert
Eine Simulation des gesamten realen atmosphärischen Geschehens überstiege die Grenzen des Machbaren bei Weitem. Die von den Meteorologen genutzten Vorhersagemodelle behelfen sich deshalb mit einer radikalen Vereinfachung: Sie spannen ein dreidimensionales Gitter über die Erde und berechnen das Wettergeschehen "lediglich" an den Kreuzungspunkten dieses Gitternetzes.
Je kleiner die Maschenweite dieses Gitters, desto genauer wird am Ende die Vorhersage. Allerdings steigt damit zugleich auch der Rechenaufwand enorm, während das Zeitfenster für Prognosen schrumpft. Der Deutsche Wetterdienst (DWD) rechnet mit Modellen mit Maschenweiten von 2,2 bis 13 Kilometern. Sie bauen quasi aufeinander auf und simulieren das globale, europäische sowie lokale Wetter über Deutschland. Der Prognosezeitraum reicht von 27 Stunden für das genauere Modell für Deutschland bis zu sieben Tagen für das globale.
Wetter-Berechnung mit Algorithmen
Zum Start einer Prognoseberechnung werden diese Modelle mit den aktuellen Wetterdaten wie Luftdruck oder Temperatur für jeden einzelnen Gitterpunkt "gefüttert" und berechnen daraus auf Basis ihrer hochkomplexen Algorithmen den zu erwartenden Zustand an diesen jeweiligen Punkten einige Sekunden in der Zukunft.
Mit diesem Datensatz beginnt der Vorgang wieder von vorne, wobei sich die Modelle durch aktuelle Wetterdaten laufend nachjustieren. Durch immer neue Rechenschleifen verschiebt sich der Vorhersagezeitpunkt immer weiter in die Zukunft. Weitere Computerprogramme bereiten die Ergebnisse in Wetterkarten für die Meteorologinnen und Meteorologen auf, die daraus ihre Berichte machen.
Wettervorhersage-Modelle sind Vereinfachungen
Laut DWD ist eine auf diese Weise errechnete siebentägige Wetterprognose heute genau so zuverlässig wie eine 24-Stunden-Vorhersage Ende der 1960er Jahre. Letztlich aber bleiben auch die besten Vorhersagemodelle immer Vereinfachungen. Bestimmte sehr kleinräumige, hochkomplexe Vorgänge innerhalb der Atmosphäre etwa können sie bis heute nur pauschal schätzen.
Aufgrund von Ungenauigkeiten allerdings schleichen sich auch Fehler in die Modelle ein, die sich in den fortlaufenden Rechenschleifen aufschaukeln. Das Problem beginnt bereits damit, dass Eingangsdaten lückenhaft sind, da in den Messnetzen etwa über den Meeren oder Wüsten enorme Lücken klaffen.
Dutzendfache Berechnung des Wetters
Verschärft wird das Problem dadurch, dass das Wetter selbst ein dynamisches System ist. Kleine Veränderungen an einer Stelle können vor allem bei sehr instabilen Wetterlagen schwer vorhersagbare Wirkungen woanders haben.
Um diese Unschärfen zumindest besser abschätzen zu können, arbeiten heutige Vorhersagemodelle meist probalistisch. Das heißt: Sie berechnen das Wetter nicht einmal, sondern dutzendfach - wobei sie ihre Startdaten und Methoden jeweils leicht variieren. Am Ende steht dann eine Sammlung von möglichen Szenarien. Das mutmaßlich passendste auszuwählen ist dann wieder Aufgabe der Meteorologen und Meteorologinnen.
Zuverlässige Vorhersage für maximal sieben Tage
Letztlich aber stoßen die Fähigkeiten der Wissenschaft trotz aller Tricks und Kniffe irgendwann an Grenzen. Laut DWD ist nach heutigen Stand nach rund sieben Tagen Schluss mit den zuverlässigen Vorhersagen.
Material von AFP
Zu Besuch in der Wetterwarte auf der Zugspitze
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