Wettervorhersage Modelle

Die Wetterprognosen der Wetterdiensten beruhen auf der Interpretation der Wettermodelle. Meteorologen bringen dabei viel Erfahrung mit wie sich welche Wetterlage in den jeweiligen Länder auswirken kann. In der Schweiz haben die Alpen einen grossen Einfluss darauf wie die sich gewisse Wetterlagen lokal auswirken. Die Wettermodelle bestehen aus Gitternetzboxen. Die globalen Modelle unterteilen die Erde in dreidimensionale Boxen die wie ein Gitter über den Globus gespannt sind. Bei den globen Modellen sind diese Boxen grösser als bei den lokalen Modellen. Für jeder dieser Boxen werden mittels klomplexer physikalischen Formeln durch meteorologische Startwerte die Wetterparameter in die Zukunft gerechnet und die Boxen abgeglichen. Da viele dieser physikalischen Formeln mathematisch nicht gelöst werden können werden diese Formeln nummerisch gelöst was sehr viel Rechenleistung benötigt. Nummerisch heisst das eine Berechnung durch iteratives approximatives durchrechnen gelöst wird. Als einfaches Beispiel nehme wir diese Formel: x+4=8. Was ist x? Das kann mathematisch gelöst werden. Es ist 4. Man kann es auch Nummerisch machen:

Versuch 1. Für x=1, 1+4=8. Stimmt nicht.
Versuch 2. Für x=2, 2+4=8. Stimmt nicht.
Versuch 3. Für x=3, 3+4=8. Stimmt nicht.
Versuch 4. Für x=4, 4+4=8. Stimmt, x=4. Das ist iterative nummerische Berechnung. Approximation heisst annähernd, man kann die Versuche Optimieren indem nicht in 1er Schritten versucht sondern zuerst z.b mit 5, dann überprüft ob das Resultat kleiner oder grösser dem Vorgegebenen ist, und dann beim zweiten versuch in dessen Mitte geht usw. So kann man die Versuche reduzieren Beispiel: x+1=8:
Versuch1, x=10, 10+1=11: 11 ist grösser 8, für x die hälfte nehmen
x=5, 5+1=6, 6 ist kleiner 8, für x, die hälfte (abgerundet) zwischen 10 und 5 nehmen
x=7, 7+1=8. x=7 ist das Resultat. Damit kommt man für dieses Beispiel mit 3 Versuchsschritten anstatt 7 wie mit der x+1 Methode zum Resultat.
Die globalen Wettermodelle wie GFS, ECWMF, GEM usw. berechnenden für jede Gitterbox die über den ganzen Globus gespannt sind, als Beispiel für GFS, über 20 Wetterparameter wie Temperatur, Taupunkt, Luftdruck usw. alle 6 Stunden für die nächsten 15 Tage voraus. Andere globale Wettermodelle berechnen in dem selben Rahmen. Zu den globalen Modell gibt es die lokalen Modelle. Diese haben kleinere Gitterboxen, lösen das Wetter genauer auf beschränken sich aber auf kleinere Gebiete wie Europa oder Mitteleuropa. Die lokal Modelle fussen meist auf den Global Modellen. Sie berechnen auch weniger lange in die Zukunft. Es gibt Modelle die eine Gitterboxgrösse von 1km x 1km x h haben. Die berechnen zum Teil auch Gewitterzellen voraus. Diese voraussagen von Gewittern ist aber selbst für kurze Zeiträume wie 4 Stunden mit Vorsicht zu geniessen, obwohl manchmal selbst einzelne Gewitterzelle erstaunlich gut vorausgesagt werden. Nach dem berechnen werden die Parameter auf Karten aufbereitet. Die Website wetterzentrale.de beispielsweise bereitet die Daten zu Karten auf die frei zugänglich sind.

Als Beispiel nehmen wir die Karte der 850hPa Temperatur (Temperatur in 1500müM):

Das ist die GFS Modellkarte gerechnet am Freitag, 21 Juli 2023 12Z (14:00 MESZ), für den Dienstag, 25 Juli 2023 06Z (08:00 MESZ). Die Karte zeigt wie eine Kaltfront von Nordwesten Richtung Alpennordseite zieht. Nur schon aus dieser Karte kann man ableiten das es an der Alpennordseite Regenschauer zu der Zeit geben wird, die sich teils an den Alpen stauen. Über der Schweiz würde eine satte Luftmassengrenze liegen. Die Höhenheissluft im Mittelmeerraum mit bis 30°C in 1500müM und über Schottland um 0°C bei 1500müM.

Ein wichtiger Bestandteil der Modelle sind die sogenannten Ensembles. Für jeden Wetterparameter werden zum Hauptlauf, dessen Karte wir oben gesehen haben, für verschiedene Orte, einen Kontrolllauf und noch einige Nebenläufe gerechnet. Diese erhalten leichte Anpassungen an den Parametern die nicht ganz präzise bekannt sind. Es sind also Varianten die zeigen wie gut die Wahrscheinlich eine Vorhersage ist. Als Beispiel schauen wir das Ensemble der 850hPa Temperatur an.

Die grüne Linie ist der Hauptlauf, der blaue der Kontrolllauf, die anderen sind die Nebenläufe. Das Ensemble geht bis 31. Juli. Wir sehen das bis 23. Juli alle Läufe nahe beieinander sind, das heisst die Temperatur in der Höhe geht auf den 23. Juli nach oben. Die rote Line ist das Mittel aller Modelläufe und die rote Linie ist das Langjährige Mittel. Daraus sieht am das es in Einsiedeln am 21. Juli in der Höhe von 1500müM kälter war als im Langjährige Mittel. Auf den 23. wird es genau beim Langjährigen Mittel sein, und am 24. wird es in der Höhe Überdurchschnittlich warm sein, mit bis zu 20°C auf 1500müM. Dann sehen wir das auf den 25.Juli eine Abkühlung zu erwarten ist, was wir auch schon auf der 850müM. Karte gesehen haben. Wir sehen auch das praktisch alle Modellläufe nach unten gehen. Einige etwas weniger stark, andere etwas stärker, aber nach unten gehen praktisch alle. Man kann davon ausgehen das es ein allmählicher Kaltluftvorstoss von Montag Abend bis Mittwoch geben wird, begleitet von Schauern. Danach gehen die Modelle wieder nach oben. Ab dem 29. wird die Prognose sehr unsicher. Einige Läufe machen es heiss, andere Schnee bis 2000müM. Nur aus diesem Ensemble lässt sich auch sagen das das ständige auf und ab bei den Temperaturen weitergeht.

Bekannte globale Wettermodelle:
GFS – “Global Forecast System” National Weather Service” (NWS) der Vereinigten Staaten.
GEM – vom kanadische Wetterdienst
ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)
ICON ist das globale Wettervorhersagemodell des Deutschen Wetterdienstes (DWD)

Lokalmodell werden von den jeweiligen Wetterdiensten der Länder gerechnet, für die Schweiz die Meteo Schweiz. wetterzentrale.de berechnet ebenfalls Lokalmodelle sowie Kachelmannwetter.

Marty Stefan, 21.07.2023