Praktische Einweisung in die synoptische Arbeitsweise der Wettervorhersage

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1 Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden der Universität Augsburg Wintersemester 2016 / 2017 Übung zu praktischen Arbeitsmethoden Praktische Einweisung in die synoptische Arbeitsweise der Wettervorhersage Eine Einführung in die Probleme der Wettervorhersage Klaus Hager Lehrbeauftragter

2 Vorstellung zu meiner Person als Lehrbeauftragter am Lehrstuhl für Physische Geographie und Angewandte Methoden der Universität Augsburg Klaus Hager Jahrgang 1941 Regierungsdirektor a.d. ehemaliger Leiter der Geo Informations-Beratungsstelle beim Jagdbombergeschwader 32 auf dem Lechfeld Ich bin ein Vertreter der angewandten Meteorologie und Klimatologie mit langjähriger Erfahrung und Praxis seit meinem 14. Lebensjahr.

3 Klaus Hager Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden der Universität Augsburg Wintersemester 2016 / 17 Z e i t p l a n Übung zu praktischen Arbeitsmethoden Praktische Einweisung in die synoptische Arbeitsweise der Wettervorhersage Jeweils am Donnerstag von 08:15-09:45 Uhr Raum 1002 / B Eine Einführung in die Probleme der Wettervorhersage Synoptische Meteorologie eine Einstimmung in die Problematik Grundlage ist die Wetterbeobachtung Analyse der aktuellen Wetterlage Anamnese der bisherigen Wetterentwicklung Erarbeitung der Wettervorhersage Nowcasting - Kürzestfristvorhersage Kurzfristvorhersage Mittel- und Langfristprognosen Wetterberatung diverser Bedarfsträger Erfolgskontrolle Güteprüfung und Verifikation Wetterprognosen im Internet und App s Zusammenfassung und Diskussion Klausur Achtung: Am am und am entfällt die Veranstaltung!! Oktober 2016

4 Klaus Hager Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden der Universität Augsburg Beginn - Wintersemester 2016 / 17 Begrüßung der Teilnehmer Abgleich der Teilnehmerliste Anwesenheit Unterschrift Vorstellung des Zeitplanes Zu meiner Person Ablauf der Vorstellung Skripten Zugang zu den Skripten Download Klausur Fragen? Aktuelle Wetterlage Beginn der Veranstaltung

5 Klaus Hager, Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden der Universität Augsburg 1 Praktische Einweisung in die synoptische Arbeitsweise der Wettervorhersage 1. Synoptische Meteorologie - eine Einstimmung in die Problematik WETTER IST IMMER UND ÜBERALL - UND STETS IN BEWEGUNG Wetter ist ein sehr komplexer Begriff mit räumlichen und zeitlichen Komponenten, der zudem individuell unterschiedlich verstanden, ja auch definiert wird. Zur Einstimmung in die Problematik der Wettervorhersage schauen wir uns einen Wolkenfilm im 15-minütigen Zeitraffer des Infrarotsensors vom Wettersatelliten METEOSAT 8 aus km Höhe über einen Monat an. Man sieht hier vor allem den kondensierten Teil des bis zu 4 % der Luft betragenden Teils vom unsichtbaren Wasserdampf, der bis über 30 g pro m³ betragen kann. Nach dieser Wolkenschau von OBEN wird man sicher erkennen, wie komplex die Materie der Wettervorhersage ist und sich fragen, wie kann man daraus klug werden und als Meteorologe im operationellen Wettervorhersagedienst einigermaßen erfolgreich sein. Andererseits ist das Wetter einer der begehrtesten Gesprächsthemen unserer Gesellschaft. Aber auch viele Zweige unseres Lebens möchten gerne oder brauchen gar möglichst genaue Vorhersagen, wie sich das Wetter entwickelt. Ganz abgesehen davon, dass im Wettergeschehen auch ein großes Risikopotential latent schlummert und wir ja möglichst sicher damit leben wollen. ( Alle Arten von Unwetter - Hitzewellen Kälteperioden - etc.) Die UN beziffert den Kosten / Nutzengewinn der Wettervorhersage auf 1 : 50! Zudem bietet die Geschichte eine Fülle von Verquickungen des Wettereinflusses auf besondere Ereignisse ( meist militärischer Art ) an.

6 Vorab gleich die wichtige Feststellung: Der Motor allen Wettergeschehens ist die Sonne mit ihrer Strahlung zur Erde denn die Strahlung ermöglicht erst die Luftzirkulation mit der Durchmischung von kalter und warmer Luft. Und aus diesem Wettergeschehen ergibt sich erst das statistische Produkt KLIMA Synoptische Meteorologie Die synoptische ( griechisch: syn = zusammen und opt = sehen ) Meteorologie ist ein Teilgebiet der Meteorologie und befasst sich mit der Zusammenschau der bedeutenden Wetterparameter um aus deren Änderungen die zukünftige Entwicklung des Wetters zu folgern und Prognosen zu entwickeln.

7 Klaus Hager, Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden der Universität Augsburg 2 2. Beobachtung des Wettergeschehens Grundlage für jede gezielte und seriöse Wettervorhersage ist die exakte und fortlaufende ( meist im stündlichen Abstand ) so genannte synoptische Beobachtung diverser meteorologischer Parameter. Schon geringe Ungenauigkeiten bewirken erhebliche Fehler bei der Vorhersage. Dazu gibt es in Deutschland ca. 140 plus 71 Automaten und weltweit ca amtliche Boden-Wetterbeobachtungsstationen, meist Wetterwarten genannt, an denen Fachpersonal ( leider werden die Wetterwarten zunehmend automatisiert ) das atmosphärische Geschehen beobachtet. Dazu kommen noch in Deutschland 10, weltweit ca. 800 Radiosondenstationen, an denen zweimal täglich ( um 00 und 12 Uhr UTC ) ein Ballon mit Messsonden und einem Sender fünf Hauptwetterparameter misst und diese Messungen zur Erde funkt. Weiters liefern Luftfahrzeuge und schwimmende Bojen auf den Meeren Wetterdaten. Es wird aber nur etwa ein Fünftel der Erde meteorologisch beobachtet. Am Boden werden hierzu instrumentell bzw. mit dem Auge erfasst: - Luftdruck - Lufttemperatur in 2 Meter Höhe - Erdbodentemperaturen von 5 bis 100 cm Tiefe - Luftfeuchtigkeit - Windrichtung - Windgeschwindigkeit - Niederschlagsmenge und ggf. Höhe der Schneedecke - Wettererscheinungen Regen, Schnee, Gewitter, Hagel, Nebel, Sandsturm etc. - Horizontalsichtweite - Bewölkung nach Grad der Bedeckung ( Menge ), Art und Höhe der Untergrenze Auf See noch die Wassertemperatur, Wellenart, -höhe, und Zugrichtung z.t. von fahrenden Schiffen oder aber von Bojen...

8 Erst in den letzten Jahren wurde eine flächendeckende Messung der Sonnenstrahlung eingeführt, sprich wie viel Energie die Sonne uns zustrahlt, bzw. bilanziert die Erde bei Nacht auch wieder ausstrahlt!! In der freien Atmosphäre werden mittels gefesselten Ballonaufstiegen bei 300 Meter Aufstiegsgeschwindigkeit bis in Höhen von km (Radiosonden) - Temperatur - Druck - Luftfeuchtigkeit - Windrichtung und Windgeschwindigkeit ( mittels GPS-Ortung ) gemessen. Hinzu kommen die Messungen der im Verbund arbeitenden Wetteradargeräte ( in Deutschland 17 Geräte die aber nur niederschlagsführende Wolken von UNTEN in verschiedenen Darstellungsarten zeigen. Auch davon gibt es Zeitraffersequenzen im 15 Minuten Abstand. Mit dem Unwetterwarnsystem KONRAD werden Gewitterzellen lokalisiert, nach ihrem Potential bewertet und fortgeschrieben ein hervorragendes Vorhersagesystem für die kurzfristige Warnung vor örtlichen Unwettergefahren wie Starkregen, Hagel, Gewitter oder Sturmböen - zugänglich für die Katastrophendienste und Flugplätze. Weiters werden durch ein Blitzoerungssystem der Fa. Nowcast nahezu alle Blitze geortet, wobei man im Zeitraffer von 10 Minuten auch Zugbahnen verfolgen sowie z.t. die Intensität des Blitzgeschehens bestimmen kann. Auch das System BLIDS von Siemens ist in Einsatz. Nicht zuletzt bilden die, wie eingangs gezeigt, diversen Möglichkeiten der Wettersatelliten METEOSAT und NOAA ( diese sind polumlaufend in ca km Höhe ) das Wolkengeschehen umfassend zu beurteilen. ( Visuell, verschiedene Infrarot Kanäle, Wasserdampfkanal etc. ) Neuerdings stehen 3 Wind-Profiler-Geräte, die das Windfeld über einem Ort exakt bis in eine Höhe von 10 km fortlaufend im Abstand von 10 Minuten darstellen zur Verfügung. Das geographisch nächstliegende Gerät steht in Bayreuth.

9 Klaus Hager, Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden der Universität Augsburg 3 3. Analyse der aktuellen Wetterlage Aus all diesen Wetterdaten, die über spezielle wetterdiensteigene Fernmeldeverbindungen global ausgetauscht und verbreitet werden - das Internet ist dabei viel zu anfällig für Ausfälle - wird der Ist-Zustand der Wetterlage national oder kontinental zentral, aber auch örtlich von besonderen Bedarfsträgern mittels Wetterkarten in Form von Wetterfeldern einzelner oder in deren Kombination dargestellter Wetterelemente erarbeitet. Dies erfolgt in Form von - Wetterkarten ( am Boden und in verschiedenen Höhen der Atmosphäre ) - Zeitdiagrammen ( bisheriger Verlauf ) oder - Querschnitten der Atmosphäre ( über Strecken bezogen ) und geschieht zusammenschauend weltweit oder in regionalen Fenstern sowie immer einheitlich zeitlich nach UTC ( GMT oder Z (Zulu genannt ) bezogen. Diese Form der Wetteranalyse ist die Grundlage für die weitere Tätigkeit bei der Wetterprognose.

10 Klaus Hager, Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden der Universität Augsburg 4 4. Anamnese der bisherigen Wetterentwicklung Hierzu erfolgt ein Rückblick des Wettergeschehens der vergangenen 12 bzw. 24 Stunden um eine Übersicht zu erhalten, wie sich die einzelnen Wetterparameter / Wetterfelder entwickelt haben. Das geschieht einmal dadurch, dass man sich die Wetterkarten, Zeitdiagramme oder Querschnitte der letzten 24 Stunden ansieht hier besonders wie sich z.b. : - die Luftdruckfelder verlagert sowie entwickelt haben (Gebiete mit Luftdruckfall oder anstieg), - Windfelder, - Temperaturfelder, - Felder bestimmter Wettererscheinungen ( Regen, Gewitter, Nebel..) entwickelt haben, - oder aber man sieht sich die Zeitreihen in Diagrammform einzelner Stationen an, was hier an Wetter geboten war.

11 Klaus Hager, Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden der Universität Augsburg 5 5. Erarbeitung der Wettervorhersage Die Be- und Erarbeitung der Wettervorhersage erfolgt beim DWD durch den Meteorologen. Leider werden diese nicht mehr praxisorientiert ausgebildet, denn es gibt in Deutschland keinen Lehrstuhl für synoptische Meteorologie mehr. Allgemein wird hochwissenschaftlich mit Modellen und deren Ergebnissen gearbeitet, aber dadurch ist eine Modellgläubigkeit vorgegeben. Ein guter Prognostiker benötigt 5 Jahre einschlägige Berufserfahrung. Zunächst unterscheidet man für welchen Zeitraum das Wetter vorhergesagt werden soll: - das so genannte Nowcasting ( Kürzestzeitvorhersage ) für die nächsten 2 Stunden, - die Kurzfristvorhersage für 2 bis 36 Stunden, - die Mittelfirstprognose für bis zu 10 Tagen - Langfristprognose für einen Monat oder gar eine Saison ( Sommer etc. ) oder gar 6 Monate ( US-Wetterdienst NOAA )

12 Klaus Hager, Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden der Universität Augsburg Kurzfristvorhersage - inklusive Nowcasting Bei der Kurzfristvorhersage besteht die Kunst darin, die Flut von Informationen, wie sie das Schaubild eindrucksvoll zeigt, geistig zu ordnen und zu verarbeiten: - Wetterbeobachtungen aller Art - Satelliteninformationen - Radarbilder - Blitzortung - Profilerdaten Mensch Maschine Mix - Numerische, sprich vielfältige Computerprodukte als Rohdaten - Klimatologischer Hintergrund aber auch das Klima ist nichts Statisches sondern befindet sich immer im Wandel. An numerischen Produkten stehen diverse Modelle mit recht unterschiedlichen Grundlagen und Bewertung der einzelnen Parameter (Strickart) zur Verfügung: DWD ( Deutschland - Offenbach ) ICON COSMO EU, COSMO DE und COSMO LEPS - ECMWF ( Europäisches Zentrum ( EZ ) in Reading ( UK ) - NOAA = ( US Wetterdienst Washington ) aber auch von anderen Wetterdiensten ( UK ( national ), F, S, A etc. )

13 Gerade die Deutung der numerischen Produkte erfordern ein besonderes Fingerspitzengefühl und langjährige Erfahrung, denn die Modelle entscheiden auf dem Entscheidungsbaum ( Äste, Zweige, Spitzen ) nicht selten auch mit 51 zu 49 Prozent auf welchem Ast dann weitergerechnet wird. Die Computerberechnungen sind äußerst komplex und vielfach werden auch Wetterfaktoren einfach in einem wiederum komplexen Verfahren parametrisiert ( egalisiert ). Hinzu kommt, dass neue Berechnungen, obwohl sie mit der vorhergegangenen abgeglichen wurde, völlig neue Vorhersageparameter liefern. Nicht selten muss man als Wetterberater aus einem JEIN der Vorgaben eine tragfähige Entscheidung treffen. Dies bedeutet, die numerischen Produkte müssen per Hand nachbearbeitet, sprich veredelt werden. Dies ist die individuelle wissenschaftliche Tätigkeit des Meteorologen. Dabei fließt immer ein großer Teil an auch örtlicher Erfahrung des Prognostikers ein man darf gut und gerne diesen Teil mit 50 Prozent ansetzen!! Neuerdings mischt man auch die Modellergebnisse der anderen Ersteller untereinander. Dank der immer leistungsfähigeren Großrechner kann man nun auch sog. ENSEMBLE Vorhersagen parallel rechnen, die mit abweichenden Ausgangsparametern die vorgenannten Einzelentscheidungen in ihrer Abweichung darstellen. Die neuesten Modelle werden in Rasterpunkten von nur 2-6 km gerechnet, die Wetterbeobachtungsstationen dagegen haben aber nicht selten Abstände von 50 bis über 100 km. Die damit verbundenen Interpolationen führen nicht selten zu Fehlern, die dann zu mittelfristigen Fehlprognosen führen. Weiters spielt auch die Kenntnis der örtlichen Gegebenheiten ein wichtige Rolle das Beispiel Hüttenwirt Wetterprognose für Bergsteiger sei dazu nur erwähnt. Auch unser Föhn ist eine örtliche Spezialität.

14 Klaus Hager, Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden der Universität Augsburg 8 8. Mittel und Langfristprognosen Mittelfristige Wettervorhersagen Diese Prognose für einen mehrtägigen ( bis zu 10 Tagen ) Zeitraum basiert nahezu ausschließlich auf der INTERPRETATION der Wetterkarten sowie von Diagrammen, die der Computer berechnet hat. Selbst mit Meteogrammen für einen Wochenzeitraum darf man nicht die dabei gegebenen Werte als absolut betrachten und so auch weitergeben, sondern hier ist stets die fachliche Interpretation, wiederum gepaart mit viel Erfahrung sehr wichtig. Sehr nützlich dabei ist die Betrachtung der so genannten Rauchfahnen aus den Ensembleberechnungen, die durch die mehrfache Berechnung unterschiedlicher Ausgangsbedingungen die Streuungsmöglichkeiten eines Wetterelementes aufzeigen. Oftmals sieht man dabei so große Unterschiede, dass nur noch ein Trend der Entwicklung, manchmal auch gar keine Aussage mehr sinnvoll ist. Siehe auch die Erwähnungen in 6+7. Langfristprognosen Diese für einen Monat oder gar eine Jahreszeit gerechneten Prognosen sind äußerst problematisch und erlauben nur eine eingeschränkte Vorhersage, ob die Entwicklung wohl über oder unter dem langjährigen Durchschnitt zu erwarten ist. Da verschiedene Wirtschaftszweige daran sehr interessiert sind, hat der DWD damit begonnen, diese vom ECMWF gerechneten Grunddaten so aufzubereiten, dass die Bedarfsträger umsetzbare Hinweise erhalten können. Bei der Anwendung ist jedoch große Vorsicht geboten. Man darf auf die Güteprüfung sehr gespannt sein. Sie sind nur einem kleinen Kreis zugänglich. Auch NOAA gibt solche Halbjahresprognosen heraus. Manchmal stimmen sie, aber manchmal liegen sie auch völlig daneben.

15 Klaus Hager, Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden der Universität Augsburg 9 9. Wetterberatung verschiedener Bedarfsträger Auch dieser Punkt ist sehr bedeutsam für welchen Personenkreis erfolgt die Wettervorhersage oder gezielte Wetterberatung? - Allgemeine Öffentlichkeit ( Medien ) - Luftfahrt - Verkehrswirtschaft - Straßenverkehr und vor allem die Seefahrt - Energiewirtschaft - Umweltbehörden - etc. Hierzu ist eine detaillierte Kenntnis der Bedürfnisse des Kunden absolut wichtig. Je gezielter gefragt wird, desto genauer ist auch die Beratung. Eine Frage: Wie wird das Wetter ist viel zu oberflächlich und kann dann auch nur so allgemein beantwortet werden!

16 Klaus Hager, Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden der Universität Augsburg Erfolgskontrolle = Güteprüfung oder Verifikation Ein wesentlicher Punkt für die Verbesserung und Weiterentwicklung der Wettervorhersage ist die Verifikation und Güteprüfung der einzelnen Prognosen. Hierzu laufen wetterdienstinterne meist rechnergestützte Programme, um den so genannten SKILL zu berechnen. Es ist ja auch nicht schwer, eine Prognose mit dem dann tatsächlichen Wetter zu vergleichen und deren Wert zu bewerten. Wir haben damit in Lechfeld unsere Güte der Flugplatzwettervorhersage für 9 Stunden kontinuierlich von 85 auf stolze 92 Prozent verbessern können. Gleichzeitig konnten systematische und persönliche (!) Fehlerquellen der einzelnen Progostiker ( ob Optimist oder Pessimist ) erfasst und damit umgangen werden. Generell kann man heute von einer objektiven Güte der Wetterprognosen für 1 bis 3 Tage von 80 bis 85 Prozent ausgehen. Je länger der Vorhersagezeitraum aber desto geringer die Güte. Dann ist meist nur ein Trend sinnvoll. Subjektiv ist die Vorhersage aber abhängig vom jeweiligen Kunden und auch von dessen Einschätzung seiner persönlichen Lagebeurteilung bzw. auch seiner Erinnerungsfähigkeit.

17 A u s b l i c k Die Kenntnis und Umsetzung der Wetterentwicklung ist für unser heutiges Leben - Sicherheit und Ökonomie - absolut wichtig und nicht selten für Entscheidungen gar ausschlaggebend. Daher ist eine ständige Weiterentwicklung und Verbesserung der Wettervorhersage vor großer volkswirtschaftlicher Bedeutung. Laufende wie neue WMO Großprojekte bearbeiten regionale Details in wettersensiblen Gebieten wie Neufundland, Island, Aleuten, Japan und südwestlich Irland auch das Alpengebiet mit zusätzlichen Bojen-, Sondenund Flugzeug Messungen. Eine hundertprozentige Wettervorhersage wir es aber nie geben dafür ist die Natur viel zu komplex. Aber auch der Faktor Mensch mit seiner Erfahrung aber auch seiner Tagesform als Interpret wird immer eine besondere Rolle dabei spielen. Der Computer alleine kann keine sinnvolle detaillierte ortsbezogene Vorhersage liefern. Es wird dazu immer den Menschen brauchen, auch wenn das leider von den Haushaltspolitikern nicht so gesehen wird.

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