Wettervorhersage -modelle

Transkript

1 Wettervorhersage -modelle

2 Voraussetzungen Alle Vorgänge in der Atmosphäre gehorchen bekannten physikalischen Gesetzen! Wenn der Ausgangszustand der Atmosphäre bekannt ist, kann mit Wettermodellen die Entwicklung berechnet werden!

3 Vorhersagemodelle Alle Modelle basieren auf den selben physikalischen Gesetzmäßigkeiten: Erhaltung von Masse, Impuls und Energie Die Modelle unterscheiden sich in der konkreten mathematischen Formulierung und der numerischen Lösung des Gleichungssystems.

4 Schrittweises Vorgehen im Modell 3 Schritte: Analyse Diagnose Prognose

5 Analyse Möglichst genaues Erfassen des Ist- Zustandes der Atmosphäre Muss global stattfinden, da viele Wechselwirkungen bestehen und sich das Wetter nicht an Ländergrenzen hält Klassische Augenbeobachtung Automatische Erfassung Radar Satellit Radiosonden Flugzeugmessungen

6 Analyse - Datenassimilation Um den Anfangszustand für die Vorhersagen zu bestimmen, werden im Rahmen der Datenassimilation die Modellvorhersagen des Vorlaufs durch alle für diesen Zeitpunkt vorliegenden Beobachtungen so korrigiert, dass im Mittel diese Analyse dem wahren Zustand der Atmosphäre möglichst nahe kommt.

7 Prognose Kurzfristprognose bis maximal 6 Stunden linearer Interpolation Interpretation des Himmelsbildes über 6 Stunden numerisches Vorhersagemodell

8 Vorhersagemodelle berechnen die Veränderung der Modellvariablen in kleinen Zeitschritten für ein Netz von Gitterpunkten. Die wichtigsten Modellvariablen: Luftdruck Temperatur Wind Wasserdampf Wolkenwasser/-eis Regen/Schnee Ozon

9 Numerische Produkte sind Ergebnisse von Computerberechnungen, die auf Modellen beruhen. Im DWD werden z.z. drei Modelle gerechnet: Globalmodell GME - weltweit Lokalmodell COSMO-EU (LME) für Europa Lokalmodell COSMO-DE (LMK) für Deutschland

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11 GME 60 Schichten

12 GME Globales Modell Gitterpunktsabstand 20 km Aufteilung der Troposphäre und Stratosphäre in 60 Schichten (bis etwa 34 km Höhe) Das ergibt etwa 88 Millionen Gitterpunkte. Datenausgabe für die ersten 78 Stunden stündlich danach bis 174 Stunden dreistündig

13 GME Globales Modell Modelllauftermine: 00, 06, 12, 18 UTC da nur zu diesen Zeiten Informationen aus der freien Atmosphäre vorliegen (TEMPs) Vorhersage bis 7 Tage Rechenzeit pro Vorhersagetag: ca. 8 Minuten Konvektive Prozesse werden parametrisiert Übergabe der Randwerte an COSMO-EU

14 Orographie um den Mont Blanc Rohdatensatz mit 1 km Auflösung Maximalhöhe: über 4000 mnn GME-Gitterpunkte Gitterflächen von jeweils 346 km² Maximalhöhe: weniger als 2920 m NN

15 Regionale Auflösung GME Alle Modellvariablen wie Luftdruck Temperatur Wind Wasserdampf Wolkenwasser/-eis Regen- und Schneegehalt sind als Mittelwerte über die Gitterelemente, d.h. über eine Fläche von 346 km², anzusehen

16 GME Bodenprognose mit Fronten Modell GME Wettererscheinung Bodendruck (hpa) Fronten bis +60h Mittelhohe Bewölkung VT = Valid Time

17 GME Bodenprognose mit Fronten Modell GME Wetter Temperatur Bodendruck (hpa) Fronten bis +60h VT = Valid Time

18 GME 500hPa Modell GME 500 hpa Temperatur (Grad C) 500 hpa Höhe (gpdam) VT = Valid Time

19 Geopotential Das Geopotential / Schwerepotential der Erde setzt sich zusammen aus Gravitationspotential Zentrifugalpotential beschreibt die potentielle Energie der Luft in einer bestimmten Höhe die Geopotentialflächen verlaufen auf der Erde nicht genau parallel zur Meeresoberfläche Einheit in den Höhenkarten: geopotentielles Meter - gpm

20 Isohypsen Linien gleiche Geopotentials dargestellt als Höhenlinien der Druckfläche

21 COSMO-EU (LME)

22 COSMO-EU (LME) Geographischer Bereich: Europa Gitterpunktsabstand: 7 km Aufteilung der Troposphäre und Stratosphäre in 40 Schichten bis 24 km Höhe 17,5 Millionen Gitterpunkte Rechenschritte: 40 Sekunden Rechenzeit pro Vorhersagetag: ca. 20 Minuten

23 COSMO-EU (LME) gute Abbildung der Orographie: Mittelgebirge sowie Hauptkämme und Täler der Alpen gut dargestellt Modellläufe 00, 06, 12, 18 UTC Vorhersage bis 78 Stunden Vorhersagefelder werden im Stundenintervall gespeichert liefert Randdaten für COSMO-DE

24 Modellorographie COSMO-EU

25 Orographie um den Mont Blanc Rohdatensatz mit 1 km Auflösung Maximalhöhe: über 4000 m NN COSMO-EU Gitterflächen von 49 km² Maximalhöhe: etwas über 3000 m NN GME-Gitterpunkte Gitterflächen von 346 km² Maximalhöhe: 2920 m NN

26 Beispiel: COSMO-EU EU-SkyView Modell COSMO-EU Konvektion Wetter Bodenwind Höhenwind Niederschlag Bedeckungsgrad Topographie

27 COSMO-EU Konvektionsprognose

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29 COSMO-EU Cross- Section

30 COSMO-EU Cross-Section

31 COSMO- DE

32 COSMO-DE Modellgebiet und Orographie

33 Orographie um den Mont Blanc Rohdatensatz mit 1 km Auflösung Maximalhöhe: über 4000 m NN COSMO-DE Maximalhöhe: knapp 3700 m NN COSMO-EU Maximalhöhe: etwas über 3000 m NN

34 Modell- orographie COSMO-EU

35 Modell- orographie COSMO-DE

36 COSMO-DE (LMK) Geographischer Bereich: Mitteleuropa Gitterpunktsabstand 2.8 km 50 Schichten bis etwa 22 km etwa 9,7 Millionen Gitterpunkte gerechnete Zeitschritte 30 Sekunden alle 3 Stunden eine 21-stündige Vorhersage Gewitter und größere Schauer sind grob simulierbar

37 COSMO-DE Bodenwind

38 COSMO-DE Leewellen

39 Modell-Übersicht Es gibt eine Vielzahl von numerischen Modellen, die sich u.a. unterscheiden in: Gitterpunktsabstand Prognosezeitraum Modellgleichungen Anzahl der Modellläufe freier/kostenpflichtiger Zugang

40 Modell-Übersicht DWD GME COSMO-EU COSMO-DE USA GFS (frei zugänglich, diverse Quellen im Internet) WRF (hochauflösendes Modell; Wetterzentrale.de) Großbritannien UKMO Europa EZMW / ECM (speziell für Mittelfristvorhersagen entwickelt)

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42 Das amerikanische GFS GFS - Global Forecast System Auflösung intern ca. 27 km für die ersten 8 Tage, danach 70 km Auflösung des verwendeten Gitters und für die Kontinent- Kartendarstellung 1 Grad (ca. 100km) Wird 4 mal am Tag bis 574 h ( 24 Tage) gerechnet, bei Wetterzentrale sind nur 16 Tage verfügbar Modelläufe für 00, 06, 12 und 18 UTC

43 GFS

44 GFS Ausschnitt Mitteleuropa auch GFS Auflösung intern also auch ca. 27 km Auflösung des verwendeten Gitters und für die Mitteleuropa-Kartendarstellung 0,5 Grad (ca. 50 km)

45 GFS-Mitteleuropa

46 mehrere GFS-Prognosen sog. Member: z.z. 20 leicht unterschiedliche Anfangsbedingungen Ensemble Prognosen 24 Stunden-Prog

47 2 Tage Ensemble Prognosen

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65 SkyView Flash-Anwendung - daher nur Internet Basis = COSMO-EU (LM) nur 00 UTC-Lauf Ausschnitt 665 x 657 Punkte ( ) dargestellt werden nur 20 x 20 Punkte Abstand 224 km - jeder Punkt steht für 1024 Punkte 1. Zoom: Abstand 112 km Punkte 2. Zoom: Abstand 56 km - 64 Punkte 3. Zoom: Abstand 28 km 16 Punkte 4. Zoom: Abstand 14 km - 4 Punkte 5. Zoom: Abstand 7 km - jeder Punkt

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67 SkyView Vorhergesagte Parameter Konvektion oder Niederschlag (parametrisiert) Boden- und Höhenwinde Flächendarstellung von Böen Bedeckungsgrad für einzelne Stockwerke Flächendarstellung für Niederschlag inkl. Intensität Meteogramme für einzelne Gitterpunkte

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74 Modellhöhe he SkyView Mittel zwischen 2 Punkten Orographie geglättet Im Gebirge kann es vorkommen, dass ein Gitterpunkt höher liegt als die anzuzeigende Höhe (z.b ft amsl). Damit in diesem Fall kein weißer Fleck in der Karte erscheint, wird der Windwert eingetragen, der für die nächsthöhere über dem Gitterpunkt liegende Modellschicht vorhergesagt wird.

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78 Wolken - Stockwerke SkyView tief: Boden bis 6500 ft (Boden bis 2000m) mittel: 6500 bis ft (2000 bis 7000m) hoch: bis ft (5000 bis 13000m)

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83 Niederschlag Differenz zwischen Gitterpunkt und Fläche möglich Es ist nicht möglich Niederschlag für einen Gitterpunkt zu berechnen. daher Berechnung von Wahrscheinlichkeiten anhand von Parametern (z.b. Temperatur, Feuchte) wenn die Wahrscheinlichkeit ausreicht wird Symbol gesetzt bei Flächendarstellung kann diese Aussage besser beurteilt werden daher: bei Diskrepanz gilt Flächendarstellung

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