Deutscher Wetterdienst Entwicklungen in der Wettervorhersage in Zeiten zunehmender Extremereignisse

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1 Deutscher Wetterdienst Entwicklungen in der Wettervorhersage in Zeiten zunehmender Extremereignisse Hans-Joachim Koppert Vorstand Wettervorhersage

2 Die Entwicklung des Extremwetters Untersuchungsansatz Region 1) Küstenstreifen 2) Norddeutsches Tiefland 3) Mittelgebirge 4) Mittelgebirgsvorland 5) Rheingraben 6) Bayern 7) Alpenrand Gebietsmittel der Überschreitungswahrscheinlichkeiten 4 Regionale Klimaprojektionen (CLM-Konsortial, REMO-UBA, WettReg2010, STAR) Antrieb: ECHAM5-A1B Lauf 1

3 Temperaturextreme Entwicklung der Überschreitungswahrscheinlichkeit 100-tägiger Höchsttemperaturanomalien (99%-Quantil) bis 2100 im Sommer (JJA) CLM REMO WettReg STAR Insbesondere nach 2050 Zunahme um das 5- bis 20-fache der aktuellen Häufigkeit

4 Niederschlagsextreme Entwicklung der Überschreitungswahrscheinlichkeit 100-tägiger Niederschlagsmengen (99%-Quantil) bis 2100 im Winter (DJF) CLM REMO WettReg STAR Zunahme der Häufigkeit um etwa 50% bis 2100 Ausnahmen Küstenstreifen: Zunahme um ca. 200% Alpenrand: keine Änderung oder leichte Abnahme

5 Windextreme Entwicklung der Überschreitungswahrscheinlichkeit 100-tägiger Spitzenwindböen (99%-Quantil) bis 2100 im Winter (DJF) CLM REMO Zunahme der Häufigkeit von Winterstürmen um bis zu 100% bis 2100 Jährlichkeit heute 25-jähriger Ereignisse um das Jahr 2090 herum vermutlich etwa 5 Jahre aber: beide Simulationen liegen am oberen Rand der projizierten Änderungssignale

6 Zusammenfassung Wetterextreme Bis Ende des 21. Jahrhunderts weitere Zunahme der heißen Tage um bis zu 15 Tage in Nord- und 35 Tage in Süddeutschland. Heute alle 25 Jahre auftretende Extreme könnten dann alle 1-3 Jahre auftreten Bis zum Jahr 2100 speziell im Winter verbreitet moderate Zunahme der Häufigkeit von Starkniederschlägen. Zunahme der Häufigkeit Starkniederschläge um etwa 50% bis 2100 möglich. Mögliche Zunahme von Schwergewittern (Hagel) Bis zum Jahr 2100 Zunahme der Häufigkeit von Winterstürmen um bis zu 100 %

7 Der Wettervorhersageprozess ÖFFENTLICHKEIT Anwendungen KATASTROPHEN- SCHUTZ TRANSPORT HYDROLOGIE AIR TRAFFIC MANAGEMENT Externer Service WETTERWARNUNGEN WETTERVORHERSAGEN BERATUNG durch METEOROLOGEN Interner Service AUTOMATISCHE NACHBEARBEITUNG ÜBERARBEITUNG durch METEOROLOGEN KÜRZESTFRIST- VORHERSAGE (0-6h) KURZ- und MITTELFRIST- VORHERSAGE (0-10 Tage) Daten RADAR, BLITZ, LIDAR SATELLITEN WETTERSTATIONEN, BALLONAUFSTIEGE, FLUGZEUGE,..

8 Vorhersagen sind schon ziemlich gut? Qualität der Wettervorhersagen über Europa (Großräumige Wetterlage)

9 Wettersysteme und ihre Vorhersagbarkeit Wettersysteme Vorhersagbarkeit Charakteristische Zeitskala 1 Woche 1 Stunde Tiefs&Hochs Gewitter 100 m 10 km 1000 km Vorhersagezeit Charakteristische Längenskala Die Unsicherheit auf kleinen Skalen nimmt schneller zu (Lorenz 1969)

10 Wo stehen wir jetzt: Das dreistufige Warnsystem des DWD Vorhersage zeitraum Typ der Warnung Produkt 0-2h 2-12h (Un)wetterwarnung landkreisbezogene aktuelle Warnungen h Vorwarnung Warnlageberichte Vorwarnungen h Frühwarnung Wochenvorhersage Wettergefahren Gebiet Landkreise Deutschland, Bundesländer Deutschland Basis Beobachtungen, Verfahren, Numerische Wettervorhersage, Numerische Wettervorhersage, Ensemblevorhersagen Deterministische Vorhersagen Das finale Warnprodukt

11 Verbesserte Satellitendaten: Ab 2016 durch neuen METEOSAT METEOSAT, 5000m Auflösung METEOSAT 2te Generation, 1500m Auflösung Unterstützte Anwendungen Warnungserstellung Frühe Phase der Gewitterentwicklung Umweltanalyse / Vorhersage Flugwettervorhersage Erneuerbare Energien (PV).. METEOSAT 3te Generation 750 m Auflösung

12 Verbesserte Radardaten: Ab 2014/2015 durch neuen Radarverbund Großenhain Tornado (1000m) Großenhain Tornado (250m) Der Radarverbund des DWD Unterstützte Anwendungen Warnungserstellung Späte Phase der Gewitterentwicklung Niederschlagsart Hochwasservorhersage Flugwettervorhersage Erneuerbare Energien (Wind)..

13 Weietrentwicklung der kürzestfristigen Unwettervorhersage Aktuelle Intensität Vorhersagebereich Verfahrensentwicklung Computerbasierte Arbeitswerkzeuge für Meteorologen werden stetig weiterentwickelt Anwendungen zur Kürzestfristvorhersage Nutzen verstärkt die neuen und verbesserten Beobachtungen Verknüpfen verschiedenster Instrumente (Satellit, Radar, Blitz, Modell ) Niederschlag vergangene Stunde Zusammenfassung aller Informationen zu einem teilautomatisierten (Datenverdichtung) Warnvorschlag Beispiel: Beobachtung, Bewertung und Vorhersage von Gewittern Optimierung der Verfahren für verschiedenste wie Vorhersageprobleme Sommerliche Gewitterlagen Winterliche Schneelagen

14 Verbesserte Wettervorhersagemodelle Modellauflösung und Darstellung von Gewittern Zur besseren räumlichen Beschreibung der Unwettersysteme wird die Modellauflösung bis 2020 auf 1km erhöht (Budgetvorbehalt) Grundlegenden physikalischen Prozesse werden durch neue Verfahren besser beschrieben Modelle werden entsprechend den Zeitskalen der vorherzusagenden Phänomene in hohem zeitlichen Update-Rhythmus gerechnet (~jede Stunde) Der Aktuellen Wetterzustand wird durch hochqualitative Beobachtungen (im Wesentlichen aus der Fernerkundung wie Radar und Satelliten) besser beschrieben

15 Das Warnsystem am Beispiel der Hitzewarnungen Mittelfristige Hitzevorhersagen Extremwettervorhersage für den (5 Tagesvorhersage) Links: Extreme Forecast Index, Rechts: Wahrscheinlichkeit T>35 C, Quelle EZMW Hitzewarnsystem DWD Thermophysiologisches Modell zur Quantifizierung des Temperaturempfindens Zwei Warnstufen: starke & extreme Wärmebelastung

16 Meteorologischer Beitrag zur Sicherung der Energieversorgung Management des Stromnetzes stößt heute schon an seine Grenzen Weiterer Zubau von Erneuerbaren erfordert verbesserte/neue Strategien Investition in meteorologische Aspekte (Leistungsprognosen) als flankierende Maßnahme zu anderen Lösungsansätzen wie Netzausbau, Speichertechnologie, intelligentes Netz etc. Größtes Potenzial zur Optimierung der Leistungsprognosen liegt in der Verbesserung der Wettervorhersagen. Optimierung der Prognosen und Erstellung neuer Prognoseprodukte führt zu: erhöhter Netzsicherheit geringere Risiken verbessertes Modellsystem abschätzbare (und damit handhabbare) Risiken verlässliche Ensembleinformation kritisch unkritisch kritisch Windprognosefehler Senkung der Kosten Minimierung der Reserve- und Ausgleichsleistungen und der EEG-Umlage allgemein

17 Ensemblevorhersagen zur Abschätzung der Erzeugung Windgeschwindigkeit (m/s) Zeit (h) Eine Vielzahl von verschiedenen Modellvorhersagen liefert eine Abschätzung möglicher Änderung in der Stromerzeugung

18 Wettersysteme und ihre Vorhersagbarkeit Vorhersagezeit

19 Zusammenfassung der zukünftigen Entwicklungen bei der Erkennung und kurzfristigen Vorhersage von Unwetter Die Nutzung zukünftiger Beobachtungssysteme wird die Anzahl verpasster Unwetterereignisse deutlich reduzieren Durch die räumlich und zeitlich höher aufgelöste Analysen und Vorhersagen von Unwetterereignissen, werden wir die Grenzen unserer Vorhersageleistung ausweiten können: Detailliertere Vorhersagen und Warnungen für Katastrophenschutz Flusseinzugsgenaue Vorhersage für den Hochwasserschutz mit Unsicherheitsinformation Sturzfluten bleiben eine große Herausforderung Winterstürme werden kaum noch zu Fehlvorhersagen führen Gefrierender Regen wird immer noch Schwierigkeiten bereiten Pro-aktives Management erneuerbarer Energieerzeuger Trotzdem bleiben die konkreten Grenzen der Vorhersagbarkeit teilweise noch unklar

20 Integration in den Prozess des Nutzers Wetterbeinflusster Nutzer Wetterdienst Beratung Basisdaten Spezifische Nutzerdaten Nutzerprodukte

21 Warnprodukte für bestimmte Nutzer Flusseinzugsgebiete Aus Warnpolygonen automatisch abgeleitete Wind- (gelb) und SturmWarnung (Ocker) auf Gemeindebene

22 Eindeutige Information für einheitliches Handeln VORWARNUNG zur UNWETTERWARNUNG vor ERGIEBIGEM DAUERREGEN für den Bereich: Sachsen für die Kreise: Erzgebirgskreis, Landkreis Bautzen (Bergland), Landkreis Bautzen (Tiefland), Landkreis Görlitz (Bergland), Landkreis Görlitz (Tiefland), Landkreis Meißen, Stadt Chemnitz, Stadt Dresden, gültig von: Samstag, :00 Uhr bis: Samstag, :00 Uhr ausgegeben vom Deutschen Wetterdienst am: Samstag, :50 Uhr Der Dauerregen hält noch bis zum Abend an. Dabei kommt es wiederholt zu Starkregenphasen, insgesamt sind weitere Mengen über 40 Liter pro Quadratmeter in 12 Stunden zu erwarten. Dabei ist nicht auszuschließen, dass teilweise als Summe Mengen über 100 Liter je Quadratmeter..

23 Zusammenfassung Der DWD entwickelt seine Warnsysteme für Unwetter konsequent weiter, gerade auch auf den Gebieten die wahrscheinlich durch zukünftige Klimaänderungen betroffen werden. Erkennung von Unwetter Vorhersage von Unwetter Ein wesentlicher Teil der zukünftigen Wettervorhersage wird die Beschreibung der Unsicherheit sein Nutzer müssen lernen, mit Wahrscheinlichkeiten umzugehen. Der Beratung der Nutzer ist ein wesentlicher Aspekt der Arbeit des DWD Daher hält der DWD weiterhin eine regionale Beratungskompetenz vor Die Integration meteorologischer Daten und Warnungen in Kundensysteme wird zunehmen Die allgegenwärtige Vernetzung bestimmt immer stärker die Vertriebswege Eine verstärkte Zusammenarbeit zur Entwicklung von Produkten, die auch die Auswirkung meteorologischer Gefahren berücksichtigt, erscheint notwendig

24 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit!

25 Entwicklung der Computerleistung und Trends der Vernetzung Die Zunahme der Rechenleitung setzt sich fort Moore s Law prognostiziert Verdoppelung alle 18 Monate bei konstanten IT-Budgets Zunehmende Energiekosten fressen IT-Budget trotz zunehmender Energieeffizienz Ohne zusätzliches Budget könnte Zuwachs 2023 stoppen Datenexplosion Vernetzung nimmt weiter zu Milliarden von intelligenten Geräten überall Vom Scheibenwischer zum Smartphone Exorbitante Zunahme von Daten aus Fernerkundungsverfahren (Satellit, Radar...) PFlop peak Spitzenleistung für meteorologische Anwendungen 0

26 Zunehmende Modellauflösung ICON Factor COSMO-DE COSMO-DE LM 10 DM : 14 Km 1999: 7 Km ,8Km ,2 Km Km m m m Rechenleistungsentwicklung und Modellgitterweite

27 Erhöhung der Auflösung am Beispiel eines Hurrikans ~63km ~25km ~1km Quelle:EZMW

28 Zukünftige Entwicklungen Wahrscheinlichkeitsvorhersagen Wettervorhersagen tragen immer das Chaos in sich Vorhersage der Vorhersageunsicherheit durch Wahrscheinlichkeitsaussagen Ist das sinnvoll? Ein Beispiel: Ein Münchner Biergarten Brauche ich morgen zusätzliche Bedienung/Tische? Wir entscheiden uns anhand der Temperatur (25 ) Die Wettervorhersage sagt mit 40% Wahrscheinlichkeit ist die Temperatur >25 Ein kleine Rechnung: Der Biergarten ist 100 Tage geöffnet Zusätzliche Tische kosten 50, Zusatzeinnahmen x ( ) = x ( 0 50 ) =

29 Aspekt Nutzerkommunikation Der DWD arbeitet verstärkt in Kooperation Beispiel: KATWARN (Fraunhofer Focus) Integriertes Katastrophenwarnsystem für Bürgerinnen und Bürger Wo treten Gefahren auf und wie ist zu handeln Smartphone-App gewährleistet ortsbasierte Benachrichtigungen über Gefahrensituationen, wie z. B. Großbrände, Stromausfälle, Bombenfunde oder Unwetter Individualisierte, ortsgenaue Information Die Warnungen werden von den kommunalen Feuerwehr- und Rettungsleitstellen in Abstimmung mit den zuständigen Katastrophenschutzbehörden verfasst