Wie funktionieren eigentlich Wettermodelle?

Jeder hat wohl schon von Wettermodellen gehört, denn ohne sie funktioniert heute keine Wettervorhersage mehr. Doch was sind eigentlich genau Wettermodelle und wie funktionieren sie?

Wettervorhersage
Ohne Computer und Wettermodelle gibt es heutzutage keine Wettervorhersage mehr

Es klingt so einfach: Um eine Wettervorhersage zu machen, schauen sich Meteorologen Wettermodelle an. Und Wettermodelle sind das Ergebnis von hochkomplizierten Berechnungen, die uns große und immer mehr hochleistungsfähige Computer liefern. Doch wie kommt man von Modellen zur Vorhersage?

Numerische Wettervorhersage

Die computergestützte Wetterprognose nennt sich Numerische Wettervorhersage. Vereinfacht gesagt brauchen die Computer für ihre Berechnungen zuerst die Daten der aktuellen Wetterlage. Diese werden dann unter Berücksichtigung von physikalischen Prozessen aus der Umwelt verrechnet, um das Wetter der Zukunft vorherzusehen.

Als Ausgangszustand dienen Millionen von Messwerten weltweit, unter anderem von tausenden von Wetterstationen, aber auch von Satelliten, Radaren, Schiffen, Flugzeugen und Wetterballons. Dabei müssen sämtliche physikalische Prozesse am Boden und in der Atmosphäre berücksichtigt werden, wie zum Beispiel der Wolkenbildung.

Mit den ersten Computern vor über 50 Jahren reichte die Berechnung nur wenige Stunden bis Tage in die Zukunft. Heute rechnen einzelne Wettermodelle bis zu 14 Tage voraus, teilweise noch weiter. Nötig dafür sind allerdings sogenannte Supercomputer, die die enormen Datenmengen verarbeiten können.

Solche Supercomputer können sich jedoch nur wenige Staaten auf der Welt leisten, da sie zweistellige Millionensummen (in Euro) verschlingen. Neben Deutschland gibt es sie unter anderem auch in Großbritannien, Norwegen, USA, Kanada und Australien.

Global- und Regionalmodelle

Es wird zwischen globalen und regionalen Modellen unterschieden. Bei den Lokalmodellen wird dabei für eine viel kleinere Region deutlich genauer gerechnet. Für die Globalmodelle wird der gesamte Globus mit einem dreidimensionalen Gitternetz überzogen. Das Gitternetz ragt also auch in die Höhe. Dabei werden für jeden einzelnen Gitterpunkt alle wichtigen Wetterparameter wie Luftdruck, Wind und Temperaturen für viele verschiedene Höhen in festen Zeitschritten berechnet.

Die Maschenweite der Globalmodelle reicht von etwa 9 bis 50 Kilometer und ist damit recht grob. Damit werden kleinräumige Prozesse und die Topographie nicht ausreichend erfasst. Bei den lokalen Modellen liegen die Gitterpunkte dagegen nur 1 bis 10 Kilometer auseinander, so dass die Auflösung deutlich besser ist. Dies erfordert jedoch eine enorme Rechenleistung und ist somit nur für eine kleine Region geeignet.

Im Gegensatz zu Wetter-Apps ziehen Meteorolog*innen möglichst viele Wettermodelle hinzu. Dabei gilt, dass bei einer guten Übereinstimmung verschiedener Modelle von einer hohen Eintrittswahrscheinlichkeit auszugehen ist. Zudem lassen sie ihre Erfahrung einfließen und wissen, welches Wettermodell bei welcher Wetterlage die besten Ergebnisse liefert. Im folgenden werden die bekanntesten Globalmodelle kurz vorgestellt:

ECMWF

ECMWF steht für das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage ("European Centre for Medium-Range Weather Forecasts") und erstellt für die kommenden 15 Tage numerische Wettervorhersagen für Deutschland und Europa und wird von 22 europäischen Mitgliedsstaaten mitgetragen. Dabei bietet das ECMWF weltweit anerkannt die zuverlässigsten Wetterprognosen. Es wird auch von daswetter.com verwendet, wo alle Karten für jeden frei zur Verfügung stehen.

GFS

GFS steht für "Global Forecast System" und ist das Globalmodell des US - Wetterdienstes. Es ist für jeden kostenlos zugänglich, weshalb es auch von vielen Wetter-Apps verwendet wird. Allerdings ist seine Auflösung mit 28 Kilometern sehr grob und Täler und Berge werden dadurch nur unzureichend berücksichtigt. Warum das für die Ortsvorhersage problematisch sein kann, werde ich in einem späteren Bericht zu Wetter-Apps detaillierter erläutern.

ICON

Der Deutsche Wetterdienst (DWD) betreibt aktuell das Globalmodell ICON. Die horizontale Maschenweite beträgt 13 Kilometer, die vertikal in 90 Schichten betrachtet werden. Damit gehört der DWD zu den vierzehn Wetterdiensten weltweit, die ein eigenes Globalmodell anbieten.