MeteoSchweiz

Das Wettervorhersagemodell COSMO

MeteoSchweiz nutzt und verbessert das numerische Wetterprognosemodell COSMO für die Produktion von lokalen und regionalen Vorhersageprodukten in der topographisch anspruchsvollen Region der Alpen.

 

Im COSMO-Modell wird der zukünftige Zustand der Atmosphäre detailliert berechnet, vom Boden bis in die untere Stratosphäre. Die Berechnungen beinhalten zudem auch die Entwicklung der Schneedecke, der Seetemperaturen und der Bodeneigenschaften. COSMO-7 Produkte werden bis zu drei Tage im Voraus erstellt und decken Mittel- und West-Europa ab. COSMO-2 liefert Vorhersagen über den Alpen in höherer räumlicher Auflösung und bis zu 33 Stunden im Voraus. Bild 1 zeigt die Modellkette der MeteoSchweiz: Das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF) liefert eine globale Vorhersage, die zur Initialisierung des regionalen COSMO-7 genutzt wird. Dieses wiederum stellt die Anfangsbedingungen für COSMO-2 bereit.

 

COSMO Vorhersage System

Bild 1: Die drei ineinander gebetteten numerischen Wettervorhersagemodelle des COSMO Systems.

Die Produkte von COSMO-7 und COSMO-2 unterstützen die Meteorologen und andere Nutzer bei der täglichen Vorhersage und leisten so einen wesentlichen Beitrag zur Sicherheit der Schweizer Bevölkerung. Insbesondere geschieht dies durch die Bereitstellung von Warnprodukten im Falle von gefährlichen Ereignissen wie beispielsweise Überschwemmungen oder der Freisetzung radioaktiver Substanzen durch Kernkraftwerke. Das COSMO Vorhersage-System wird permanent überwacht, eine Grundvoraussetzung für Vorhersagen hoher Qualität.

 

Was ist ein numerisches Wettervorhersagemodell?

Ein numerisches Wettervorhersagemodell beschreibt Prozesse, die in der Atmosphäre und an der Erdoberfläche stattfinden. Es basiert auf physikalischen Gesetzen (z.B. Energieerhaltung, Phasenübergänge, Strahlungsprozesse). Mit der Übergabe passender Anfangs- und Randfelder kann der zukünftige Zustand der Atmosphäre rechnerisch ermittelt werden. Auf diese Weise können viele atmosphärische Prozesse auf zeitlich und räumlich unterschiedlichen Skalen beschrieben werden (z.B. Entwicklung eines Tiefdruckgebietes, Schneefall, Föhn, Konvektion). Die Berechnungen erfolgen auf einem 3-dimensionalen Gitter. Die vertikalen Abstände zwischen den Gitterpunkten sind in geringeren Höhen kleiner, um bodennahe Phänome besser beschreiben zu können.

 

Passende Initial- und Randfelder, um ein Modell zu starten, erhält man durch eine Kombination von Beobachtungsdaten, vorangegangenen Modellläufen und klimatologischen Informationen. Die Einbindung dieser Daten in den aktuellen Modelllauf nennt man Assimilation. Während eines typischerweise 24 Stunden dauernden Assimilationszyklus verarbeitet COSMO-7 Informationen von

 

  • ca. 120 Radiosondierungen,
  • ca. 8000 Flugzeugbeobachtungen,
  • ca. 28000 Stationsbeobachtungen und
  • ca. 1000 Wind-Profiler-Messungen.

 

COSMO-2 verarbeitet zusätzlich Informationen aus dem Regen-Radar, um konvektive Prozesse besser darstellen zu können.

 

Die Prognose mittels numerischer Wettervorhersagemodelle stellt hohe Anforderungen an die Rechenleistung. Typischerweise sind für eine 24 Stunden Prognose des COSMO-2 Modells über 250 Billionen mathematische Operationen notwendig. Diese müssen innerhalb von 20 Minuten verarbeitet werden. Aus diesem Grund ist das COSMO System aus drei Vorhersagesystemen zusammengesetzt. Ein globales Modell, welches die gesamte Atmosphäre simuliert, jedoch nur mit mittlerer Genauigkeit. Darin eingebettet befinden sich zwei regionale Modelle mit jeweils gesteigerter Genauigkeit (Auflösung). Es ist unter anderem auch die stetige Entwicklung schneller Supercomputer in den letzten 20 Jahren, die eine ständig wachsende Genauigkeit numerischer Wettersimulationen ermöglicht.

 

Vergleich COSMO-7 mit COSMO-2

Bild 2: Vorteil der höheren Auflösung in komplexem Terrain. Simulation des Windes 30m über dem Boden in km/h im Kanton Waadt mit COSMO-7 (rechts) und COSMO-2 (links).

Erfolgreiche Zusammenarbeit des Konsortiums

COSMO wird in internationaler Zusammenarbeit weiterentwickelt. Die nationalen Wetterdienste von Deutschland, Griechenland, Italien, Polen, Rumänien, Russland und der Schweiz arbeiten im Rahmen des Consortium for Small-Scale Modelling (COSMO) eng zusammen. Dieses Konsortium wurde im Oktober 1998 gegründet mit dem Ziel des Erhaltens und der Verbesserung eines nicht-hydrostatischen, regionalen, atmosphärischen Modells, welches operationell und für Forschungszwecke genutzt werden soll.

 

Forschung (englisch)

Vorhersagen

Aktuelle COSMO-2 und COSMO-7 Vorhersage-Produkte für heute und morgen...Vorhersagen

Probabilistische Vorhersagen

Wahrscheinlichkeitsvorhersagen basierend auf COSMO-LEPSProbabilistische Vorhersagen
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