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Was passiert alles von dem Moment der Messung der Temperatur bis zur Wetterprognose und den Klimamodellen? Wir nehmen Sie bei allen Schritten mit.
Von der Messung zu Modellvorhersage
Die Datenassimilation ist die Grundlage für die Modellvorhersage. Dabei wird der Zustand der Atmosphäre (dazu gehören auch die Luftmassen in Bodennähe) in Echtzeit beobachtet und beurteilt. Echtzeit Beobachtungen werden mit vorangegangenen Modellzustandsvorhersagen kombiniert, um eine bestmögliche Schätzung des aktuellen Zustands der Atmosphäre zu erbringen. Diese Schätzung stellt den Anfangszustand für die Vorhersage dar. Eine Modellvorhersage kann nur zuverlässig sein, wenn der Anfangszustand möglichst zutreffend bestimmt ist. Grosse Fehler in der Schätzung führen entsprechend zu ungenauen Vorhersagen. Die Datenassimilation generiert einen Anfangszustand auf dem Modellgitter, der benutzt wird, um das Vorhersagemodell zu initialisieren und eine Prognose ausgehend davon zu berechnen.
Der Datenassimilationszyklus
Bei MeteoSchweiz läuft dieser Datenassimilationszyklus stündlich. Das heisst, jede Stunde wird eine einstündige Modellzustandsvorhersage berechnet. Korrigiert werden die Berechnungen mit Hilfe von Beobachtungen aus dem SwissMetNet, von Partnerstationen, Radiosondierungen, Windradaren und -lidaren sowie Flugzeugmessungen. Die Korrekturen sollen dazu beitragen, eine bestmögliche Schätzung des Atomsphärenzustands zu bekommen. Von diesem neuen Zustand wird nun wieder eine einstündige Vorhersage berechnet, die dann wieder korrigiert wird, und so weiter.
Womit macht MeteoSchweiz die Datenassimilation?
Mit dem KENDA-System (Kilometer Scale Ensemble Data Assimilation). Das System umfasst die Vorhersagen im Datenassimilationszyklus, das Bereitstellen der Beobachtungen und den eigentlichen Assimilationsprozess mit dem LETKF. Der Local Ensemble Transform Kalman Filter, kurz LETKF, gewichtet Beobachtungen und Modellzustände mit den jeweiligen Unsicherheiten, um eine bestmögliche Schätzung des aktuellen atmosphärischen Zustands zu erzeugen. Zudem stellt der LETKF eine Schar leicht abweichender Analysen bereit, welche die Unsicherheit der Zustandsschätzung repräsentieren.
Wozu werden Unsicherheiten berechnet?
Die Unsicherheit wird durch leicht abweichende Zustände dargestellt, wobei KENDA 40 Anfangszustände berechnet. Die Prognosen der ICON-Modelle werden dann mit diesen Anfangszuständen initialisiert. ICON-CH1-EPS (mit einer horizontalen Maschenweite von 1 km) berechnet alle drei Stunden die Entwicklung des Wetters für den Zeitraum von bis zu 33 Stunden. ICON-CH2-EPS (mit einer horizontalen Maschenweite von 2.1 km) berechnet viermal täglich eine Vorhersage für den Zeitraum von fünf Tagen. Die Unsicherheit, die von KENDA geschätzt wird, fliesst also in beide ICON-Modelle ein.
Nebst den von KENDA geschätzten Realisierungen bekommen die Vorhersagen auch leicht unterschiedliche Randbedingungen. Die Randbedingungen, also die wetterrelevanten Informationen ausserhalb des Modellgebiets, erhalten die beiden Ensemblesysteme vom globalen Ensemblesystem Integrated Forecasting System (IFS), dem globalen numerischen Wettervorhersagemodell des Europäischen Zentrums für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF).
All das führt zu leicht unterschiedlichen Vorhersagen in jeder Realisierung von ICON-CH1-EPS und ICON-CH2-EPS. Denn trotz vieler Fortschritte über das Verständnis der physikalisch-chemischen Prozesse in der Atmosphäre und der räumlichen Auflösung der Prognosemodelle sind die Wetterprognosen noch immer mit Unsicherheiten behaftet. MeteoSchweiz quantifiziert eben diese Unsicherheiten und berechnet verschiedene Szenarien, um die Wahrscheinlichkeit von Prognosen in die Vorhersage einzubauen.
