Unter Nowcasting versteht man eine räumlich und zeitlich hochaufgelöste Vorhersage der Wetterentwicklung der nächsten Minuten bis maximal 6 Stunden. MeteoSchweiz setzt diese Kurzfristvorhersagen unter anderem dafür ein, um Gewitter, Hagel oder Starkregen vorherzusagen. Dies macht Nowcasting unerlässlich für den Bevölkerungsschutz.
Kurzfristvorhersagen können für beliebige meteorologische Parameter wie Temperatur, Sonnenschein oder Niederschlag generiert werden. Das Hauptinteresse von Nowcasting liegt aber in der Vorhersage und von Warnung vor Phänomenen mit besonderer praktischer Bedeutung wie heftige Gewitter, Starkregen, Hagel, Schnee oder auch Wind und Nebel. Die zu diesem Zweck entwickelten Systeme kombinieren alle verfügbaren Informationen in Echtzeit, um zum Beispiel möglichst präzise die Regenmenge in einem Flusseinzugsgebiet für die nächsten Stunden vorherzusagen. Die Basis solcher Kurzfristvorhersagen sind Messungen und Modelldaten. Eine besondere Rolle spielen die Messdaten des Wetterradarnetzes und der meteorologischen Satelliten.
MeteoSchweiz setzt Nowcasting für ganz unterschiedliche Zwecke ein. Viele davon dienen zur frühzeitigen Erkennung von Gefahren wie Gewitter oder Starkregen.
| Name | Zweck | Datenbasis |
|---|---|---|
| TRT | Gewitterwarnung, Gewitterkern- und Hagelvorhersage | Radar, Blitzmessungen, ICON |
| CombiPrecip | flächendeckende hochaufgelöste Niederschlagsmessung | Verschmelzung von Radar und Regenmesser |
| NowPrecip | Extrapolation von Niederschlagsfronten und -zellen | Radar, CombiPrecip, Orografie, ICON |
| NowPAL | Warnung vor Starkregenzellen | Radar, CombiPrecip |
| COALITION | Gewitterentwicklung | Satelliten, Radar, Blitzmessungen, ICON, Orografie (vertikale Struktur der Oberfläche) |
| INCA | Temperatur, Wind, Regen, und andere | ICON, SwissMetNet, Radar, CombiPrecip, NowPrecip |
| NWC/SAF | Wolken und Gewitter | Satelliten, ICON |
| Hydrometeor | Identifikation von Hagel, Graupel, Schnee, Eis, Niesel und Regentropfen | Polarimetrische Radarmessungen, ICON |
| POH, MESHS | Hagelwahrscheinlichkeit und Hagelgrösse | Radar, ICON |
| Energie | Nowcasting für erneuerbare Energien | Strahlungsmessungen am Boden, Satelliten |
| REAL | probabilistische Niederschlagsmessung mittels Ensemble | Radar, Regenmesser |
| NORA | Starkregen in den Alpen | Radar, SwissMetNet, Radiosonde |
Während des Sommerhalbjahres kommt es regelmässig zu starken Gewittern. Diese können insbesondere in alpinen und voralpinen Regionen zu lokalen Sturzfluten und Erdrutschen führen. In der Nähe der Gewitter können auch starke Windböen und bis zu mehrere Zentimeter grosse Hagelkörner auftreten. Gewitter gefährden Mensch und Tier, verursachen jedes Jahr beträchtliche Schäden an Autos, Gebäuden und in der Landwirtschaft und behindern den Verkehr auf Strassen, Schienen und in der Luft. Damit die zuständigen Behörden, Veranstaltungsorganisatoren oder Privatpersonen rechtzeitig Schutzmassnahmen einleiten können, sind aktuelle Wetterinformationen und Vorhersagen für die unmittelbar folgenden Stunden unabdingbar. Nowcasting ist deshalb einer der Grundpfeiler des Bevölkerungsschutzes.
Die mit Nowcasting erstellten Wetterwarnungen werden von MeteoSchweiz veröffentlicht, auch per E-Mail oder mittels App auf das Smartphone. Über aktuelle Gefahren informiert zudem das Naturgefahrenportal des Bundes.
Numerische Wettermodelle wie das von MeteoSchweiz eingesetzte ICON berechnen regionale Wettervorhersagen für die nächsten Tage. Daraus kann auch die Wahrscheinlichkeit von Gewittern abgeschätzt werden. Allerdings können Wettermodelle den genauen Ort und Zeitpunkt des Auftretens von Starkniederschlags-, Hagel- und Gewitterzellen nur beschränkt vorhersagen. Dies liegt im Wesentlichen daran, dass den Wettermodellen die Temperatur- und Feuchtigkeitsverteilung sowie der Zustand der Wolken zum Start der Wettervorhersage nicht ausreichend genau bekannt sind, um eine auf einige Kilometer und Minuten genaue Vorhersage zu berechnen.
Bei Nowcasting-Systemen, wie sie von MeteoSchweiz entwickelt werden, lassen sich zum Beispiel Position und Stärke von Gewittern, Starkregen- und Hagelzellen für die nächsten sechs Stunden vorhersagen. Dazu werden Radar- und Satelliten- und Blitzmessungen in Echtzeit mit Modelldaten kombiniert, um möglichst detaillierte und präzise Aussagen zur Entwicklung und Laufbahn von Gewitterzellen zu machen. Erste Nowcasting-Systeme beschränkten sich auf die Verwendung von Wetterradardaten. Die neue Generation bezieht weitere Beobachtungen ein, um die Vorhersage weiter zu verbessern. Neben den Radarmessungen sind dies Satelliten-, Blitz- und Stationsmessungen sowie Vorhersagen des Wettermodells ICON. Algorithmen, die viele Informationsquellen verschmelzen, werden Expertensysteme genannt. Damit lassen sich die Eigenschaften und die Zugbahn der Gewitterzellen im Lauf der Zeit verfolgen. Anhand der Veränderung der Gewitterzelle kann das Potential für Gefahren innerhalb der nächsten Stunden abgeschätzt werden.
Die von der MeteoSchweiz entwickelten Experten-Systeme TRT und COALITION werden seit einigen Jahren operationell verwendet. Von diesen Systemen erhalten die Prognostiker Informationen über die aktuelle und zukünftige Entwicklung der Gewitter und können somit im Gefahrenfall zeitnah entsprechende Warnungen an alle relevanten öffentliche Institutionen und die Medien weitergeben.
Entscheidend für erfolgreiches Nowcasting ist die schnelle Übermittlung und Verarbeitung von Messdaten verschiedener Beobachtungssysteme. Im Vordergrund stehen dabei Daten von Wettersatelliten, Wetterradar sowie die Signale der Blitzortungsantennen. Die Kombination dieser Systeme ermöglicht es, Wolken, Gewitter-, Starkregen- und Hagelzellen in den unterschiedlichen Phasen der Entstehung optimal zu beobachten. Die Satellitendaten sind besonders nützlich, um die erste Phase der Wolkenbildung zu beobachten, wenn noch kein Niederschlag vorhanden ist. Radardaten geben weitere Informationen über die Wolken, sobald der Niederschlag eingesetzt hat. In der intensivsten Phase des Gewitters können alle drei Systeme zur Charakterisierung des Gewitters verwendet werden.
Zur Beobachtung von Wolken wird der geostationäre Satellit «Meteosat Second Generation» (MSG) verwendet. Dieser Satellit misst im solaren und thermischen Wellenlängenbereich. Unter solarer Strahlung versteht man die Strahlung, die von der Sonne kommt. Der MSG-Satellit kann mit dieser Messung erkennen, wie schnell Wolken dicker werden, ob sie aus Eis oder Wasser bestehen und wie gross die Tröpfchen beziehungsweise Eiskristalle sind. Im thermischen Wellenlängenbereich kann die Temperatur der oberen Wolkenschicht bestimmt werden. Diese nimmt rasch ab, wenn ein Gewitter entsteht. Für Europa stehen diese Daten alle fünf Minuten zur Verfügung und haben eine räumliche Auflösungen von einigen Kilometern.
Das Wetterradar wird zur Erfassung von Niederschlagsgebieten verwendet. RADAR ist eine Abkürzung und steht für Radio Detection And Ranging. Das Radargerät sendet ein elektromagnetisches Signal aus, das von umliegenden Objekten als Echo zurückgestreut wird. Über die Laufzeit des Signals ergibt sich die Entfernung zwischen Radar und Ziel, während die Art des Echos Informationen über die Eigenschaften des detektierten Objekts liefert. So gibt das Wetterradar Auskunft über Geschwindigkeit und Grösse der Niederschlagspartikel und ob es sich um Wassertröpfchen, Graupel, Schnee oder Hagel handelt.
Die Blitzortung funktioniert mithilfe von Antennen, welche die elektromagnetischen Wellen der Blitze empfangen. Die Ermittlung des genauen Einschlagsortes ist ein kombiniertes Verfahren. Mit Triangulation wird der Einschlagsort bestimmt. Dies basiert auf der Messung des gleichen Blitzes an verschiedenen Antennen. Ausserdem erfasst jede Antenne die genaue Zeit des Eintreffens der elektromagnetischen Welle. Durch den Vergleich dieser Zeiten können die Koordinaten des Blitzes berechnet werden. Der Ort des Einschlags kann im Normalfall auf rund 1 Kilometer genau angegeben werden.