Wettermodelle

Wettermodelle sind mathematische Modelle der Atmosphäre, die auf dem Gebiet der numerischen Wettervorhersage eingesetzt werden. Sie lösen die Gleichungen der Dynamik, Thermodynamik und anderer physikalischer Prozesse auf einem dreidimensionalen Gitternetz und liefern Prognosen der zukünftigen Luftschicht-Temperaturen, Drücke, Windfelder, Feuchte und Niederschlag. Die Modelle verwenden als Anfangszustand möglichst genaue aktuelle Beobachtungen der Atmosphäre.

Um aus riesigen Beobachtungsdaten robuste Startbedingungen zu erzeugen, kommt Datenassimilation zum Einsatz. Dabei werden Messungen aus Satelliten, Wetterstationen, Radiosonden oder Radars-Systemen mit dem Modellwissen kombiniert, um den Zustand der Atmosphäre zum aktuellen Zeitpunkt bestmöglich abzubilden. Dieser Startzustand wird dann schrittweise zeitlich fortgeschrieben.

Es gibt globale und regionale Modelle. Globale Modelle arbeiten mit globalem Gitternetz und liefern Vorhersagen über Kontinente und Ozeane hinweg; bekannte Beispiele sind das ECMWF-IFS, das NOAA-GFS und andere. Regionale Modelle wie WRF, COSMO oder ICON konfigurieren engere Gitterabstände, um lokale Phänomene wie Gewitter oder Bergwind besser abzubilden.

Die Modelle unterscheiden sich durch horizontale und vertikale Auflösung, physikalische Parameterisierungen (Wolken, Strahlung, Konvektion) sowie numerische Schemata. Typische Prognosezeiträume reichen von wenigen Stunden bis zu mehreren Tagen; längere Vorhersagen sind mit zunehmender Unsicherheit verbunden.

Um Unsicherheit zu quantifizieren, werden Ensembles durchgeführt, bei denen mehrere Modellläufe mit leicht abgeänderten Startbedingungen oder Modellparametern erstellt werden. Ensembleprognosen liefern Wahrscheinlichkeiten für verschiedene Wetterereignisse und unterstützen Anwendungen in Wetterwarnungen, Luftfahrt, Landwirtschaft und Energie.