Wettermodellierung

Wettermodellierung ist ein Teilgebiet der Meteorologie, das numerische Modelle verwendet, um die zeitliche Entwicklung der Atmosphäre zu simulieren. Ziel ist es, anhand eines aktuellen Zustands Vorhersagen über Wind, Temperatur, Feuchtigkeit, Luftdruck und Niederschlag zu berechnen.

Die Modelle beruhen auf den Gleichungen der Strömungsmechanik und Thermodynamik der Atmosphäre. Sie lösen die primitiven Gleichungen, die Erhaltung von Masse, Impuls und Energie berücksichtigen, ergänzt um Prozesse wie Feuchtigkeit, Kondensation, Strahlung und Wolkenbildung. Da viele räumliche Skalen nicht direkt aufgelöst werden können, kommen Subgrid-Scale-Parametrisierungen für Konvektion, Turbulenz, Wolkenbildung und Strahlung zum Einsatz.

Numerisch umgesetzt werden globale und regionale Modelle. Globale Modelle verwenden Gitter- oder halbspektrale Methoden; Beispiele sind ECMWF und GFS. Regionale Modelle wie WRF oder COSMO arbeiten auf feinerer Auflösung in nestenden Domänen. Die Anfangs- und Randbedingungen stammen aus Beobachtungsdaten, die durch Datenassimilation in den Anfangszustand überführt werden (3D-/4D-Var, Ensemble-Kalman-Filter).

Die Vorhersagen reichen je nach Modell von wenigen Stunden bis etwa 10 Tagen; mit zunehmender Vorhersagedauer wächst die Unsicherheit. Ensemble-Methoden und probabilistische Forecasts helfen, diese Unsicherheit zu quantifizieren. Zur Bewertung werden Kennzahlen wie Bias, RMSE und verifizierte Niederschlagskriterien verwendet. Die Wettermodellierung ist stark abhängig von der verfügbaren Rechenleistung und der Qualität der Beobachtungsdaten.