Das aktuelle Wetterthema

Warum nur einen Modelllauf nehmen, wenn man 52 haben kann?

In der Vergangenheit wurde schon mehrfach über das Gebiet der 
mittelfristigen Wettervorhersage geschrieben. So wurde zuletzt am 
06.02.2012 über das EZMW in Reading geschrieben (dazu auf der rechten
Seite unter Thema des Tages auf [mehr] klicken). 

Im heutigen Thema des Tages soll es nun um die vom EZMW zur Verfügung
gestellten Produkte gehen, genauer gesagt um die Ensemblevorhersage. 

Alle 12 Stunden gibt es eine neue Modellrechnung vom EZMW. Wobei 
"eine" nicht das richtige Wort ist. In Wirklichkeit wird ein und 
dasselbe Modell 52 mal gerechnet. Nun kommt sicherlich die Frage, 
warum man so einen "Blödsinn" macht?!

Dazu muss man verstehen, dass eine Wettervorhersage mit großen 
Unsicherheiten behaftet ist. Die Atmosphäre ist nämlich ein 
chaotisches System, bei dem kleinste Änderungen schon eine große 
Wirkung haben können. Man erwähnt in diesem Zusammenhang auch gerne 
den Schmetterlingseffekt und die Frage: "Kann der Flügelschlag eines 
Schmetterlings in Brasilien einen Tornado in Texas auslösen?"

Wenn nun kleinste Änderungen schon große Wirkung haben können, gibt 
es bereits Probleme den aktuellen Zustand der Atmosphäre exakt zu 
erfassen. So gibt es nur eine gewisse Anzahl von Wetterstationen, 
aber selbst auf kurzer Entfernung kann es gravierende Unterschiede 
geben. Während es in einem Ortsteil gewittert, scheint im anderen die
Sonne Oder: In kleinen Talmulden wird es deutlich kälter als auf der 
Bergkuppe. Das sind nur zwei Beispiele von vielen, die zeigen, dass 
es gar nicht möglich ist den Zustand der Atmosphäre so genau zu 
erfassen wie es notwendig wäre. 
Nun könnte man argumentieren, dass es ja auch die Wettersatelliten 
gibt. Es stimmt, dass diese den Zustand der Atmosphäre flächendeckend
erfassen können. Satelliten sind aber sehr weit weg und haben 
entsprechende Messunsicherheiten. Wolken und andere Partikel in der 
Atmosphäre verhindern zudem, dass der Satellit immer bis zum Erdboden
schauen kann. 

Da man diesen Mangel nicht ändern kann, versucht man sich zu helfen, 
indem man das Modell 52 mal rechnet. Dafür variiert man die 
Anfangsbedingungen (also die verwendeten Wettermeldungen) jedes Mal 
ein bisschen. Damit trägt man der Messunsicherheit Rechnung. Mit 
diesen ganz leicht veränderten Bedingungen rechnet man das 
Wettermodell mehrfach und bekommt somit 52 verschiedene Ergebnisse. 
Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einem Ensemble. Zu Beginn
sind die Lösungen meist recht ähnlich. Je weiter man in die Zukunft 
geht, desto größer werden die Unterschiede, bis die Modellergebnisse 
irgendwann völlig verschieden sind.

Erwähnt sei noch, dass es immer einen Hauptlauf gibt, der in einer 
höheren räumlichen Auflösung gerechnet wird. Die anderen 51 Member 
sind etwas schlechter aufgelöst um in einer annehmbaren Zeit 
überhaupt so viele Rechnungen durchführen zu können. Der Hauptlauf 
ist als zunächst erstmal die Grundlage für die Vorhersage. 
Um den Unterschied zwischen der höheren und niedrigeren Auflösung zu 
sehen, wird einer der 51 Rechnungen mit exakt denselben 
Anfangsbedingungen wie der Hauptlauf gerechnet (Kontrolllauf). Bei 
den anderen 50 Membern werden diese Bedingungen dann wie oben 
angesprochen leicht verändert.

Der Kollege, der sich mit der Mittelfrist beschäftigt, nutzt die 
Ensembles bei der Erstellung seiner Prognosen. Angenommen der 
Meteorologe hätte nur eine Modelllösung, dann wüsste er gar nicht, 
wie sicher die Vorhersage ist. Betrachtet er hingegen die 
Zusammenfassung aller Rechnungen, kann er an der Größe der 
Unterschiede erkennen, ob ein vorhergesagtes Ereignis eher sicher 
oder unsicher ist. Auch kann er erkennen, ob die Lösung des 
Hauptlaufes eventuell eine Außenseiterlösung darstellt, weil sie sich
stark von den anderen Lösungen unterscheidet. 

Eine Möglichkeit alle Modellrechnungen auf einmal zu betrachten ist 
die Darstellung in For