Wettervorhersage

10. Übung: Wettervorhersage
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• Wetterbesprechung: Donnerstag, 12.01.2012, 14:00 MEZ
Listen
• Anwesenheitsliste
 Wettervorhersage
 Bsp. zur Wettervorhersage
 Besprechung der Analyse der Wetterlage vom 09.-12.01.2006
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
• Wettervorhersage
Die Vorhersage des Wetters ist für viele Bereiche notwendig (z. B.
Verkehr, Landwirtschaft, Tourismus,...).
Die Atmosphäre stellt ein hydrodynamisches System dar, welches in
physikalische Gleichungen gefasst werden kann. Mit sog. partielle
Differenzialgleichungen kann der Zustand der Atmosphäre
beschrieben werden. Für eine exakte Wettervorhersage ist die Kenntnis
über den genauen Anfangszustand notwendig als auch die Lösungen
der Differenzialgleichungen. Ungenauigkeiten in der Vorhersage treten
auf, da der Zustand der Atmosphäre nicht genau feststellbar ist. Der
sog. „Schmetterlingseffekt“ beschriebt, dass kleine Unterschiede im
Anfangszustand zu einem späteren Zeitpunkt große Unterschiede in der
Vorhersage verursachen. Des Weiteren können die notwendigen
Lösungen der Gleichungen nur mit numerischen Näherungsverfahren und mit Hilfe von Parametrisierungen gelöst werden kann.
100 %-ig sicher ist eine Wettervorhersage deshalb nie und deren
Zuverlässigkeit verliert sich je nach Wetterlage und gestellten
Anforderungen bereits nach wenigen Tagen.
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
• Prognosemodelle
 ECMWF: „European Center for Medium-Range Weather Forecasts“
 GFS:
„Global Forecast System“ des amerikanischen Wetterdienstes
 GME:
Globalmodell des Deutschen Wetterdiensts (DWD)
 LM:
Lokalmodell des DWD
 UKMO:
„United Kindom Model“ des UK MetOffice
 JMA:
Globalmodell der „Japan Meteorological Agency“
 GEM:
Globalmodell des kanadischen Wetterdienstes
 NOGAPS: „Navy Operational Global Atmospheric Prediction System“
des amerikanischen "Fleet Numerical Meteorology and
Oceanography Center"
• Wettervorhersage im Internet
 www.wetteronline.de
 www.wetterzentrale.de
 www.wetter3.de
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
• Entwicklung der Vorhersagegüte
500 hPa: Anomalie-Korrelation der Vorhersage des Geopotenzials
Tag 3
Tag 5
Nordhemisphäre
Südhemisphäre
Tag 7
Tag 10
Jahr
Quelle: http://www.nap.edu/openbook.php?record_id=12878&page=23 basierend auf Simmons, A. J.
und A. Hollingsworth, 2002: Some aspects of the improvement in skill of. numerical weather prediction.
Q. J. Roy. Meteor. Soc., 128, 647-677.
• verbesserte Wettervorhersage seit 1980
• häufige und bessere Assimilation von Satellitenbeobachtungen
 deutliche Steigerung der Genauigkeit in Südhemisphäre
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
• Vorhersagekarten (36 h Vorhersage für 29.04.2006 12 UTC)
500 hPa
850 hPA
Boden
Boden
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
• Ensemble-Prognosen
Mit Hilfe von sog. Ensemble-Prognosen ist eine Abschätzung der
Vorhersagegüte möglich.
Die Wettervorhersage ist stark vom Anfangszustand abhängig, der nicht
exakt bekannt ist. Deshalb werden mehrere Simulationen des
Wettergeschehens mit unterschiedlichen Anfangsbedingungen
gestartet. Die Anfangsbedingungen werden dabei vor allem in den
Regionen verändert in denen Luftmassen ihren Ursprung haben bzw.
in denen atmosphärische Wellen zu wachsen beginnen. Des Weiteren
wird die Auflösung der Modellsimulationen variiert, um deren Einfluss
auf die Prognose abzuschätzen.
Das Ergebnis der vielen Modellläufe ist ein Satz von Vorhersagen (ein
sog. Ensemble), welche sich mehr oder weniger deutlich von einander
unterscheiden. Zeigen die unterschiedlichen Modellläufe zu bestimmten
Zeitpunkten gleiche Atmosphärenzustände, dann ist die Vorhersage
recht sicher. Große Abweichungen signalisieren jedoch, dass eine
Vorhersage nicht möglich ist. Aus dem zeitlichen Verlauf kann
festgestellt werden ab wann eine Vorhersage unsicher wird.
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
• GFS-„Spaghetti“-Plots
In den sog. „Spaghetti“-Plots werden ausgewählte Isohypsen (im
Bsp. 516, 552 und 576 gpdam in 500 hPa) mehrerer Ensembleläufe
gleichzeitig dargestellt. Erzeugen die verschiedenen Läufe in etwa
eine gleiche Vorhersage, dann liegen die gleichen Isohypsen nahe
zusammen. In diesem Fall kann der Prognose vertraut werden.
24 h Vorhersage für 29.04.2006 06 UTC
168 h Vorhersage für 05.05.2006 06 UTC
Quelle: Wetterzentrale
Quelle: Wetterzentrale
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
• Ensemble-Prognosen des ECMWF
Lauf
Auflösung
Anfangsbedingungen
deterministischer Lauf T 799
unverändert
Kontrolllauf
T 399
unverändert
Ensembleläufe (50)
T 399
verändert
Bemerkung: In atmosphärischen Modellen werden meteorologische Variablen
durch Kugelflächenfunktionen dargestellt. Die Kugelflächenfunktionen
werden wiederum mittels Fourierreihen angenähert, wobei ab einem
bestimmten Fourierkoeffizienten abgebrochen (Engl.: „truncation (T)“) wird.
Maximaler Wert aller Ensemblewerte
90 % der Ensemblewerte
25 % der Ensemblewerte
Median
25 % der Ensemblewerte
10 % der Ensemblewerte
Minimaler Wert
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
• Box-Whisker-Plot
highest value
upper quartile = third quartile = 75th percentile
median
(median quartile = second quartile = 50th percentile)
lower quartile = first quartile = 25th percentile
lowest value
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
• Ensemble-Prognosen des ECMWF
Globales meso-skaliges ECMWF-Modell (Stand 2006):

L799L91 (deterministischer Lauf)

T399L62 (51 Ensemble-Läufe; 50 Läufe mit gestörten
Anfangsbedingungen und 1 Lauf ohne Störung)
Ensemble Prognosen mit variabler Auflösung (Stand 2006/2007):

ab Tag 10: T255L62 bis zum Tag 15

wöchentlich: Monats-Ensemble-Vorhersagen
(ab Tag 10: Kopplung mit Ozean)
Untch, A., M. Miller, M. Hortal, R. Buizza und P. Janssen, 2006: Towards a global mesoscale model: The high-resolution system TL799L91 and TL399L62 EPS. ECMWF Newsletter,
108, 6-13.
Buizza, R., J.-R. Bidlot, N. Wedi, M. Fuentes, M. Hamrud, G. Holt, T. Palmer und F.
Vitart, 2006: The ECMWF Variable Resolution Ensemble Prediction System (VAREPS).
ECMWF Newsletter, 108, 14-20.
http://www.ecmwf.int/products/data/operational_system/evolution/evolution_2010.html
I
www.ecmwf.int/publications/newsletters/pdf/108.pdf
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
• ECMWF Ensemble-Prognose: Bonn vom 26.04.2006 00 UTC
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
• DWD-Meteogramm: Essen
Winde
Temperatur in 2 m
Temperatur in 850 hPa
Temperatur in 500 hPa + 10°C
Bedeckung
Wolken
signifikantes Wetter
Druck
Niederschlag
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
• Analyse der Wetterlage
a) Beschreibe mit Hilfe der 300
und 500 hPa Karte sowie der
Bodenanalyse die generelle
Wetterlage, ist sie zonal oder
meridional geprägt (Begründung!)?
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
• Analyse der Wetterlage
b) Wo befinden sich lange
und kurze Rossby-Wellen? In
welche Richtung verlagern
sich diese voraussichtlich?
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
• Analyse der Wetterlage
c) Wo erstreckt sich in etwa die
Polarfront (Begründung!)?
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
• Analyse der Wetterlage
d) Hat sich kalte Luft von der
Höhenströmung abgelöst?
Handelt es sich dabei um einen
Kaltlufttropfen oder Cut-Off
(Begründung!)?
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
• Analyse der Wetterlage
e) Wo befinden sich
Tief(Hoch)druckgebiete? Wie
sind Tief(Hoch)druckgebiete im
Vergleich zur Höhenkarte
lokalisiert?
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
• Analyse der Wetterlage
f) Wo befinden sich Fronten,
Konvergenzlinien?
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
•60 h Vorhersage: 500 & 700 hPa
a) Wo über Europa entstehen möglicherweise Schauer und Gewitter? Wo
ist die Wetterlage stabil (Begründung!)?
b) Ist über Deutschland mit Niederschlag zu rechnen (Begründung!)?
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
•60 h Vorhersage: 500 & 850 hPa
Welche Temperatur ist über Madrid in 850 hPa und 500 hPa zu erwarten?
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
•60 h Vorhersage: Meteogramm
d) Welche Temperatur tritt am Gitterpunkt Essen voraussichtlich in 2 m,
850 hPa und 500 hPa auf?
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
•60 h Vorhersage: 500 hPa „Spaghetti“-Plot
e) In welchen Regionen ist die Vorhersage für das Geopotenzial in
500 hPa sicher, wo ist sie weniger sicher?
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
f) Bis zu welchem
Zeitpunkt kann laut der
ECMWF-EnsembleVorhersage am
Gitterpunkt Bonn die
Temperatur, die
Wolkenbedeckung und
der Niederschlag relativ
zuverlässig
vorhergesagt werden
(Begründung!)?
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
Übungsaufgaben:
• zu bearbeiten bis Donnerstag, den 12.01.2012
 60 h Vorhersage der aktuellen Wetterlage
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
• Wetterbeobachtungen: Lindenberg 08.-11.01.2006
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
• Radiosondenaufstieg: Lindenberg 09.01.2006 12 UTC
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008
• Wetterbeobachtungen: Thorshavn 09.-12.01.2006
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2007/2008