10. Übung: Wettervorhersage

A. H. Fink, V. Ermert METSYN: Übung Synoptik WS 2007/2008

10. Übung: Wettervorhersage

Nächste Veranstaltung:

• Wetterbesprechung: Donnerstag, 12.01.2012, 14:00 MEZ

Listen

• Anwesenheitsliste

Wettervorhersage

Bsp. zur Wettervorhersage

Besprechung der Analyse der Wetterlage vom 09.-12.01.2006


• 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 Näherungs-verfahren 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.


• 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


• Entwicklung der Vorhersagegüte

Jahr

Tag 3

Tag 5

Tag 7

Südhemisphäre

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

500 hPa: Anomalie-Korrelation der Vorhersage des Geopotenzials

Nordhemisphäre

Tag 10


500 hPa

Boden Boden

850 hPA

• Vorhersagekarten (36 h Vorhersage für 29.04.2006 12 UTC)


• 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.


• 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

Quelle: Wetterzentrale

576

552

516

168 h Vorhersage für 05.05.2006 06 UTC

Quelle: Wetterzentrale

576

552

516


• Ensemble-Prognosen des ECMWF

Lauf Auflösung Anfangsbedingungen

deterministischer Lauf

T 799 unverändert

Kontrolllauf T 399 unverändert

Ensembleläufe (50) T 399 verändert

Maximaler Wert aller Ensemblewerte

Minimaler Wert

25 % der Ensemblewerte

25 % der EnsemblewerteMedian

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.




• Box-Whisker-Plot

highest value

upper quartile = third quartile = 75th percentile

lower quartile = first quartile = 25th percentile

median (median quartile = second quartile = 50th percentile)

lowest value


I www.ecmwf.int/publications/newsletters/pdf/108.pdf

• Ensemble-Prognosen des ECMWF

Untch, A., M. Miller, M. Hortal, R. Buizza und P. Janssen, 2006: Towards a global meso-scale 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

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)


• ECMWF Ensemble-Prognose: Bonn vom 26.04.2006 00 UTC


• DWD-Meteogramm: Essen

Temperatur in 2 m

Temperatur in 850 hPa

Temperatur in 500 hPa + 10°C

Bedeckung

Wolkensignifikantes Wetter

Druck

Niederschlag

Winde


• 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!)?


b) Wo befinden sich lange und kurze Rossby-Wellen? In welche Richtung verlagern sich diese voraussichtlich?



c) Wo erstreckt sich in etwa die Polarfront (Begründung!)?



d) Hat sich kalte Luft von der Höhenströmung abgelöst? Handelt es sich dabei um einen Kaltlufttropfen oder Cut-Off (Begründung!)?



e) Wo befinden sich Tief(Hoch)druckgebiete? Wie sind Tief(Hoch)druckgebiete im Vergleich zur Höhenkarte lokalisiert?



f) Wo befinden sich Fronten, Konvergenzlinien?



•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!)?


•60 h Vorhersage: 500 & 850 hPa

Welche Temperatur ist über Madrid in 850 hPa und 500 hPa zu erwarten?


•60 h Vorhersage: Meteogramm

d) Welche Temperatur tritt am Gitterpunkt Essen voraussichtlich in 2 m, 850 hPa und 500 hPa auf?


•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?


f) Bis zu welchem Zeitpunkt kann laut der ECMWF-Ensemble-Vorhersage am Gitterpunkt Bonn die Temperatur, die Wolkenbedeckung und der Niederschlag relativ zuverlässig vorhergesagt werden (Begründung!)?


Übungsaufgaben:

• zu bearbeiten bis Donnerstag, den 12.01.2012

60 h Vorhersage der aktuellen Wetterlage


• Wetterbeobachtungen: Lindenberg 08.-11.01.2006


• Radiosondenaufstieg: Lindenberg 09.01.2006 12 UTC


• Wetterbeobachtungen: Thorshavn 09.-12.01.2006

10. Übung: Wettervorhersage

Documents

Transcript of 10. Übung: Wettervorhersage