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Europa sucht den Supercomputer!

Extreme Wetterereignisse wie Stürme, Starkregen oder Hitzewellen langfristig vorhersagen, das soll durch Supercomputer und neue Satelliten in den nächsten zehn Jahren möglich werden. Europas oberste Meteorologin war dieser Tage zu Besuch in Wien, um die neue Strategie zu präsentieren, mit der auch Prognosen für Österreich noch genauer werden sollen.

So lautet der heutige Teaser für den Kurzbeitrag im Ö1-Mittagjournal (gehört am 27. Oktober 2016, 12.00).

Sturmtiefs sollen künftig zehn Tage im Voraus bekannt sein. Hochwasserlagen eine Woche im Voraus. Artikel dazu im Kurier (abgerufen am 27.10.16, 12.45)

Dazu soll die Gitterweite des Vorhersagesystems von derzeit 18 auf fünf Kilometer verkleinert werden

schreibt DerStandard (abgerufen am 27.10.16, 12.49), was unrichtig ist, denn aktuell beträgt die Gitterweite bereits 9 km (davor 16).

Wenn man andere Quellen hinzuzieht, zeigt sich, dass die Pressemitteilung nicht richtig gelesen wurde, denn soll nicht das Vorhersagesystem eine bessere Auflösung erhalten, sondern das Ensemble-Vorhersage-System.

Die weltweite so genannte Ensemble-Prognosen-Auflösung soll dafür um mehr als das Dreifache steigen, mit einer Rastergrößen-Verringerung von derzeit 18 auf 5 km

Denn:

„Derzeit haben wir zwei Mal am Tag 52 verschiedene Vorhersagen, und das gibt uns eine größere Zahl an Wahrscheinlichkeiten, wie sich das Wetter entwickeln wird.“ (DerStandard)

Diese 52 Prognosen entstehen, wenn die Ist-Zustände, die ins Modell einfließen („initial conditions“) geringfügig verändert werden. Bisher wurden sie auch mit einer geringeren Gitterpunktsweite gerechnet, das spart Rechenzeit. Immerhin erscheinen diese Ensemble-Prognosen mit Verzögerung nach dem Erscheinen des Hauptlaufs (ohne Veränderung, aber mit der vollen Modellauflösung), und diese Verzögerung kann im operationellen Betrieb hinderlich sein (Vorhersage-Deadlines, kurzfristige Extrementwicklungen).

Früher galten Modelle mit 12 km Gitterweite als Lokalmodelle, EZMWF fungiert also jetzt bereits als Lokalmodell. Das britische Globalmodell UKMO hatte etwa ein Lokalmodell mit 12 km Gitterweite (NAE), das auf 4 km heruntergeschraubt wurde (Euro4).  Das amerikanische GFS-Modell hat zuvor seine Auflösung von 27 auf 13 km verbessert.

Neben den staatlich entwickelten Wettermodellen, von denen es eine Fülle gibt, sind GFS (vor allem in den USA) und EZWMF (vor allem in Europa) derzeit die führenden Wettermodelle („model guidance“). Im Unterschied zu EZMWF sind die Daten von GFS frei zugänglich und daher für private Wetterdienste mit wenig finanziellem Spielraum lukrativ.

EZMWF hat gegenüber GFS einige Vorteile, wobei die höheren Modellauflösung nicht zwingend dazu gehört. Denn es ist keineswegs so, dass sich die Gitterpunktsweite beliebig verringern lässt, immerhin steigt damit auch die erforderliche Rechenkapazität – und was nützt eine perfekte Vorhersage, wenn sie erst zwei Tage nach dem Eintreten des Ist-Zustands verfügbar ist?

Ob es Grenzen der Vorhersagbarkeit des Wetters gebe, „wissen wir nicht“, sagte Rabier. „Je weiter wir in die Zukunft schauen, desto größere Systeme können wir vorhersagen, vielleicht sogar bis zu einem Jahr“

Interpretation

Was derzeit in den Medien kursiert, ist keine Hexerei! Lokalmodelle und Analysemodelle (wie z.B. VERA oder INCA), die speziell für schwierig prognostizierbares Gelände (Alpen) entwickelt wurden, gibt es schon länger. Die Auflösung der Wettermodelle wird weiter verbessert, von allen Wettermodellen.

Ein paar wichtige Einschränkungen, die auch in den Artikeln durchklingen:

  • Eine Verbesserung der Prognose soll vor allem bei großräumigen Phänomenen wie Hitzewellen, El-Nino oder Hochwasserlagen (wie 2002, 2005, 2013) erreicht werden. Je größer die Systeme, desto leichter sind langfristige Prognosen. Wobei etwa das Alpenhochwasser 2005 damals von GFS von den Regenmengen bereits relativ nahe an der Realität weiter im Voraus erfasst wurde. Seit jeher haben die Modelle jedoch größere Probleme mit sogenannten Vb-Zugbahnen („Adriatief“).
  • Die kleinräumig maximierten Extremniederschläge von Ende Mai bis Mitte Juni 2016 sind dagegen auf ein stationäres Höhentief mit vielen kleinen Nebenwirbeln zurückzuführen, die selbst 1-2 Tage im voraus nur schwer in Intensität und Örtlichkeit vorhergesagt werden können. Weder hier noch bei Gewitterzugbahnen oder gar lokalen Wirbeln wie Tornados sollte man sich große Sprünge in den nächsten Jahren erwarten. Auch lokale Sturzfluten lassen sich höchstens wenige Stunden vorher abschätzen. Im gebirgigen Terrain bleibt dies immer schwieriger als im Flachland.
  • Großräumige Sturmtiefs wie Kyrill (18.1.2007) oder Emma (1.3.2008) waren damals bereits eine Woche im Voraus in Intensität und Zugbahn sehr gut erfasst. In den vergangenen Jahren ist die Frontalzone etwas nach Süden gewandert, wodurch es häufiger zu Shapiro-Keyser-Zyklonen gekommen ist (oben genannte Sturmtiefs sind klassische Norwegerzyklonen). Shapiro-Keyser-Stürme entwickeln manchmal sehr kleinräumige und hochgradig schadensträchtigte Starkwindbänder ohne Niederschlag, sting jets genannt. Spitzenböen bis 190 km/h bei Orkan Christian (28.10.2013) gingen auf einen solchen sting jet zurück. Diese sind wesentlich schwieriger vorherzusagen als die maximalen Windböen bei Norwegerzyklonen, die fast immer in Zusammenhang mit heftigen Schauern oder Gewitterlinien auftreten (ausgenommen Höhenlagen im Warmsektorbereich).
  • Die Automatisierung der Wetterbeobachtung schreitet voran, besonders kritische Übergänge von Regen in Schnee bzw. Regen zu gefrierendem Regen drohen dabei leichter übersehen zu werden, wenn keine händische Überprüfung mehr stattfindet. So hat der Deutsche Wetterdienst in den vergangenen Jahren zahlreiche Wetterbeobachtungen durch Vollautomatische Wetterstationen ersetzt bzw. wurden langjährige Messreihen ganz aufgelassen. (Quelle). Die Güte eines Modells lässt sich aber nur dann nachvollziehen, wenn man ein dichtes Messnetz hat. Interpolation aus verfügbaren Daten, Radarwerten und Berücksichtigung der Topographie können Extremwerte nicht erfassen, sondern höchstens annähern. Es sind aber ebenjene Extremwerte, die zu Schäden führen können.

Was ist realistisch?

Im operationellen Betrieb ist es weder vom Personal noch vom Zeitaufwand her möglich, sich alles anzuschauen, was für eine Vorhersage verfügbar ist. Die Grenzen der Wettervorhersage setzen nicht nur die Wettermodelle, sondern auch die Menge an Wetterdaten, die ein Meteorologe bei der Vorhersageerstellung noch verarbeiten kann. Hochaufgelöste Wettermodelle liefern manchmal hervorragende Trefferquoten, was kleinräumige Ereignisse betrifft, sagen sie an anderen Tagen in der richtigen Stärke an völlig falschen Orten vor oder sagen überhaupt etwas vorher, was nirgends eintrifft. Eine Vollautomatisierung der Wetterprognose (wie z.B. durch Wetter-Apps) ist also nicht möglich – sie mag ausreichend bei Schönwetter sein oder bei durchschnittlichen Wetterereignissen ohne Schadenspotential.

Sobald wir uns jedoch in Größenordnungen bewegen, wo vor allem kleinräumige Ereignisse große Schäden anrichten können, wird die Erfahrung des Meteorologen bedeutsam, der bewerten muss, wie realistisch etwas ist. Hier können vor allem Ensemble-Prognosen, die für kürzere Zeiträume (also 24-48h) gerechnet werden, hilfreich sein.

Selbst wenn es uns künftig gelänge, großräumige Unwetterphänomene wie 2013er Hochwasserlagen oder Kyrill-Stürme noch weiter im Voraus vorherzusagen, wissen wir nicht, ob mit dem Klimawandel nicht die kleinräumigen und damit unberechenbareren Ereignisse noch häufiger werden. Gewisse Schäden sind auch unvermeidlich, denn es lassen sich Ortschaften in Hochwasserrisikogebieten nicht verlegen und auch den Wald kann man nicht mit einer Betonhülle schützen, wenn eine Gewitterlinie mit 200 km/h alles plattmacht.

Ich behaupte vorsichtig, mit 14 Jahre Modelle schauen und 6 Jahre Berufserfahrung, dass sich in der Arbeit des Meteorologen relativ wenig ändern wird. Es wird gut prognostizierbare Stürme und Hochwasser geben, aber weiter auch die kleinräumigen Phänomene mit unvermeidbar kurzen Vorwarnzeiten.Gerade die letzten Jahre haben meiner Ansicht nach gezeigt, dass trotz verbesserter Modellleistungen Extremereignisse gleich schwer prognostizierbar bleiben, siehe auch einen früheren Beitrag von mir.

Wenn man sich die jüngste Performance der Wettermodelle bei Hurrikan MATTHEW anschaut, dann war diese nicht schlecht (Zugbahn gut erfasst, Intensität gut angedeutet). Die USA kamen weit glimpflicher davon als Haiti. Auch eine dreiwöchige Im-Voraus-Prognose hätte aus Elendshäusern in Haiti keine stabilen Villen gemacht. Bei Hurrikan NICOLE hingegen und auch dem möglichen Wechselspiel mit MATTHEW durch den Fujiwhara-Effekt waren die Modelle weniger gut. Die Bermuda-Inseln kamen glimpflich davon, ansonsten blieb NICOLE ein Fischsturm.

Rechtzeitige Wetterprognosen nützen nur dann etwas, wenn ein solides Vorsorgemanagement existiert, das ist sowohl eine finanzielle Frage bei armen Ländern als auch eine Bewusstseinsfrage, wie man sich richtig verhält. Ältere Menschen trinken zu wenig und sind bei Hitzewellen anfälliger für Dehydrierung. Ebenso sollte man nicht unbedingt in potentiellen Überschwemmungsregionen sein Haus bauen. Gegen lokale Sturzflutereignisse wie z.B. in Afritz nützt auch die beste Vorsorge nichts, wenn es Orte trifft, die noch nie etwas Vergleichbares erlebt haben. Die Vorwarnzeit hat hier jedoch Grenzen, die sich auch in den kommenden 10 Jahren wahrscheinlich nur wenig verbessern  werden.

Ist Zyklon JUNE ein schwerer Sturm?

Der Online-Standard übernahm heute folgende APA-Meldung:

Wirbelsturm trifft voraussichtlich am Sonntag auf Norfolk-Insel

Wellington – Meteorologen haben vor einem schweren Wirbelsturm in der Pazifikregion gewarnt. Es sei damit zu rechnen, dass der Zyklon „June“ am Sonntag auf die Norfolk-Insel zwischen Neukaledonien und Neuseeland stoße, teilte die australische Wetterbehörde am Samstag mit. Für den Schiffsverkehr in der Region wurde eine Warnmeldung herausgegeben.

„June“ werde voraussichtlich als Zyklon der Kategorie zwei mit Windgeschwindigkeiten von 75 Stundenkilometern und Böen von bis zu 100 Stundenkilometern über die Insel hinwegfegen, warnten die Wetterexperten. Außerdem sei mit schweren Regenfällen zu rechnen.

[…] (APA, 18.1.2014)

Aktuelle Prognose des Joint Typhoon Warning Centers und Satellitenbild:

Zyklon JUNE

Im Satellitenbild von heute mittag, 14.32 MEZ (unserer Zeit) sieht man JUNE bereits südlich von Neu-Kaledonien auf die Norfolkinsel zusteuern.

1. Kritikpunkt: Kategorie 2

Die Legende und die derzeit gemeldeten Mittelwinde von 40 Knoten (umgerechnet 74 km/h) klassifizieren JUNE  als Zyklon der Kategorie 1  ein. (Quelle: Hurrikan FAQ von Thomas Sävert).

Das in der Pressemeldung zitierte BOM (Bureau of Meteorology, Australia) geht sogar von einem Verlust der tropischen Eigenschaften des Sturms vor dem Auftreffen auf die Insel aus.  Die Auswirkungen entsprechen dann dennoch jenen eines Kategorie-1-Sturms, mit Mittelwinden über 80 km/h und Böen bis 120 km/h.

TROPICAL CYCLONE JUNE, CATEGORY 1, is expected to continue moving in a south southeast direction over the next couple of days and pass close to the west of Norfolk Island during the early hours of Monday. Tropical Cyclone June will lose its tropical cyclone structure before its approach to Norfolk Island, though the remaining intense low will still have impacts similar to a Category 1 tropical cyclone.

Damaging winds averaging above 80 kilometres per hour, with gusts to 120 kilometres per hour, will develop about Norfolk Island during Sunday morning and persist into Monday morning.

Heavy rainfall, which may lead to localised flooding, is expected to develop during Sunday morning before decreasing during Sunday night.

Quelle: http://www.bom.gov.au/products/IDQ65253.shtml

2. Kritikpunkt: Historie von Zyklon IAN

DerStandard schreibt weiter:

Über den kleinen Inselstaat Tonga im Pazifik war in der vergangenen Woche der bisher schwerste Zyklon in der Geschichte des Landes hinweggefegt. „Ian“ stürmte mit Windgeschwindigkeiten von bis zu 200 Stundenkilometern über die bei Touristen beliebten Inseln hinweg und zerstörte ganze Dörfer.

Windspitzen bis 200 km/h entsprechen jedoch nur einem Zyklon der Kategorie 3, also der dritthöchsten Stufe. DAS soll der schwerste Sturm in der Geschichte sein?

Das Wall Street Journal hat diesbezüglich genauere Quellen:

Packing wind gusts of up to 145 knots, or around 270 kilometers per hour at its center, Ian was downgraded to a category-4 storm as it made landfall—one level below Typhoon Haiyan, which killed more than 6,000 people and caused extensive devastation in the Philippines in November.

Da wird es schon plausibler, denn hier ist von einem Zyklon der Kategorie 4 die Rede, mit 270 km/h zudem nur knapp unter der höchsten Kategorie 5, und damit nur wenig schwächer als Super-Taifun HAIYAN im November. Mehr Infos zu IAN bei der NASA.

3. Kritikpunkt: Schwerer Wirbelsturm

Kategorisiert werden Wirbelstürme nur anhand der Windgeschwindigkeiten, demzufolge es sich hier im Hinblick auf die fünfteilige Skala als Kategorie-1-Sturm um keinen schweren Wirbelsturm mehr handelt.

Einschränkend sei gesagt:

Nicht nur der Wind entscheidet über die Schwere eines Sturms, sondern auch die Niederschläge, die gerade bei langsam ziehenden Tropenstürmen weitaus größere Schäden durch Erdrutsche, Schlammlawinen und Überflutungen (und nachfolgende Seuchen) verursachen als durch den Sturm selbst.

Laut JWTC wird JUNE mit etwa 25 km/h über die Norfolkinsel vorbei nach Südosten ziehen. Da sich die Regenbänder schubweise um das Auge des Sturms bewegen, regnet es wiederholt mit hoher Intensität in denselben Gebieten. Je langsamer sich der Sturm bewegt, desto länger die Verweilzeit der hohen Niederschlagsintensitäten und damit können in Summe auf oft eng begrenztem Raum enorme Regenmengen zusammenkommen.

Auf Neukaledonien sind beim Durchzug von JUNE keine dramatischen Regenmengen gefallen (meist unter 100 Liter pro Quadratmeter in 24 Stunden).

Die Mengen auf Norfolk Island wird man später hier ablesen können.

4. Kritikpunkt: Relationen

relationen

Quelle: map-for-free.com

Wenn man sich die Fläche der Insel mit nicht einmal 3 000 Einwohnern betrachtet, dann fragt man sich schon, warum dies eine Presseagenturmeldung bedarf. Wenn ein Sturmtief über der Nordsee Helgoland mit 100 km/h beeinflusst, ist uns das schließlich auch keine extra Presseaussendung Wert.

Nachtrag, 20.1.2014

Laut Wetterstation auf Norfolk Island sind mit Durchzug des Sturms knapp 40 Liter pro Quadratmeter in 24 Std. gefallen, die Spitzenböe betrug 98 km/h.

Wenn Tropenstürme für Orkanböen in Kroatien sorgen

Am 11. November tituliert DerStandard:

Heftige Tropenstürme nehmen weltweit zu

darunter ist dann aber folgender Absatz zu lesen:

Ein Blick in die Nachrichtenagenturen am Montag stützt die These, dass
die Stürme insgesamt stärker werden: Im Nordosten Somalias werden nach
einem Sturm am Montag mindestens hundert Todesopfer befürchtet, in
Kroatien fegten etwa zur gleichen Zeit orkanartige Stürme über das Land,
entwurzelten Bäume und rissen Dächer von den Häusern.

Quelle: http://derstandard.at/

Zuerst wird Unschärfe in den Artikel gebracht, denn Stürme ist nun sehr allgemein formuliert, im Kontext des Titels vermutet man aber, dass immer noch von Tropenstürmen die Rede ist.

Dann wird als Beispiel der Tropensturm 03A in Somalia genannt, der kein außergewöhnlich starker Tropensturm war und nicht einmal Kategorie 1 von 5 erreichte. Zum Verhängnis wurde im Gegenteil sogar die Schwäche des Sturms, der sich dadurch nur langsam verlagerte und so über viele Stunden hinweg heftigen Regen ablassen konnte, sodass bei diesem Ereignis der durchschnittliche Jahresniederschlag auf die trockene Erde prasselte.

Cyclone3B_tmo_2013315_lrg

Quelle: http://earthobservatory.nasa.gov/

Pro Jahr bilden sich etwa ein bis zwei Tropenstürme über dem Arabische Meer, aber pro Jahrzehnt begeht etwa nur einer Landfall. Der letzte traf Somalia im Jahr 2012.

Nachdem Stürme aber nach ihrer Windgeschwindigkeit eingestuft werden, nicht nach den Regenmengen, handelt es sich in Somalia nicht um einen besonders heftigen Tropensturm.

Ein völlig anderes Wetterphänomen war in Kroatien für Windspitzen über 200 km/h verantwortlich, wie etwa auf einer Brücke bei Krk 237 km/h am 11.11.13.

sturmtiefluis

Quelle:  http://eumetrain.org/

Der Wind entstand durch ein Tief über Mittelitalien und rasch steigendem Luftdruck durch Kaltluftzufuhr über dem Kontinent. Dargestellt sind hier außerdem die Winde in 10 m Höhe laut Modell. Das Wetterphänomen nennt sich Bora und ist das kalten Pendant zum Föhn in den Alpen. Sie zählt zu den stärksten Gebirgswinden der Welt, da hier kalte Luft in Richtung milde Adria über die Dinariden stürzt. Mit Tropenstürmen oder Klimawandel hat das überhaupt nichts zu tun.