Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik
Wie kommt der Vorhersagemeteorologe zu einer
schlüssigen Wettervorhersage?
Pädagogische Fortbildung 27.Februar 2014
Mag. Thomas Turecek
Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik
(ZAMG)
Tel.: ++43 1 36026/2309 oder /2311
Fax: ++43 1 36026/73
Email: [email protected]
Internet: http://www.zamg.ac.at
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Wie entsteht eine
Wettervorhersage?
Folie 2
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Wie entsteht eine
Wettervorhersage?
Folie 2
Kurzer Überblick der Präsentationsinhalte
Geschichte der Wettervorhersage
Ein kurzer Blick in die Vergangenheit
Computertechnik
Das UM und AUF für eine gute Wettervorhersage
Schritte zur Wettervorhersage
Erfassen des Ist-Zustandes der Atnosphäre
Erarbeiten des zukünftigen Zustandes mittels Simulationsmodell
Schlussfolgerungen des Meteorologen
Wieso sind die Vorhersagen unsicher?
Zusammenfassung
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Wie entsteht eine
Wettervorhersage?
Folie 3
Ein Blick in die Vergangenheit
1592: Galileo Galilei - Thermometer
1643: Torricelli – Barometer ( 1 Torr = 1 mmHg)
1648: Pascal – „Luftdruck nimmt mit der Höhe ab“
1832/1833: Morsetelegraph
Synopse – „Zusammenschau“
Synoptische Meteorologie
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Wie entsteht eine
Wettervorhersage?
Folie 4
S Y
N O
P T
I K
S Y
N O
P T
I K
Synoptische Meteorologie
WETTERVORHERSAGE
E N T W I C K L U N G
Modelle Fernerkundung
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Wettervorhersage?
Folie 5
Computer sind unerlässlich für den Fortschritt
Nichts geht in der Meteorologie ohne Computer.
Der Fortschritt in der Wettervorhersage ist
gekoppelt mit dem Entwicklungsstand in der
Computertechnologie.
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Folie 6
Moderne Supercomputer
200 Mio Gitterpunkte
Rechenleistung >250 Teraflops
Rechenzeit: 1 Stunde (00z, 12z)
>10 TB Daten / Tag
2010
~20 Million OPS/SEC
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Folie 7
Schritte zur Wettervorhersage
1. Erfassen des IST-Zustandes der Atmosphäre (= numerische Analyse, heute kaum
noch Handanalysen)
Berechnen des Ist-Zustandes auf Gitterpunktsbasis
2. Erarbeiten des zukünftigen Zustandes mittels Simulationsmodell der Atmosphäre
(= numerische Verfahren)
Berechnen der zukünftigen Zustandes auf Gitterpunktsbasis
3. Schlussfolgerungen des Meteorologen
Gewichtete Interpretation
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Folie 8
Erfassen des IST-Zustandes der Atmosphäre
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Folie 9
Messungen aus Österreich
Wetterbeobachter
SYNOP, TAWES Stationen
Radiosondenaufstiege
Satellitendaten
Radardaten
Blitzmeldungen
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Folie 10
Wettersatelliten
Geostationär = Fixe Position über dem Äquator
Polarumlaufend
Polar_orbit.ogg
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Folie 11
1. Okt 2011
Moderne
Wettervorhersage
Folie 11
Polarumlaufender
Satellit TERRA
11:54 MESZ
13:41 MESZ
Kaltfront 18. September 2011
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Folie 12
Ist-Zustand der Atmosphäre: Die Analyse
Ziel:
Physikalisch-konsistente Interpolation aller Daten auf das
dreidimensionale Modellgitter .
(dieser Schritt ist beinahe so kompliziert wie die eigentliche Vorhersage)
Analyse
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Folie 13
Schritte zur Wettervorhersage
1. Erfassen des IST-Zustandes der Atmosphäre (= numerische Analyse, heute kaum
noch Handanalysen)
Berechnen des Ist-Zustandes auf Gitterpunktsbasis
2. Erarbeiten des zukünftigen Zustandes mittels Simulationsmodell der Atmosphäre
(= numerische Verfahren)
Berechnen der zukünftigen Zustandes auf Gitterpunktsbasis
3. Schlussfolgerungen des Meteorologen
Gewichtete Interpretation
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Folie 14
Atmosphäre folgt „ physikalischen Gesetzen“
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Folie 15
1950: Erste numerische Wettervorhersage
„… to remark that the computation time
for a 24-hour forecast was about 24 hours,
… we were just able to keep pace with
the weather „
ENIAC
Electronic Numerical
Integrator and
Computer
Fjörtoft
von Neumann
24 Stunden Rechenzeit
für eine 24h Vorhersage …
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Folie 16
Erarbeiten des zukünftigen Zustandes
Gemessene
Werte
Regelmäßiges
Gitter
Mathematische
Berechnung
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Folie 17
Physikalische Prozesse
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Folie 18
Das Prognosenmodell umfasst physikalische Gleichungen.
Sie beschreiben den zeitabhängigen Zusammenhang zwischen
Luftdruck, Temperatur und Luftdichte,
die Beziehungen zwischen Luftdichte und Änderung des
Luftdrucks mit der Höhe,
die Beziehung zwischen der Bodenreibung und dem Wind sowie
den Einfluss der Sonne.
Simulation der Atmosphäre
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Folie 19
1. Die Zustandsgleichung (für ideale Gase) beschreibt den
diagnostischen Zusammenhang zwischen Druck, Temperatur
und Dichte.
2. Die hydrostatische Gleichung beschreibt, ebenfalls
diagnostisch, die Beziehungen zwischen Luftdichte und der
Änderung des Luftdrucks mit der Höhe.
3. Die Kontinuitätsgleichung (Massenerhaltungssatz) beschreibt
den Erhalt der (Luft-) Masse und ermöglicht die Bestimmung
der vertikalen Windgeschwindigkeit und der
Bodendruckänderungen.
Simulation der Atmosphäre
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Folie 20
Simulationsmodell der Atmosphäre
Ergebnisse räumlich und zeitlich auf Gitterpunkten
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Wettervorhersage?
Folie 21
Schritte zur Wettervorhersage
1. Erfassen des IST-Zustandes der Atmosphäre (= numerische Analyse, heute kaum
noch Handanalysen)
Berechnen des Ist-Zustandes auf Gitterpunktsbasis
2. Erarbeiten des zukünftigen Zustandes mittels Simulationsmodell der Atmosphäre
(= numerische Verfahren)
Berechnen der zukünftigen Zustandes auf Gitterpunktsbasis
3. Schlussfolgerungen des Meteorologen
Gewichtete Interpretation
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Folie 22
Wie entsteht einer Wettervorhersage?
Blick aus dem Fenster
Wetterstationen
Niederschlagsradar Graphische Aufbereitung meteorologischer Parameter
Mittendrinnen der Meteorologe
Satelliten Wettermodelle
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Folie 23
Wie entsteht einer Wettervorhersage?
1.) die aktuelle Wettersituation ermitteln
Umso besser die Basis um so besser die Vorhersage
Blick aus dem Fenster
für ganz Österreich
Ermitteln ständig an über 200 Stellen in Österreich:
Temperatur, Wind, Feuchte, Druck, Regen usw.
Wetterstationen
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Folie 24
Schlussfolgerungen des Meteorologen
Gewichtete Interpretation
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Folie 25
Das Wetter wird nicht gewürfelt !
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Folie 26
Das Wetter ist im Grunde ein chaotischer Zustand
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Folie 27
Wieso sind die Vorhersagen unsicher?
Atmosphäre zeigt „chaotisches“ Verhalten
Kleine Anfangsfehler führen zu komplett
unterschiedlichen Vorhersagen!
Fehler in den Messungen
Näherungen in der Beschreibung der physikalischen Prozesse
Diskretisierung (d.h. Darstellung auf endlichem Gitter)
Vorhersagbarkeit hängt von der Wetterlage ab
z.B. Stabiles Hochdruckwetter
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Folie 28
Zusammenfassung
Wettervorhersage ist rechenintensiv
Atmosphäre zeigt chaotisches Verhalten = Wettervorhersagen werden nie perfekt sein
… aber wir machen Fortschritte