Wie kommt der Vorhersagemeteorologe zu einer schlüssigen ... · Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik Wie kommt der Vorhersagemeteorologe zu einer schlüssigen Wettervorhersage?

Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik

Wie kommt der Vorhersagemeteorologe zu einer

schlüssigen Wettervorhersage?

Pädagogische Fortbildung 27.Februar 2014

Mag. Thomas Turecek


(ZAMG)

Tel.: ++43 1 36026/2309 oder /2311

Fax: ++43 1 36026/73

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Internet: http://www.zamg.ac.at

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21.02.2014

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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Wettervorhersage?

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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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Wettervorhersage?

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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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Wie entsteht eine

Wettervorhersage?

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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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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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Wettervorhersage?

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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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Erfassen des IST-Zustandes der Atmosphäre


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Messungen aus Österreich

Wetterbeobachter

SYNOP, TAWES Stationen

Radiosondenaufstiege

Satellitendaten

Radardaten

Blitzmeldungen


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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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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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noch Handanalysen)








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Atmosphäre folgt „ physikalischen Gesetzen“


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Wettervorhersage?

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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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Erarbeiten des zukünftigen Zustandes

Gemessene

Werte

Regelmäßiges

Gitter

Mathematische

Berechnung


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Physikalische Prozesse


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Wie entsteht eine

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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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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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Simulationsmodell der Atmosphäre

Ergebnisse räumlich und zeitlich auf Gitterpunkten


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noch Handanalysen)








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Wie entsteht einer Wettervorhersage?

Blick aus dem Fenster

Wetterstationen

Niederschlagsradar Graphische Aufbereitung meteorologischer Parameter

Mittendrinnen der Meteorologe

Satelliten Wettermodelle


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Wie entsteht eine

Wettervorhersage?

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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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Wie entsteht eine

Wettervorhersage?

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Schlussfolgerungen des Meteorologen



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Wettervorhersage?

Folie 25

Das Wetter wird nicht gewürfelt !


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Das Wetter ist im Grunde ein chaotischer Zustand


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Wie entsteht eine

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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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Zusammenfassung

Wettervorhersage ist rechenintensiv

Atmosphäre zeigt chaotisches Verhalten = Wettervorhersagen werden nie perfekt sein

… aber wir machen Fortschritte

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