10. Übung: Wettervorhersage

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1 10. Übung: Wettervorhersage
Nächste Übung: Donnerstag, , 14:00 MEZ Listen Anwesenheitsliste Einteilung Wetterbesprechung Wettervorhersage Bsp. zur Wettervorhersage

2 METSYN-Seminar: Wetterbesprechung
Donnerstag-Termin Kandidat/in Wetterübersicht Material Vorhersage Sonderaufgaben 1 Do, Fr, Sa (vor 2 Wochen) Analysierte Karten, Wetter3 Do(Ana), Fr 1-2 Aufgaben 2 So, Mo, Di (Vorwoche) Eigene analysierte Karten Sa 3 Mi, Do, Fr (Vorwoche) Analysierte Karten So Freitag-Termin Kandidat/in Wetterübersicht Material Vorhersage Sonderaufgaben 1 Sa, So, Mo (Vorwoche) Analysierte Karten Fr (Ana), Sa 1-2 Aufgaben 2 Di, Mi, Do (Vorwoche) So 3 Fr, Sa, So (Vorwoche, aktuelle Woche) Wetter3, analysierte Karten Mo

3 Wetterbesprechungen am 09. & 10. Januar 2014
Nr. Kandidat Wetter-analyse Karten- analyse Sonder- aufgabe Vorhersage D1 Daniel Tüns So D2 Christian Wegener Mo D3 Felix Gerick Di F1 Lisa Dossow Mi F2 Nadine Pützer Do F3 Arno Sprenger Fr Ablauf der Wetterbesprechung Wetteranalyse 1+2+3 Sonderaufgabe 3+2+1 Aktuelle Wetterlage 1, Vorhersage 1+2+3

4 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.

5 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

6 Entwicklung der Vorhersagegüte
500 hPa: Anomalie-Korrelation der Vorhersage des Geopotenzials Tag 3 Tag 5 Nordhemisphäre Tag 7 Südhemisphäre Tag 10 Jahr Quelle: 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, verbesserte Wettervorhersage seit 1980 häufige und bessere Assimilation von Satellitenbeobachtungen deutliche Steigerung der Genauigkeit in Südhemisphäre

7 Vorhersagekarten (36 h Vorhersage für 29.04.2006 12 UTC)
500 hPa 850 hPA Boden Boden

8 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.

9 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 UTC Quelle: Wetterzentrale 576 552 516 168 h Vorhersage für UTC Quelle: Wetterzentrale 576 552 516

10 Ensemble-Prognosen des ECMWF
Lauf Auflösung Anfangsbedingungen deterministischer Lauf T 799 unverändert Kontrolllauf T 399 Ensembleläufe (50) 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

11 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

12 I 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 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, I

13 ECMWF Ensemble-Prognose: Bonn vom 26.04.2006 00 UTC

14 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

15 Literaturtipp: Operational Weather Forecasting
Autoren. Peter Michael Inness, Steve Dorling Veröffentlichung. Januar 2012 Inness & Dorling (2012) Bibliotheks-Signatur N-INN

16 Analyse der Wetterlage
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

17 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

18 Analyse der Wetterlage
c) Wo erstreckt sich in etwa die Polarfront (Begründung!)? A. H. Fink, V. Ermert METSYN: Übung Synoptik WS 2007/2008

19 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

20 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

21 f) Wo befinden sich Fronten, Konvergenzlinien?
Analyse der Wetterlage f) Wo befinden sich Fronten, Konvergenzlinien? A. H. Fink, V. Ermert METSYN: Übung Synoptik WS 2007/2008

22 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

23 60 h Vorhersage: 500 & 850 hPa Welche Temperatur ist über Madrid in 850 hPa und 500 hPa zu erwarten?

24 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

25 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

26 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!)?

27 Übungsaufgaben: zu bearbeiten bis Donnerstag, den Übungsaufgabe: 60 h Vorhersage Besprechung der Analyse der Wetterlage vom

28 Wetterbeobachtungen: Lindenberg 08.-11.01.2006
A. H. Fink, V. Ermert METSYN: Übung Synoptik WS 2007/2008

29 Radiosondenaufstieg: Lindenberg 09.01.2006 12 UTC
A. H. Fink, V. Ermert METSYN: Übung Synoptik WS 2007/2008

30 Wetterbeobachtungen: Thorshavn 09.-12.01.2006
A. H. Fink, V. Ermert METSYN: Übung Synoptik WS 2007/2008