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2 Mai 2007 IWHW Konzepte meteorologischer Vorhersagemodelle am Beispiel von ECMWF und ALADIN T. Haiden Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG)

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Präsentation zum Thema: "2 Mai 2007 IWHW Konzepte meteorologischer Vorhersagemodelle am Beispiel von ECMWF und ALADIN T. Haiden Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG)"—  Präsentation transkript:

1 2 Mai 2007 IWHW Konzepte meteorologischer Vorhersagemodelle am Beispiel von ECMWF und ALADIN T. Haiden Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG)

2 2 Mai 2007 IWHW Wettermodelle Wettermodell = Strömungsmodell auf Kugeloberfläche Modellgleichungen physikalisch, nicht statistisch - Bewegungsgleichungen (Wind) - Thermodynamische Gleichungen (Strahlung, Temperatur) - Wasserbilanzgleichung (Niederschlag, Verdunstung) Gleichungen gekoppelt, nichtlinear, analytisch nicht lösbar numerische Näherungslösung auf Rechengitter

3 2 Mai 2007 IWHW Wettermodelle x=25-40 km Globales Rechengitter

4 2 Mai 2007 IWHW Wettermodelle z= m 50 Schichten, Gitterpunkte horizontal 40 Mio Gitterpunkte in 3D-Gitter Höhe Globales Rechengitter: vertikal

5 2 Mai 2007 IWHW Wettermodelle Erhebung des dreidimensionalen Anfangszustandes der Atmospäre Prognose eines späteren dreidimensionalen Zustandes +00 h +24 h = Integrationsschritt (5-10 Minuten) Rechenzeit pro Schritt << Schritt! Grundprinzip der numerischen Wetterprognose

6 2 Mai 2007 IWHW Integrationsschritt Zeitl. Temperaturänderung= Windgeschwindigkeit x Temperaturgradient +... Beispiel Temperaturprognose: Diskretisierung: Differentiale durch endliche Differenzen ersetzt

7 2 Mai 2007 IWHW Meteorologische Scales 20 m200 m2 km20 km200 km2000 km20000 km Globale Modelle (ECMWF) Turbulenz Thermik Tornados Gewitter SuperzellenFronten Squall-LinesPlanetare Wellen Wolken- physik Mesoskalige Modelle (ALADIN)

8 2 Mai 2007 IWHW Grundaufbau eines Wettermodells Modelldynamik Modellphysik Berechnung der Strömung (3-dimensionales Windfeld) Parametrisierte Prozesse (Strahlung, Wolken, Niederschlag) Teilweise empirisch, vereinfacht Prognosenunsicherheit

9 2 Mai 2007 IWHW Parametrisierte Prozesse Wenn explizite Modellierung auf Rechengitter nicht möglich: Start eines Unterprogramms, z.B. Gewitterzelle

10 2 Mai 2007 IWHW Parametrisierte Prozesse Unterprogramm Reibung durch Topographie Ansatz: statistische Behandlung der nicht durch das Rechengitter repräsentierten topographischen Strukturen

11 2 Mai 2007 IWHW Parametrisierte Prozesse Unterprogramm Tropfenwachstum 10 m Ansatz: analytische Integration über Tropfenspektrum

12 2 Mai 2007 IWHW Parametrisierte Prozesse

13 2 Mai 2007 IWHW Mesoskaliges Modell ALADIN ALADIN (ZAMG): 1300 x 1100 km, dx = 9.6 km, 37 Schichten

14 2 Mai 2007 IWHW Beispiel Niederschlagsprognose ECMWFALADIN Globales ModellMesoskaliges Modell

15 2 Mai 2007 IWHW Verifikation: Was können die Modelle? Temperaturprognose Wien Hohe Warte, Winter Prognosetag Mittl. Absolutfehler (C) 00:00 06:00 12:00 18:00

16 2 Mai 2007 IWHW Verifikation: Was können die Modelle? Mehrstündige Tendenz wird erfasst, kurzzeitige Schwankungen (1-3 h) nicht Modellprognose Beobachtung

17 2 Mai 2007 IWHW Verifikation: Was können die Modelle? Niederschlagsprognose Raum Salzburg Korrelation r²=0.50

18 2 Mai 2007 IWHW Prognose von Flächenniederschlägen Gebietseinteilung für hydrologische Zwecke (Wasserstands- und Durchflussprognosen)

19 2 Mai 2007 IWHW Prognose von Flächenniederschlägen Hochwasser August 2002 – 1. Ereignis Von Modellen unzureichend erfasst (zweites Niederschlagsmaximum!)

20 2 Mai 2007 IWHW Prognose von Flächenniederschlägen Hochwasser August 2002 – 2. Ereignis Von Modellen zufriedenstellend erfasst

21 2 Mai 2007 IWHW Prognose lokaler Gewitterniederschläge Modell Radar

22 2 Mai 2007 IWHW Der Schmetterlingseffekt Kleine Unterschiede im Anfangszustand führen zu beliebig großen Abweichungen zu einem späteren Zeitpunkt Problem aufgrund dämpfender Effekte in der realen Atmosphäre meist entschärft, aber: Von Fall zu Fall stark unterschiedliche Prognosegüte Ansatz: Ensembleprognosen = Vorhersage der Unsicherheit

23 2 Mai 2007 IWHW Der Schmetterlingseffekt Prognose der Höhenströmung für Freitag 3. März 2006

24 2 Mai 2007 IWHW Der Schmetterlingseffekt Prognose der Höhenströmung für Dienstag 7. März 2006


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