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Von Wetteraussichten und Klimamodellen
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Warum Gewitter häufig nicht am richtigen Ort vorhergesagt werden

Jürgen Wendler 08.08.2018 0 Kommentare

Die Vorhersage von Gewittern bereitet Meteorologen nach wie vor große Probleme. Ungeachtet dieser Tatsache sind die Wettervorhersagen in den letzten Jahren und Jahrzehnten deutlich zuverlässiger geworden.
Zuckende Blitze: Besonders die schwierige Vorhersage von Gewittern zeigt nach wie vor die Grenzen von Wetterprognosen. (Christoph Schmidt/dpa)

Was geschieht mit einem Ökosystem, wenn Arten von Pflanzen oder Tieren auftauchen, die ursprünglich in anderen Gebieten heimisch waren? Wie verändert sich ein Material, wenn es Feuchtigkeit oder bestimmten Kräften ausgesetzt ist? Wie wird sich das Klima entwickeln, wie die Wirtschaft? Fragen wie diese beschäftigen viele Menschen. Sie zeugen vom großen Interesse, Entwicklungen vorhersehen, also in die Zukunft blicken zu können.

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Besonders häufig zu hören ist die Frage nach den Wetteraussichten. Kam es früher oft anders als angekündigt, erweisen sich die kurzfristigen Vorhersagen inzwischen in der Regel als zuverlässig. Vor diesem Hintergrund versteigt sich ein Wissenschaftsautor gar zu diesem Satz: „Die Meteorologie ist die einzige Disziplin, die verlässlich in die Zukunft sehen kann.“ Gemeint ist damit allerdings die nahe Zukunft, das heißt ein Zeitraum von wenigen Tagen. Wer weit in die Zukunft blicken möchte, bekommt Probleme – nicht nur beim Wetter, sondern zum Beispiel auch beim Klima, wie aktuelle Forschungsergebnisse zeigen.

Komplexe Systeme

Ob es die Vorgänge in einem Ökosystem mit der Vielzahl unterschiedlicher Arten von Lebewesen sind oder die in der Erdatmosphäre: Letztlich haben es Forscher immer mit Abläufen in komplexen Systemen zu tun. Es gibt verschiedene Größen, die sich gegenseitig beeinflussen. Um herauszufinden, was passieren könnte, besitzen Wissenschaftler die Möglichkeit, am Computer den Ausgangszustand zu bestimmen und dann zu verfolgen, wie sich auf der Grundlage bekannter Gesetzmäßigkeiten Veränderungen einzelner Größen auf das System auswirken. Für einen Meteorologen bedeutet das, dass er zunächst eine genaue Vorstellung vom gegenwärtigen Zustand der Atmosphäre benötigt. Schon kleinste Abweichungen von der Wirklichkeit haben weitreichende Folgen, sprich: Je weiter die Vorhersage in die Zukunft reicht, desto stärker machen sich Fehler bemerkbar. Und dass diese unvermeidlich sind, steht außer Frage. Die Berechnungen mithilfe solcher Modelle beruhen immer auf einer begrenzten Datenmenge, nämlich schlicht und einfach der, die verfügbar ist.

Viele Daten für Meteorologen

Um Angaben darüber machen zu können, wie sich das Wetter entwickeln wird, müssen Meteorologen zunächst wissen, welche Temperaturen, Wind- und Luftdruckverhältnisse herrschen und wie viel Wasserdampf sich in der Luft befindet. Entsprechende Messungen erfolgen laufend an verschiedenen Orten in aller Welt. Dabei versteht sich von selbst, dass es Bereiche gibt, etwa Meeresgebiete, aus denen weniger Daten zur Verfügung stehen. Die Messwerte fließen in mathematische Gleichungen ein, mit denen sich berechnen lässt, wie sich die Größen den physikalischen Gesetzmäßigkeiten entsprechend im Laufe der Zeit gegenseitig beeinflussen und verändern.

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Wie der Deutsche Wetterdienst erklärt, werden für Wettermodelle Gebiete oder gleich der ganze Globus vom Boden bis in etwa 75 Kilometer Höhe mit einem mehr oder weniger engmaschigen dreidimensionalen Gitternetz überzogen. Weil nicht für alle Gitterpunkte Messdaten vorliegen, nutzen Meteorologen mathematische Verfahren, um die Lücken zu füllen. Das heißt zugleich, dass Ungenauigkeiten unvermeidlich sind. Als Ergebnis erhalten die Experten für die verschiedenen Gitterpunkte Angaben zur Temperatur, zum Luftdruck, zum Wind und zur Feuchte zu unterschiedlichen Zeitpunkten in der Zukunft.

Die Verarbeitung der gewaltigen Datenmengen setzt besonders leistungsfähige Computer voraus. Dies erklärt zugleich, warum nicht alle Wettervorhersagen gleichermaßen zuverlässig sein können. Die Qualität hängt nicht nur von den verfügbaren Ausgangsdaten und den verwendeten Wettermodellen, sondern auch vom Leistungsvermögen der Computer ab, also davon, ob den Meteorologen sogenannte Supercomputer zur Verfügung stehen.

Um Informationen über die Wetterentwicklung in Deutschland und seinen Anrainerstaaten zu gewinnen, nutzt der Deutsche Wetterdienst ein Modell mit einer Maschenweite von 2,8 Kilometern. Großräumige Entwicklungen ließen sich bis zu zehn Tage vorhersagen, erklärt der Wetterdienst, räumt aber zugleich ein, dass der Prognosefehler mit jedem Tag wachse. Die Grenzen der Wettervorhersage zeigen sich nach wie vor besonders deutlich bei Gewittern, die im wahrsten Sinn des Wortes durch das Raster fallen.

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Gewitter entstehen, wenn sich Luftmassen mit unterschiedlichen Temperaturen begegnen beziehungsweise größere Temperaturunterschiede zwischen tieferen und höheren Bereichen der Atmosphäre herrschen. Beim Aufsteigen der Luft verwandelt sich gasförmiges Wasser in flüssiges und flüssiges in Eis. Dabei wird viel Energie frei. Typisch für Bereiche, in denen Gewitter entstehen, ist die Bildung einer mächtigen Wolke, eines Cumulonimbus, der aus Wassertröpfchen und Eiskristallen besteht. Eine solche Gewitterwolke kann bis in viele Kilometer Höhe reichen. Meteorologen sprechen im Zusammenhang mit solchen Erscheinungen auch von Gewitterzellen. Diese haben häufig einen solch geringen Durchmesser, dass sie durch das 2,8-Kilometer-Raster fallen beziehungsweise gar nicht oder nicht am richtigen Ort vorhergesagt werden.

Wie das Klima entsteht

Mit dem Begriff Klima verbinden Fachleute die Wettererscheinungen, die den mittleren Zustand der Atmosphäre in einem bestimmten Gebiet kennzeichnen. Beschrieben wird dieser mittlere Zustand auf der Grundlage von statistischen Größen für einen Zeitraum von 30 Jahren. Nach den Erkenntnissen von Forschern ist das Klima ein komplexes System, das von vielen Faktoren beeinflusst wird. Neben der Lage der Landmassen, die sich im Laufe der Erdgeschichte immer wieder verändert hat, spielen zum Beispiel auch Vulkanausbrüche, Schwankungen der Sonnenaktivität und regelmäßige Veränderungen der Erdumlaufbahn um die Sonne eine Rolle. Dass sich auch menschliche Aktivitäten auf das Klima auswirken können, gilt als gesicherte Erkenntnis. Ein oft genanntes Beispiel sind die großen Mengen des Treibhausgases Kohlendioxid, die bei Verbrennungsvorgängen – etwa in Autos oder Kohlekraftwerken – freigesetzt werden.

Modelle sind verfeinert worden

Für Klimamodelle werden im Wesentlichen dieselben Gleichungssysteme wie bei der Wettervorhersage verwendet. Allerdings kommen noch andere Bestandteile hinzu. So sind für Klimamodelle zum Beispiel auch Daten zum Ozean und Meereis wichtig. Die Modelle sind im Laufe der Jahre immer weiter verfeinert worden. Sie können den Einfluss kleiner Teilchen in der Luft, sogenannter Aerosole, ebenso berücksichtigen wie den der Vegetationsdecke. Aerosole können zur Wolkenbildung beitragen, und Pflanzen beeinflussen das Klima unter anderem dadurch, dass sie das Treibhausgas Kohlendioxid verarbeiten. Ganz gleich jedoch, wie ausgefeilt die Modelle sind: Sie können immer nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit angeben, wie sich das Klima entwickeln wird. Absolute Gewissheit können sie niemals geben, weil sich die Ausgangslage grundsätzlich nicht vollkommen genau abbilden lässt. Dazu ist die Wirklichkeit zu vielschichtig.

Im Gegensatz zu den Meteorologen sprechen Klimaforscher nicht von Vorhersagen, sondern von Projektionen. Entscheidend ist für sie nicht der Zustand, in dem sich die Atmosphäre am Anfang befindet, sondern welche Vorgaben sie ihren Berechnungen zugrunde legen. Das heißt: Die Wissenschaftler versuchen aufzuzeigen, wie sich bestimmte Vorgaben, etwa zur Menge an Treibhausgasen wie Kohlendioxid oder Methan in der Erdatmosphäre, auswirken könnten. Anders ausgedrückt: Klimaforscher beschreiben mögliche Szenarien.

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Laut Weltklimarat (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) hat sich die globale Durchschnittstemperatur der Luft in Bodennähe in der Zeit von 1880 bis 2012 um 0,85 Grad Celsius erhöht. Sogenannte Klimawandelskeptiker bezweifeln, dass menschliche Aktivitäten die Entwicklung des Klimas entscheidend beeinflussen können. Andere hingegen betonen nicht nur die zurzeit in der Wissenschaft herrschende Auffassung, dass der Mensch in starkem Maße zur globalen Erwärmung seit Beginn der Industrialisierung vor rund zwei Jahrhunderten beigetragen habe, sondern auch, dass die Folgen dieser Erwärmung möglicherweise sogar unterschätzt würden. Ein Beispiel hierfür liefert eine Studie von 59 Wissenschaftlern aus 17 Ländern, deren Ergebnisse vor einigen Wochen im Fachjournal „Nature Geoscience“ veröffentlicht worden sind. Demnach deutet einiges darauf hin, dass viele aktuelle Klimamodelle langfristige Veränderungen unterschätzen und die Erwärmung am Ende stärker ausfallen könnte als bislang angenommen.

Die Forschergruppe um Professor Hubertus Fischer von der Universität Bern hat sich in ihrer Studie mit drei besonders warmen Phasen während der vergangenen dreieinhalb Millionen Jahre befasst; die beiden jüngsten davon datieren auf die Zeit vor etwa 129.000 bis 116.000 sowie 9000 bis 5000 Jahren. Während dieser Phasen erwärmten sich die hohen nördlichen und südlichen Breiten stärker als die Tropen.

Erwärmung mit weitreichenden Folgen

Aus ihren Analysen schließen die Wissenschaftler, dass sich infolge der gegenwärtigen Erwärmung Ökosysteme und Klimazonen zu den Polen hin und in größere Höhen verschieben werden. Die Eisschmelze in den Polargebieten wird demnach dazu führen, dass der Meeresspiegel rascher ansteigt als in den vergangenen Jahrzehnten. Außerdem geht die Forschergruppe um Fischer davon aus, dass Permafrostböden auftauen, mit der Folge, dass Mikroorganismen anfangen, Überreste von Pflanzen und Tieren zu zersetzen. Dabei würden die kohlenstoffhaltigen Treibhausgase Methan und Kohlendioxid freigesetzt. Die durch zusätzliche Treibhausgase bedingte Verstärkung des Erwärmungstrends wird nach Ansicht der Wissenschaftler in den bisherigen Klimamodellen unterschätzt.


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Leserkommentare
Gissmo am 23.10.2019 09:36
Danke für die konstruktive Antwort, man kann sich scheinbar ja doch noch ohne Beleidigungen hier im Kommentarbereich austoben, so machts doch allen ...
RalfBlumenthal am 23.10.2019 09:28
Was macht ein Ortsamtsleiter, der seinen Willen nicht bekommt ?
Er macht nichtöffentlich, was öffentlich gehört !
So geht das nicht, Herr ...
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