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Warum widersprechen sich Wetter-Apps so oft? (futurezone.at)

Leider kratzt dieser Artikel (abgerufen am 27.09.19, 19.48) nur an der Oberfläche der Frage, welchen Nutzen Wetter-Apps für den Normalverbraucher haben. Die meisten App-Anbieter nutzen das kostenlose GFS-Modell aus den USA, während besser aufgelöste europäische EZWMF-Modell kostenpflichtig ist, was sich viele werbefinanzierten Anbieter nicht leisten können.

Als Nachteile von GFS werden genannt:

Der Nachteil: Es ist auf US-amerikanische Bedürfnisse zugeschnitten, also weite Landschaften mit weitgehend gleichen Wetterbedingungen.

Das Problem dieser Vereinfachung: Die Modellauflösung ist nicht alles, es hängt vor allem davon ab, was und wo es vorhergesagt wird, sowie auch für welchen Zeitraum. Ich arbeite im beruflichen Kontext seit über 9 Jahren neben zahlreichen anderen Modellen auch mit dem amerikanischen Wettermodell. Kleinräumige Schauer- und Gewitterniederschläge werden im kostenpflichtigen EZMWF-Modell nicht zwingend besser aufgelöst als im GFS-Modell. In den Alpen mit seinen steilen, engen Tälern haben alle Modelle Probleme mit punktgenauen Temperaturvorhersagen, insbesondere wird wird die nächtliche Abkühlung bzw. tageszeitliche Erwärmung oft nicht richtig modelliert. Eine zufriedenstellende App für hügeliges bzw. alpines Terrain gibt es meines Wissens nicht.

Was ganz an den Anfang des Artikels gehört hätte: Wetter-Apps liefern Interpolationen für Punkte (Ortseingabe oder PLZ). Jedes Wettermodell hat ein Gitterpunktsnetz mit bestimmten Abständen. Schauer- und Gewitterzellen rutschen da normalerweise durch und werden gar nicht aufgelöst.

Ein Beispiel eines Lokalmodells, hier das deutsche COSMO, dessen Gitterpunktsabstand 2.2km beträgt (bei EZWMF sind es 9km und bei GFS 13km). Die roten Symbole sollen zufällig gewählte Punktprognosen darstellen:

gitterpunkt

Abb.1. COSMO-Niederschlag

Zur Interpretation: Es handelt sich um eine Schauerwetterlage. Die länglichen Niederschlagsstreifen deuten die Zugbahnen der Schauer an. Je nachdem, wo man in die Prognosekarte hineinsticht (rote Sterne), würde die Wetter-App niederschlagsfrei oder starke Niederschläge anzeigen. Problem: Bei Schauerwetterlagen sind derart kleinräumige Vorhersagen, insbesondere für eine 27-Stunden-Prognose, unseriös!

Zum Vergleich die 3-Stunden-Niederschlagsprognose von GFS für 14-17 Uhr MESZ:

gfs3h

Abb.2.: GFS-Niederschlag

Davon abgesehen, dass die Prognose des beteiligten Sturmtiefs vom vorherigen Modell abweicht, wird der Niederschlag wegen der geringeren Modellauflösung über eine größe Fläche „verschmiert“. Die Wetter-App wird in ganz Norddeutschland also Niederschlagssymbole anzeigen. Die Wahrheit liegen zwischen beiden Modellen: Es werden sich Schauerzugbahnen im Wetterradar zeigen, aber nicht zwingend zum selben Zeitpunkt und Ort, wie es das hochaufgelöste COSMO-Modell modelliert. Wo die Schauer letzendlich entlang ziehen, kann kein Wettermodell am Vortag wissen. Das muss einem klar sein, wenn man in seine Wetter-App guckt und strahlenden Sonnenschein sieht, während man für den Nachbarort vielleicht ganztägig Schauersymbole angezeigt bekommt.

Größere App-Anbieter ziehen mehrere Berechnungsmodelle heran und verwenden dazu Daten lokaler Wetterdienste (etwa des österreichischen Zentralamts für Meteorologie und Geodynamik, ZAMG) sowie selbst entwickelte Modelle. Während die solcherart berechneten Prognosen manchmal rein maschinell erstellt und publiziert werden, werden sie an anderer Stelle von ausgebildeten Meteorologenteams überprüft und freigegeben – vor allem bei ungewöhnlichen oder extremen Wetterphänomenen.

Klingt sehr schwammig ohne Definition, was ungewöhnlich oder extrem ist.

Die Zukunft gehört allerdings der automatischen Wettervorhersage, ist Templin überzeugt: „Bei der Fülle an Daten ist es einfach nicht mehr machbar, dass die von Menschen überarbeitet werden.“

Traurig, wenn das ein Meteorologe sagt. Immerhin ist das unser Brotberuf, der durch maschinelle Prognosen ersetzt würde. Ich bin anderer Meinung und vergleiche unseren Beruf gerne mit dem eines (seriösen) Journalisten. Wir sichten die Fülle an Daten und entscheiden aufgrund unserer Erfahrung, was davon herausgefiltert werden muss und wsa nicht. Nachdem sich das von Wetterlage zu Wetterlage ändert, lässt sich das auch durch Algorithmen nicht automatisieren. Es wird immer einen Menschen brauchen, der Daten aussortiert, interpretiert und sein OK gibt. Ja, das ist ein Kostenfaktor, aber vollautomatisierte Produkte haben nicht nur Vorteile:

Im Kontext der Klimaerwärmung nehmen Extremwetterphänomene, aber auch ungewöhnliche Großwetterlagen zu. Obwohl die Auflösung der Wettermodelle im Jahr 2019 so hoch ist wie noch nie seit Beginn der Computerära, haben sie mit der Prognose von Unwettern und eng begrenzten Stürmen weiterhin große Probleme. In den letzten Jahren haben beständige Tiefdrucklagen mit geringen Winden in allen Höhen zugenommen. Das erschwert vor allem die Prognose von Schauern und Gewittern bzw. der Zugbahn und Verweildauer von Niederschlagsgebieten allgemein. Wenn man hingegen auf vollautomatisierte Prognosen vertraut, kann es passieren, dass „man den herrlichen Sonnenschein aus dem Keller pumpen muss.“

Welche App welche Datenquellen und Analysemethoden verwendet, das ist meist schwer bis gar nicht ersichtlich. Die Prognosen von Apps unterscheiden sich klarerweise umso mehr, je weiter man in die Zukunft blickt. Während sich einige Apps nicht über eine Vorhersage über fünf Tage hinauswagen, liefern andere erwartbare Trends für bis zu zwei Wochen. Die Genauigkeit dieser Berechnungen ist in den vergangenen Jahrzehnten enorm gestiegen. „Die ersten Prognosemodelle gab es in den 60er-Jahren. Damals konnte man nur zwei bis drei Tage im Voraus berechnen“, […]

Vorsicht – hier werden zwei unterschiedliche Vorhersagemethoden vermengt. Prognosemodelle sind etwas anderes als Wetter-Apps. Modelle liefern Flächenanalysen und -vorhersagen für große Gebiete, während Wetter-Apps die erwähnten Punktprognosen liefern sollen, was nichts anderes als „direct model output“ (DMO) ist. In den 60er Jahren gab es mangels Smartphones naturgemäß noch keine Apps. DMO gibt es schon viel länger, man findet ihn in Form von Meteogrammen, was lediglich eine andere Darstellungsform einer Wetter-App ist.

Hier ein Beispiel für DMO aus dem GFS-Modell, für München.

GFSOP12_48.0000_12.0000_210

Abb.3. Meteogramm von GFS

Und hier ein Beispiel für ein Prognosemodell (GFS) in der Flächendarstellung, mit dem Meteorologen üblicherweise arbeiten:

GFSOPEU12_90_1

Abb.4. 500 hPa, Bodendruck und Temperatur von GFS

Quelle beider Karten: www.wetterzentrale.de

Ein Meteogramm mit DMO für einen Punkt muss anders interpretiert werden als eine logischerweise viel komplexere Flächenkarte.

Wie Forscher betonen, ist es dennoch unmöglich, hundertprozentig zutreffende Wetterprognosen zu generieren. Minimale Veränderungen in der Atmosphäre können auf lange Sicht gesehen große Auswirkungen haben.

Am linken unteren Bildrand taucht ein kräftiges Tief auf, es handelt sich um Hurrikan LORENZO. Die Zugbahn, Intensität und Umwandlung von Tropenstürmen in Tiefdruckgebiete der gemäßigten Breiten ist immer wieder ein großer Unsicherheitsfaktor in der Mittelfristprognose (hier: von heute Freitag bis kommenden Dienstag). Je nachdem, wie der Ex-Hurrikan zieht, ist von einem markanten Kaltlufteinbruch bis Spätsommer bei uns alles möglich. Und hier kommt der Meteorologe ins Spiel. Nur er kann einschätzen, wie seriös die Prognosen sind und entsprechend vorsichtig formulieren, während Wetter-Apps täglich zum Teil völlig konträre Ergebnisse liefern.

Nicht zuletzt deshalb wird Wetter-Apps gerne nachgesagt, oft eine etwas pessimistische Sicht auf die Zukunft zu pflegen. Schließlich will man niemanden ohne Schirm aus dem Haus schicken, wenn er doch irgendwann im Laufe des Tages im Regen stehen könnte.

Das ist nicht der Grund! Es ist nicht die Unsicherheit mit zunehmender Vorhersagedauer, sondern dass die Wettermodelle ab rund 7 Tagen ihre Modellauflösung deutlich verringern. Dann schmieren die Modelle Niederschlag über eine viel größere Fläche, sodass die Wolken- und Niederschlagssymbole zunehmen. Wenn es weniger als 7 Tage sind, entscheidet ebenfalls die Auflösung des Wettermodells. Das ist aber nicht unbedingt pessimistisch (Modelle sind neutral), sondern realistischer als für einen Ort Sonnenschein zu zeigen und für den Nachbarort Regen, wenn es sich um eine Schauerwetterlage handelt.

Schlussfolgerungen:

– Wetter-Apps sollen das Wetter für einen Punkt zeigen. (Eingabe des Ortes, Koordinaten oder PLZ)

– Die zugrundeliegenden Wettermodelle haben jedoch weder an jedem der Orte eine Messstation noch so viele Punkte im Modell.

– Bei Wetter-App-Prognosen handelt es sich also um interpolierte Werte. Der Ist-Zustand ist umso besser erfasst, je näher eine (offizielle) Wetterstation liegt, und hängt davon ab, ob sich der eingegebene Ort im Flachland oder hügeligen/gebirgigen Terrain befindet.

– Bei Prognosen wird es noch schwieriger: Niederschlag ist der unsicherste Vorhersageparameter, der je nach Topographie, Wetterlage, Modellauflösung und Zeitraum andere Ergebnisse liefert. Das trifft insbesondere auf Gewitter zu.

– 2m-Temperatur und Wind wird im Flachland oft besser vorhergesagt als im Gebirge, Bewölkung ist dafür wieder viel unsicherer, ebenso Phasenzustände (Schnee, Regen, gefrierender Regen) bei Niederschlägen um den Gefrierpunkt.

– Mit zunehmendem Vorhersagezeitraum nimmt die Genauigkeit der Vorhersage weiter ab, aber auch die Auflösung der Wettermodelle.

 

Klimanotstand: Gute und schlechte Argumente (Falter-Dolm der Woche)

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Klassische Vb-Lage: Trajektorie des Höhentiefs vom 20.-24.August 2005 (Alpenhochwasser)

„Bei einem Notstand, so der Politiker, gehe es schließlich um Gefahr in Verzug. Und man kann sich denken, welche Bilder in Langs Kopf auftauchen: Überschwemmungen, Murenabgänge, Menschen in Schlauchbooten, Wetterkapriolen. Es sind genau solche Situationen, die das aus dem Takt gekommene Klima bedingt.“ (Falter 32/19, S.10)

Klima beschreibt einen längeren Zeitraum (mindestens eine Dekade, im Schnitt betrachtet man 30 Jahre), während Wetter ein kurzer Zeitabschnitt umfasst (Minuten bis wenige Tage). Witterung liegt dazwischen mit mehreren Tagen bis Wochen, z.b. gekennzeichnet durch bestimmte Wetterlagentypen oder Jahreszeiten.

Die genannten Ereignisse beziehen sich hauptsächlich auf Extremniederschläge, wobei die räumliche und zeitliche Skala sehr unterschiedlich sein kann. Murenabgänge sind fast ausschließlich die Folge kleinräumiger und kurzlebiger Niederschlagsereignisse – WETTER – und hängen nicht direkt mit dem Klimawandel zusammen, sie gab es schon immer. Die Alpen sind nun einmal kein statisches Gebilde, sondern ständiger Erosion und Landschaftsveränderung unterlegen. Was aber definitiv zugenommen hat, sind die Eingriffe des Menschen mit Bodenversiegelung, Kanalisierung von Bachbetten und Landwirtschaft (Äcker statt Wälder) bzw. auch Forstwirtschaft (stabile Hänge werden durch Forstwege durchschnitten). Sprich, der Einfluss des Menschen hat einen direkten Einfluss auf potentielle Versicherungsschäden und menschliche Opfer. Das betrifft genauso Überschwemmungen, wenn in potentielle Hochwasserflächen gebaut wird, oftmals illegal. Bei regionalen und überregionalen Hochwässern (also größere Bäche und Flüsse, bei denen kleinräumige Extremniederschläge nicht ausreichen, um die Pegelstände dramatisch steigen zu lassen) wirken sich Bodenversiegelung im Einzugsgebiet und entlang potentieller Überschwemmungsflächen noch viel stärker aus. Wenn im Oberlauf stark reguliert wurde, wird der Wasserstand im Unterlauf entsprechend höher sein. Ich wuchs am Bayrischen Untermain auf und bekam die Folgen von Hochwasserschutz ganz lokal mit. Dort wo der Main eine Biegung macht, wurde durch den flussaufwärtigen Hochwasserschutz die Strömung verschärft und überschwemmte dafür mehr die Orte weiter flussabwärts.

Schlauchboot-Veranlassung gab es natürlich schon in früheren Jahrhunderten auch schon, man denke nur an das berühmte Magdalenenhochwasser von 1342, das seltener als ein 1000-jährliches Hochwasser eintritt. In Mitteleuropa werden außerdem noch 1909, 1954 und 1970 genannt, am Inn außerdem 1960, 1965, 1965, 1975, 1985. Die Wasserstände aus der unregulierten Zeit wurden aber vielfach nicht mehr erreicht. In jüngerer Vergangenheit fallen 1993 und 1995 (Rhein, Main, Mosel, Deutschland), bzw. 1997 (Oder) und 2002 (Elbe, Donau) bzw. 2003 (Main) ein. 2005 folgten erneut Inn und Donau, 2006 ein ausgeprägtes Winterhochwasser an der Elbe, das im Unterlauf höhere Wasserstände als 2002 erreichte, sowie an der March. Als nächstes ein Winterhochwasser 2010 (Donau, Elbe/Oder). Im Januar 2011 kam es zu einem zweiwöchigen Mainhochwasser. Das letzte große Ereignis fand im Juni 2013 statt (Jahrtausendhochwasser Donau, höchster Wasserstand in Passau seit 500 Jahren).  Kärnten war 2012 besonders betroffen, mit Jahrhunderthochwasser in Lavamünd an der Drau. Die Statistik ist natürlich subjektiv gefärbt, alles, was vor 1950 war, ist nicht unbedingt präsent, wenn man später geboren wurde.

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Quelle: https://www.co2levels.org/, schwarz markiert große Hochwasserereignisse im D,A,CH -Raum.

Die Statistik scheint das Gefühl zu decken, dass große Hochwasserereignisse mit steigendem Kohlendioxidgehalt zugenommen haben, doch steckt der Teufel im Detail:

  • Welche Regionen werden betrachtet? Ein Land, der Alpenraum, Mitteleuropa, ganz Europa?
  • Welche Flussgrößen werden betrachtet? Kleinere Flüsse wie Inn, Main, Mosel und Mur, oder große Flüsse wie Drau, Aare, Oder, Rhein oder Elbe?
  • Winter- oder Sommerhochwasser? Mit der Abnahme an Schneefalltagen bis in tiefe Lagen steht weniger Potential für große Schmelzhochwässer zur Verfügung, auch die Eisstau-bedingten Hochwasserereignisse, die vor allem vor 1950 häufiger auftraten, sind so gut wie nicht mehr vorhanden. 1997, 2002,2005 und 2013 entstanden alle durch klassische Vb/Adriatieflagen im Sommer, teilweise mit neuen Rekordregenmengen (z.b. damals Zinnwald im Erzgebirge: 312 l/qm in 24 Std.)
  • Ab wann ist ein Hochwasser so signifikant, dass es erwähnenswert ist? Richtet man sich nach dem Abfluss oder Wasserstand? Am Grad der Überschwemmung, Sachschäden und Todesopfer?

In Summe gar nicht so leicht, aussagekräftige Statistiken im Kontext der Klimaerwärmung zu verwenden. Ich möchte damit sagen: Murenabgänge, kleine und große Überschwemmungen hat es schon immer gegeben, sie waren vom Ausmaß her der Neuzeit ebenbürtig oder eher noch überlegen. Die Hochwassermarken an städtischen Plätzen und alten Rathäusern oder Kirchen legen beredtes Zeugnis davon ab.

Was ist aber zu erwarten? Dass solche Ereignisse häufiger werden.

Muren werden gefördert durch höhere Schuttverfügbarkeit (Abtauen des Permafrosts und Gletscher)  sowie höhere Niederschlagsraten (wärmere Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen). 1 Grad C Erwärmung bewirkt einen Anstieg der Permafrost-Grenze um 200 Höhenmeter. Auch Steinschläge und Felsstürze nehmen deswegen zu (Quelle). 

Lawinenereignisse in höheren Lagen nehmen tendenziell zu wegen großer Schneemengen (vgl. Jänner 2019) und durch starke Erwärmung und flüssigem Niederschlag bis in große Höhen auch die Gefahr schadensträchtiger Nassschneelawinen.

Waldbrände können eher ein Thema werden, siehe 2003, 2007, 2015 und 2018, überhaupt sind Trockenheit, Dürren, Anzahl der Hitzetage (> 30°C) und ungewöhnlich warmer Nächte ein viel besserer Gradmesser der Klimaerwärmung. Und die Steiermark, von dessem Politiker die Rede ist, halt einen besonders hohen Waldanteil. Es wird erwartet, dass Brände, Trockenheit und Schädlingsbefall den Schutzwald zunehmend beeinträchtigen.

Die von 2015 zitierte Studie oben konnte keine signifikante Zunahme an regionalen/überregionalen Hochwasserereignissen („Menschen in Schlauchbooten“) in Österreich feststellen, auch wenn es eine leichte Zunahme an jährlichen Hochwasserdurchflüssen in den Einzugsgebieten gibt.

„Klimamodelle zeigen zudem, dass Österreich zwar einerseits trockener wird, aber auch, dass sich die Variabilität der Niederschlagsmuster verändern wird. Dabei werden Starkniederschläge in Österreich zwar wahrscheinlich weniger häufig auftreten, aber dafür an Intensität gewinnen. Das wiederum erhöht das Risiko von starken Hochwasserereignissen.“ (Quelle: https://www.global2000.at/klimawandel-oesterreich)

 

Es ist also nicht fix, dass Überschwemmungen zunehmen, aber wenn sie auftreten, sind die Auswirkungen intensiver.

Wetterkapriolen, also rasche Wetterumschwünge, sind jetzt nicht direkt Folge des Klimawandels. Markante Wetterstürze gab es schon immer. Unerwartet meistens dann, wenn man keinen oder nur selektiv den Wetterbericht gelesen hat. Der Sommer 2018 war geradezu durch das Gegenteil gekennzeichnet: Kaum Wetterumschwünge, sondern beständig warm und trocken, mit wenigen Kaltfrontdurchgängen. Auffällig ist hier eher das Gegenteil: Die Phasen mit einem bestimmten (Extrem-) Wetter dauern viel länger an, vom kalten Mai ging es in wenigen Tagen in einen anhaltend heißen Juni. Und nach einer kühlen ersten Julihälfte in eine länger heiße zweite Julihälfte. Schon im vergangenen Jahr gab es dazu anschauliche und gute Erklärungen von (Fernseh-) Meteorologen.

Die Arktische Amplifizierung ist ein Langzeitphänomen, dass durch die unverhältnismäßig starke Erwärmung in den Polregionen (hier: Nordhalbkugel, Arktis) zustandekommt, wodurch sich der Nord-Süd-Temperatur- und Druckgradient abschwächt. Dadurch gerät der im Klimadurchschnitt zonale (West-Ost) Jetstream immer öfter ins Schlingern und bildet großräumige, ortsfeste Auslenkungen. Je nachdem, an welcher Stelle wir innerhalb der Auslenkung liegen, ist es lange Zeit besonders kalt/nass (Mai 2019, Juni 2013) oder besonders trocken und warm (April 2007, Juni 2019). Unter Wetterkapriolen werden aber meist eher kleinräumige und kurzlebige Wetterphänomene verstanden, allerdings lässt sich nicht jedes Unwetterereignis direkt auf den Klimawandel zurückführen.

Der Klimanotstand, der durch manche Gemeinden und Städte ausgerufen wird, ist weniger auf lokal eng begrenztes Extremwetter zurückzuführen, sondern in einer größeren Skala zu sehen: Mir fallen als erstes folgende Phänomene ein: Anhaltende Trockenheit bzw. Dürre mit Missernten, Schädlingsbefall, niedrigem Grundwasser und gefährdeter Versorgung mit Trinkwasser und landwirtschaftlicher Bewässerung. Aufgrund der Überwinterung bestimmter Insekten steigt auch die Gefahr von Tropenkrankheiten an. Andauernde Hitze mit steigenden Tiefstwerten gefährden Gesundheit und wirtschaftliche Produktivität. Das sind alles keine schlagzeilenwirksamen Gefahren, aber mit dramatischen Auswirkungen auf die Bevölkerung – und vor allem nicht kleinräumig wie auf Gebirge beschränkte Muren und auf breite Flusstäler beschränkte Schlauchbooteinsätze. Mit anderen Worten, es gibt wesentlich trefflichere Argumente für einen Klimanotstand, als lokal eng begrenzte Ereignisse, die sich schwer bis unmöglich vorhersagen lassen.