Wettervorhersagen: Vom Weltraum aufs Smartphone
Haben Sie sich jemals gefragt, wie Wettervorhersagen erstellt werden? Ohne Satelliten, die die Erde beobachten, wäre eine genaue Wettervorhersage nicht möglich. In Friedrichshafen und Toulouse baut Airbus die MetOp-SG*-Satelliten für die Europäische Weltraumorganisation (ESA) und EUMETSAT. Sie werden genauere Daten zur Verbesserung der numerischen Modelle für Wettervorhersagen sowie neue Einblicke für die Klimabeobachtung liefern.
Heute ist es einfach, Wettervorhersagen über das Smartphone abzufragen. Das war aber nicht immer so. Alte Bauernregeln sind modernen Technologien gewichen, die das Wetter beobachten und analysieren, sowie Simulationen mittels numerischer Modelle durchführen. Heutzutage werden Wettervorhersagen mit Hilfe komplexer Algorithmen erstellt, die sich auf Daten aus verschiedenen Quellen stützen – zum Beispiel Wetterballons oder Flugzeugsensoren. Die wichtigste Rolle spielen hierbei aber Satellitenbeobachtungen.
Genaue Wettervorhersagen sind nur mittels Satelliten möglich
Der Fähigkeiten der neuen MetOp-SG-Satelliten verbessern die Genauigkeit der Wettervorhersagen 12 Stunden bis 10 Tage im Voraus erheblich.
„EUMETSAT betreibt meteorologische Satelliten und stellt den Mitgliedsstaaten Daten in Echtzeit zur Verfügung”, erklärt Rosemary Munro, die als Wissenschaftlerin am EUMETSAT-Polar-System-Second Generation-Programm (EPS-SG) mitwirkt. „Die nationalen Wetterdienste müssen zeitnah genaue Daten aus der Atmosphäre, den Ozeanen und vom Festland erhalten, um sie in ihre eigenen Vorhersagemodelle einzuspeisen und Wettervorhersagen zu erstellen.”
Für Wettervorhersagen werden viele Daten benötigt, um die mathematischen Modelle kontinuierlich zu verbessern. Von diesen Modellen hängt es zum Teil auch ab, dass extreme Wetterereignisse, wie Stürme und Hitzewellen, rechtzeitig erkannt werden. Philippe Chambon, Forscher bei Météo-France, sagt: „Für unsere numerischen Wettervorhersagemodelle, die Vorhersagen für bis zu vier Tage im Voraus erstellen, stammen etwa 90 % der Daten von Erdbeobachtungssatelliten. Die MetOp-SG-Satelliten mit ihren sehr leistungsfähigen Instrumenten werden unsere Vorhersagen sowohl auf globaler als auch auf regionaler Ebene verbessern.”
© Airbus. MetOp-SG A und B am Airbus-Standort in Toulouse.
Die Herausforderungen bei Wettervorhersagen
Eine Wettervorhersage ist eine Vorhersage des Zustands der Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt und an einem bestimmten Ort, die durch ein numerisches Modell simuliert wird. Stellen Sie sich vor, die Atmosphäre wäre vertikal in mehrere Würfel unterteilt, in denen jeweils die Feuchtigkeit, die Temperatur, der Wind und die Menge an Wolken und Regen gemessen werden. Die Daten werden dann umgewandelt und mit Hilfe numerischer Modelle analysiert. Meteorologen sind dadurch in der Lage, der Öffentlichkeit verständliche Informationen bereitzustellen. Die Sonnen- und Wolkensymbole sowie die Temperaturwerte, die in einer Wetter-App auftauchen, werden alle über diese lange Kette generiert.
„Wir erstellen nie nur eine einzige Vorhersage, sondern mehr als dreißig, die sich leicht unterscheiden. Die Atmosphäre ist chaotisch, was Vorhersagen erschwert. Wenn sich die unterschiedlichen Szenarien für die nächsten vier Tage sehr ähnlich sind, ist der Vertrauensindex hoch. Wenn wir nur in einigen der Szenarien Stürme haben, fällt der Index niedriger aus, weil die Veränderungen gegenüber den Ausgangsbedingungen zu unterschiedlichen Wetterergebnissen führen können”, erklärt Philippe Chambon von Météo-France.
Wettervorhersagen schützen Menschenleben und Existenzgrundlagen
Wettervorhersagen sind auch ein wichtiges Mittel, um Menschen vor Extremwetterereignissen wie Stürmen oder Hitzewellen zu warnen. Dies trägt dazu bei, Leben und Existenzgrundlagen zu schützen.
„Wir können gefährliche Wetterphänomene in einem frühen Stadium erkennen. Im Laufe der Zeit validieren und präzisieren wir unsere Vorhersagen. Mehrmals täglich aktualisieren wir diese mit neuen Daten und informieren Bürger und Behörden”, erklärt Chambon. „Unser Ziel ist es, die Aufmerksamkeit aller auf potenzielle Gefahren zu lenken und die Menschen auf entsprechende Vorkehrungen aufmerksam zu machen, damit sie sich schützen können.”
© Airbus. Rosemary Munro, Wissenschaftlerin am EPS-SG-Programm und Philippe Chambon, Forscher bei Météo-France
MetOp-SG: Wettervorhersagen und noch viel mehr
Wettersatelliten helfen uns in unserem Alltag, aber ihr Nutzen geht weit darüber hinaus. Sie liefern wichtige Informationen über das Klima und die Ozeane, indem sie zum Beispiel Waldbrände und Vulkanaschewolken, das Ozonloch und die Luftverschmutzung überwachen.
Die 10 Instrumente von MetOp-SG werden Wissenschaftlern dabei helfen, Klimaveränderungen besser zu verstehen und deren Prognosen zu verbessern. „Eine der wichtigsten Neuerungen für die Klimaforschung wird das Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI-NG) sein, das in der Lage ist, ein breites Spektrum chemischer Verbindungen in der Atmosphäre zu überwachen. Dazu gehören zum Beispiel Methan, ein starkes Treibhausgas, und Ammoniak, das die Luftqualität beeinflusst”, sagt Munro.
Für Chambon wird der Ice Cloud Imager (ICI) eine völlig neue Perspektive auf Eiswolken eröffnen. „Wir werden in der Lage sein, die Menge der kleinen Eiskristalle in der Atmosphäre zu quantifizieren. Das ist sehr wichtig, weil diese Eiswolken einen Einfluss auf den Strahlungshaushalt der Erde haben. Dieser ist einer der Unsicherheitsfaktoren bei Klimaprojektionen. Dank dieser Daten werden die Wissenschaftler ihre Vorhersagemodelle und ihr Verständnis der globalen Erwärmung verbessern können.”
Die geplanten Starts der Satelliten MetOp-SG A1 und B1 in den Jahren 2025-2026 werden die Kontinuität zur aktuellen MetOp-Flotte lückenlos gewährleisten. Diese langfristige Datenkontinuität ist für Wettervorhersagen und die Erkennung von Veränderungen bei der Klimaüberwachung unerlässlich.
*MetOp-SG: Meteorological Operational Second Generation
MetOp-SG ist ein Kooperationsprojekt zwischen der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und EUMETSAT, der europäischen Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten.
