Klimaforschung : Das Spiel mit dem Wetter

Regnet’s oder scheint die Sonne? Mathematiker verbessern die Vorhersage mit Modellrechnungen. Ihre Methoden haben kurzfristige Prognosen schon erheblich verbessert. Verlässliche Aussagen für einen ganzen Sommer aber sind erst in 20 Jahren zu erwarten.

Andreas Loos
Sturm in Sicht. Das Satellitenbild zeigt den Orkan „Kyrill“ aus dem Jahr 2007. Mithilfe von aufwendigen Modellen versuchen Forscher, auch solche Extremereignisse frühzeitig zu erkennen.
Sturm in Sicht. Das Satellitenbild zeigt den Orkan „Kyrill“ aus dem Jahr 2007. Mithilfe von aufwendigen Modellen versuchen...Foto: AFP

Wie wird der Juni? Kühl und „sehr niederschlagsreich“, glaubt der bayerische Wetterprophet Josef Jägerhuber. Trocken, vermutet dagegen der Internetwetteraugur Thomas Hitzler, und hält ab Tag zehn sommerliche Temperaturen über 18 Grad Celsius für wahrscheinlich. Mit mathematischen Wettermodellen arbeiten beide nicht. Kein Wunder, denn „jahreszeitliche Wettervorhersagen“, wie sie im Wissenschaftsjargon heißen, gehören zu den schwierigsten Teilgebieten in der ohnehin komplexen Meteorologie.

Doch warum eigentlich? Im Prinzip ist es ganz einfach mit dem Wetter: Das Wasser am Himmel kann sich nicht einfach in Luft auflösen, sondern allenfalls im Boden oder in Gewässern landen, und der Schwung, den die Luft- und Wassermoleküle haben, kann auch nicht einfach verschwinden, sondern wird wie bei einem Murmelspiel von einem Molekül zum nächsten weitergegeben. Die Erde dreht sich, die Sonne scheint, und wenn man nun noch ungefähr weiß, wie es im Moment am Himmel aussieht, dann sollte es doch kein Problem sein, Wind, Regen und Luftdruck für die nächsten Wochen vorherzusagen. Zumal die mathematische Beschreibung dieser Vorgänge im Prinzip schon lange bekannt ist. Bereits im 19. Jahrhundert haben Physiker, allen voran Ludwig Boltzmann (1844-1906), mathematische Gleichungen aufgestellt, die die Bewegung der Teilchen beschreiben, wenn Masse, Energie und Impuls erhalten bleiben. Und die sind, zumindest für Eingeweihte, durchaus noch überschaubar.

Der Teufel steckt im Detail. „Die saisonale Vorhersage ist eine Grauzone zwischen Wettervorhersage und Klimamodellierung“, sagt Rupert Klein, Klima- und Wettermathematiker an der Freien Universität Berlin. „Für solche Vorhersagen muss man in den Modellen beispielsweise die Bodenfeuchte und den Pflanzenwuchs berücksichtigen, weil sich mit diesen auch die Speicherung von Wasser verändert.“ Bei der kurz- oder mittelfristigen Vorhersage von ein paar Tagen genügt es, diese Größen unverändert zu lassen. Über längere Zeit hingegen spielen Veränderungen sehr wohl eine Rolle. Auch die Wechselwirkung der Atmosphäre mit Ozeanen und großen Gewässern wird über mehrere Wochen hinweg bedeutsam. „Umgekehrt können saisonale Modelle auch vereinfacht werden“, sagt der Forscher. „Welcher kleine Wirbel im Detail wie viel Regen wann in die Region bringt, ist für eine Vorhersage von einigen Monaten meist unbedeutend.“

Ein einheitliches Wettermodell für jede Art von Vorhersage gibt es also nicht. Wettermodelle werden auch aus diesem Grund modular konstruiert. Auf Modelle für Strömungen trockener Luft werden Modelle aufgesetzt, die weitere physikalische Prozesse beschreiben, inklusive Wolkenbildung und Kondensation. So entstehen komplexe Gesamtmodelle, deren mathematische Struktur kaum noch zu durchblicken ist.

Eine besondere Herausforderung sind dabei die „Feuchteprozesse“, denn Wolkenbildung und Niederschlag sind in weiten Teilen noch nicht verstanden. „Das ist wissenschaftlich das interessanteste Gebiet, da noch viele grundlegende Zusammenhänge zu klären sind“, sagt Klein. Zwar gebe es Theorien zur Wolkenbildung, doch seien die Forscher weit davon entfernt, die Entstehung von Wolken und Niederschlag mit der nötigen Genauigkeit in die üblichen Vorhersagemodelle einzubetten. „Das wird noch 20 Jahre dauern“, glaubt Klein.

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