Wie entsteht eine Wettervorhersage Institut fr Atmosphre und
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Wie entsteht eine Wettervorhersage ? Institut für Atmosphäre und Klima Gruppe von Prof. Huw Davies Dynamische Meteorologie Sandro Buss, Michel Bourqui, Conny Schwierz, Marco Didone, Patrick Koch, Mischa Croci-Maspoli, Harald Sodemann, Olivia Martius, Michael Sprenger, Peter Hoor, Daniel Lüthi http: //www. iac. umnw. ethz. ch/en/groups/davies Mark Liniger - Meteo. Schweiz
Prediction is very difficult, especially if it's about the future. (N. Bohr)
Übersicht u u u u Numerik / Aufbau eines Modells Anfangsbedingungen Wahrscheinlichkeitsvorhersagen Randbedingungen regionale Wettermodelle aktuelle Vorhersagen Forschungsthemen
Computermodelle Was wird gebraucht? u diskretisierte partielle Differentialgleichungen (Strömungsgleichungen) u Anfangsdaten an jedem Gitterpunkt u Randdaten am Boden u Supercomputer Modell DWD
Die Diskretisierung 1 Wert für jeden Parameter: • Druck • Temperatur • Wind (3) • Feuchtigkeit • . . . ca. 50 km Global: Millionen von Zellen Einsatz von Supercomputern ca. 250 m ca. 5 0 km Der Raum und die Zeit werden in kleine Zellen aufgeteilt
Erste Umsetzung durch Lewis F. Richardson (1881 -1953). Seine erste (und einzige) Vorhersage schlug fehl 64‘ 000 „Rechner“ wären notwendig (Richardson, 1922)
Supercomputer globales Modell: Konsortium aller europäischen Wetterdienste bilden das European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) in Reading, nähe London, UK. ~ 10 TFlops regionales Modell: Swiss National Supercomputing Centre (CSCS) in Manno (Ti). ~128 GFlops ECMWF
Probleme der Diskretisierung Problem: Viel passiert aber innerhalb einer Gitterzelle. Diese Prozesse werden nicht explizit von den Modellgleichungen dargestellt. z. B • Turbulenz • Wolkenprozesse • Gewitter • Strahlung Lösung: Solche Phänomene werden grob durch einfache Formeln schematisiert. Liniger
Messungen globales Netzwerk an n Bodenstationen n Ballonsondierungen n Schiffe, Meeresbojen n Flugzeuge n Satelliten Übertragung an Wetterzentren Juli August September Oktober Temp. Hönggerberg
Anfangswerte u. Problem: Messungen nicht überall, nicht an Gitterpunkten des Modells, nicht zum selben Zeitpunkt, falsche Parameter, ungenau, Einfluss lokaler Effekte u. Lösung: Interpolation zwischen Messungen und der Vorhersage vom Vortag. Ballonmessungen für eine aktuelle Vorhersage ECMWF
globales Modell vom Mittwoch für heute Mittag Druckverteilung in ca. 5 km Höhe, Temperatur in ca. 3 km Höhe ECMWF/IACETH
globales Modell vom Mittwoch für heute Mittag Niederschlag ECMWF/IACETH
Vorhersagbarkeit erster Ordnung Lokale Temperatur Chaos & Schmetterlingseffekt T. Palmer Vorhersage Tag
Wahrscheinlichkeitsprognose vom Mittwoch Niederschlag & Temperatur ECMWF
Wahrscheinlichkeitsvorhersage ECMWF (2000) 42 Stunden Vorhersage für 26. Dezember 1999 06 UTC
Sensitive regions for Lothar TESV HSV
Satellite winds from GOES in three layers
Satellite winds from GOES in sensitive layer: 400 -700 mb
Regionale Modelle globale Modelle: „wenig Rand“ (nur Boden), grobe Auflösung regionale Modelle: „viel Rand“, hohe Auflösung Randdaten von globalem Modell Bsp. a. LMo (Meteo. Swiss): 7 km, 45 Schichten, 3 -Tagesvorhersagen DWD
regionales Modell vom Mittwoch für heute Morgen Niederschlag
Forschung (Dynamische Meteorologie) u u u u Besseres Verständnis physikalischer Prozesse Entwicklung von Hoch-/Tiefdruckgebieten, Fronten Tropopausendynamik n Streamer, Cut-offs, Tropopausenfalten Extremereignisse n Niederschlag Gondo, Hitzesommer 2003, Wintersturm Lothar Regionale Modelle Dynamische Aspekte der Ozonzerstörung Stratosphären-Troposphären-Austausch Kurzzeit - Klimavariationen n Atmosphärisches Blocking n El Nino, NAO
Driftsonde System Hourly data at flight level High-resolution vertical profiles of Temperature, Wind, Moisture, Pressure Ground Station
Driftsonde test March 2002
Robotic Aircraft
Rocketsonde System Roland Stull rstull@eos. ubc. ca Rocketsonde is frangible, certified as a non-aviation hazard by FAA. Ocean or land/ice deployment Dropsonde falls from apogee, transmitting obs to the buoy for relay to satellite Small rocket (5 cm diameter, 0. 7 m long) boosts dropsonde to 8 km 1 -year design life 400 sealed launch tubes with rockets
Rocketsonde summer 2002
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