Immer dieses Chaos in der Luft

5. Juli 2011, 19:20
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Man kann sich in Wahrheit nur einer Sache sicher sein: dass das Wetter vom Chaos in der Atmosphäre bestimmt ist und die Prognose nicht hundertprozentig sicher ist

Wenn das Wetter im Urlaub nur einen Tag nicht hält, was es verspricht, dann geben die Menschen dem Meteorologen, der zuvor von Schönwetter gesprochen hat, die Schuld – und tun ihm dabei natürlich unrecht. Er hat für die Nachrichtensendung die Prognose für ein größeres Gebiet, zum Beispiel für Österreich, erstellt. Dabei ist er nicht auf die spezielle Situation in einzelnen Tälern und auf bestimmten Bergen eingegangen und hat auch nicht die Möglichkeit in Betracht gezogen, dass ausgerechnet dort aufgrund tiefliegender Haufenwolken Gewitter entstehen und die geplante Wanderung vermiesen könnten.

Mathias Rotach, Atmosphärenphysiker und Professor für Dynamische Meteorologie an der Universität Innsbruck, kennt dieses Vorhersageproblem zur Genüge. "Betroffene nehmen natürlich den Regenschauer im Tal, auf dem Berg oder an einem Strand als Fehler wahr, auch wenn die Großwetterlage in der Umgebung genau der Vorhersage entspricht." Und selbst wenn das Wetter in der gesamten Region entgegen den Prognosen schlecht wird, muss der Meteorologe kein schlechtes Gewissen haben. Seine Vorhersage kann nämlich nie hundert- prozentig sicher sein, meint dazu Rotach.

Der Grund dafür liegt in der Atmosphäre selbst. Sie ist in einem ausgesprochen chaotischen Zustand, der allerdings physikalisch beschreibbar ist. Wissenschafter sprechen daher von einem "deterministischen Chaos". Rotach sieht darin ein System, "das vom Ist-Zustand der Atmosphäre stark abhängt und auf minimale Abweichungen in Temperatur, Druck, Wind oder Feuchtigkeit reagiert." Soll heißen: Ein in einigen Tagen über Italien erwartetes Tiefdruckgebiet kann aufgrund dieser Abweichungen auch ganz woanders mit völlig unterschiedlichen Auswirkungen auftreten, weil die Ausgangslage eben da wie dort eine andere war.

Der Meteorologe Edward Lorenz hat dieses Phänomen in den 1960er-Jahren zufällig beim Berechnen von Vorhersagen am Computer entdeckt. Er ließ die drei letzten Kommastellen seiner Daten weg, um bei einer Wiederholung einer numerischen Wetterprognose endlich einmal schneller zum Ergebnis zu kommen. Das Resultat dieses bewusst gemachten Fehlers war ein völlig anderes. Lorenz beschrieb seine Forschungsarbeit daraufhin mit einer seither oft gebrauchten Metapher, dem "Schmetterlingseffekt". Der Flügelschlag eines Falters als Sinnbild für kleine Ursachen, die große Auswirkungen haben können.

Rotach analysiert mit seiner Gruppe derzeit die Ausgangssituationen einer Wetterprognose, den Ist-Zustand, und stellt dabei mehrere Fragen: Wie effizient wird das Wasser, das irgendwo als Regen auch wieder niedergeht, gegen die Gesetze der Gravitation von den Luftschichten aufgenommen? Welche Rolle spielt dabei das Gelände? Wie müssen diese Ausgangssituationen in einer Computersimulation verändert werden, damit möglichst viele der möglichen Prognosen erstellt werden können und sich eine größtmögliche Wahrscheinlichkeit ergibt? "Wir müssen jene Störungen im System, jene Abweichungen finden, die einen großen Einfluss haben, und machen derzeit 50 bis 100 Prognosen", sagt der Wissenschafter. Damit wird das ganze Spektrum der Möglichkeiten freilich nicht abgebildet: Es bedürfte derzeit mindestens einer Million Simulationen, "um die Variabilität im deterministischen Chaos darzustellen", sagt Rotach. Irgendwann sollten 50 Vorhersagen aber ausreichen. Das wäre ein großer Schritt vorwärts in der Forschung.

Eine punktgenaue Prognose für eine Zeitspanne von mehr als zehn bis 14 Tagen wird es freilich auch dann nicht geben. Der Grund liegt wieder einmal nicht beim Meteorologen, sondern in der Atmosphäre: "Sie bleibt, wenn überhaupt, nur so lange in einem vorhersagbaren Zustand." Eine langfristigere Prognose ist schon heute möglich: "Wir können aufgrund der Wetterlage im Vormonat sagen, ob der kommende Monat mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit zum Beispiel um einen Grad wärmer als der Durchschnitt wird."

Der sonnige Dienstag

Was Rotach jedenfalls nicht kann, ist eine Regelmäßigkeit im oft beklagten Wochenend-schlechtwetter zu erkennen. Deutsche Forscher aus Karlsruhe hatten vor einigen Jahren ermittelt: Die Lufttemperatur sei am Mittwoch am höchsten und am Samstag am niedrigsten. Der Montag wurde von ihnen als relativ trockener Tag, der Dienstag als besonders sonnig und der Samstag als jener Tag mit den meisten Regenfällen bezeichnet. Die Meteorologen hatten Messreihen von zwölf Stationen des Deutschen Wetterdienstes aus den Jahren 1991 bis 2005 analysiert. Die Daten stammten außerdem aus verschiedenen Regionen. Die Wissenschafter schlossen aus den Ergebnissen, der Zyklus, in dieser Form bei Wetter unbekannt, könne nur vom Menschen gemacht sein: Die von Montag bis Freitag in die Luft gepulverten Abgase würden sich zum Wochenende entladen, ein Phänomen, das zu allem Überdruss im Sommer stärker auftrete als im Winter.

"Ein statistischer Zufall", sagt Rotach. Natürlich würden Abgase die Atmosphäre beeinträchtigen, um aber das aktuelle Wetter zu beeinflussen, müsste die Ausgangslage eine unwirtliche sein: Ein Leben sozusagen wie in der Antarktis, nämlich ohne genügend Kondensationskeime, um Regenwolken zu bewirken. Erst dann könnte durch die jetzigen Abgasmengen Regenwetter entstehen. (Peter Illetschko/DER STANDARD, Printausgabe, 06.07.2011)

=> Wissen: Die Prognose berechnen


Wissen: Die Prognose berechnen

Wie wird das Wetter in den kommenden Tagen? Diese Frage beschäftigt Menschen seit Jahrtausenden. Im 17. Jahrhundert erkannte Otto von Guericke erstmals den Zusammenhang zwischen abfallendem Luftdruck und Schlechtwetter. Seit etwa hundert Jahren errechnen Meteorologen ihre Prognosen mittels wissenschaftlicher Analysen – und verwenden da- bei nichtlineare mathematische Gleichungen, die schon bei minimalen Änderungen zu völlig anderen Ergebnissen führen können.

In der modernen Meteorologie wird über die Atmosphäre der Erde ein virtuelles Gitter gelegt. An jedem Gitterpunkt wird anhand physikalischer Grundprinzipien der zukünftige Zustand der Atmosphäre berechnet. Man spricht von einem numerischen Modell. (red)

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    Der Zufall spielt eine große Rolle, wenn der Strandurlaub trotz bester Wetterprognosen verregnet ist.

  • Atmosphärenphysiker Mathias Rotach.
    foto: uibk/fessler

    Atmosphärenphysiker Mathias Rotach.

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