Numerische Wettervorhersage ist die Art und Weise, wie Wettervorhersagen gemacht werden. Dies geschieht mit Hilfe von Computermodellen der Atmosphäre. Solche Modelle beschreiben die aktuellen Wetterbedingungen und wie sie sich mit Hilfe von Gleichungen im Laufe der Zeit verändern. Mit Hilfe der aktuellen Wetterbedingungen können die Gleichungen gelöst oder angenähert werden, um zu sagen, wie das Wetter in der nahen Zukunft sein wird. Die relevanten physikalischen Parameter wie Druck, Temperatur, Windrichtung und -geschwindigkeit werden als Funktionen der Zeit betrachtet. Diese werden mit einem System von partiellen Differentialgleichungen modelliert. Dies ist ein dynamisches System, das numerisch gelöst wird. Die meisten dieser Gleichungen werden mit FORTRAN implementiert. Die Gleichungen werden approximiert. Da die Anzahl der Berechnungen sehr groß ist, werden sie normalerweise von Supercomputern durchgeführt, um sie zu beenden, bevor es zu spät ist.
Numerische Wettervorhersage
Grundidee
Die Atmosphäre wird als Flüssigkeit modelliert. Die Grundidee der numerischen Wettervorhersage besteht darin, den Zustand des Fluids zu einem bestimmten Zeitpunkt zu erfassen. Die Gleichungen der Fluiddynamik und Thermodynamik können dann verwendet werden, um den Zustand des Fluids zu einem späteren Zeitpunkt abzuschätzen.
Lokale Wettervorhersage
Die Ergebnisse sind in der Regel zu ungenau, als dass sie für die Vorhersage des Wetters an einem beliebigen Ort verwendet werden könnten. Aus diesem Grund überprüfen Meteorologen die Werte und vergleichen sie mit historischen Daten. Mit anderen Worten: Sie verwenden die Daten, um die Wettervorhersage zu erstellen.
Model Output Statistics ist ein statistisches Modell, das in den 1960er und 1970er Jahren entwickelt wurde. Es verwendet die Regressionsanalyse für eine vollautomatische Prognose. Mit ihr werden historische Daten automatisch analysiert. Eine seiner Anwendungen wird als direkter Modell-Output bezeichnet. MOS verwendet sowohl historische Daten als auch statistische Modelle. Vorhersagen über etwa sechs Stunden hinaus sind unzuverlässig.
Ein weiteres bekanntes Modell ist das Global Forecast System (GFS), das vom US-Wetterdienst NOAA betrieben wird. Es gibt viermal täglich eine Vorhersage ab. Da die Informationen kostenlos sind, wird das GFS häufig genutzt, insbesondere von kleineren Wetterstationen.
Ensembles
Die Atmosphäre ist ein chaotisches System. Eine kleine Änderung der Eingabewerte führt nicht unbedingt zu einer kleinen Änderung der Ausgabe. Dies liegt an den Gleichungen der Strömungsdynamik, die beteiligt sind. Diese involvierten Gleichungen werden einmal mit den beobachteten Parametern gelöst oder approximiert. Dies geschieht noch mehrmals mit Parametern, die auf den beobachteten Werten basieren, aber leicht verändert wurden. Da die Rechenleistung begrenzt ist, ist die "Auflösung" eines solchen Modells gröber. Wenn alle Berechnungen abgeschlossen sind, werden sie miteinander verglichen. Berechnungsergebnisse, die "ähnlich" sind, zeigen an, dass die Prognose relativ gut ist. In einigen Fällen bedeutet dies, dass es möglich ist, das Wetter für einen Zeitraum von etwa zehn Tagen genau vorherzusagen; in anderen Fällen kann eine Vorhersage auch über einige Tage schwierig sein.
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Fragen und Antworten
F: Was ist numerische Wettervorhersage?
A: Numerische Wettervorhersage ist die Art und Weise, wie Wettervorhersagen mithilfe von Computermodellen der Atmosphäre gemacht werden.
F: Wie beschreiben diese Modelle die aktuellen Wetterbedingungen?
A: Diese Modelle beschreiben die aktuellen Wetterbedingungen anhand von Gleichungen, die Parameter wie Druck, Temperatur, Windrichtung und -geschwindigkeit berücksichtigen.
F: Wie werden diese Gleichungen gelöst?
A: Diese Gleichungen werden numerisch mit Hilfe eines dynamischen Systems von partiellen Differentialgleichungen gelöst.
F: Mit welcher Programmiersprache werden diese Gleichungen implementiert?
A: Die meisten dieser Gleichungen werden mit FORTRAN implementiert.
F: Warum werden Supercomputer für die Lösung dieser Gleichungen verwendet?
A: Supercomputer werden eingesetzt, weil die Anzahl der Berechnungen riesig ist und sie schnell abgeschlossen werden müssen.
F: Welche physikalischen Parameter werden bei der Modellierung des Wetters berücksichtigt?
A: Physikalische Parameter wie Druck, Temperatur, Windrichtung und -geschwindigkeit werden bei der Modellierung des Wetters berücksichtigt.
F: Kann diese Modellierung das Wetter genau vorhersagen?
A: Die Modellierung ist zwar nicht immer ganz genau, aber sie dient als nützliches Instrument zur Vorhersage zukünftiger Wettermuster.