Europäisches Wettermodell für präzise Vorhersagen

Ein numerisches Wettermodell (Direct Model Output, DMO) errechnet computergestützt und auf Basis von gemessenen Daten, lokal gemessen als auch fern erkundet, den aktuellen Zustand der Atmosphäre und den Zustand der Zukunft. Dabei kommen komplexe physikalische Gleichungen zum Einsatz, die von Hochleistungsrechnern mit enormer Leistung gerechnet und zu hochaufgelösten Wetterprognosen verarbeitet werden.

Auflösung von Wettermodellen

Bei der Verwendung von Wettermodellen wird zwischen räumlicher und zeitlicher Auflösung unterschieden. Eine hohe räumliche Auflösung bei Wettermodellen heisst beispielsweise, dass es innerhalb eines Kilometer einen Datenpunkt gibt. Mit einer hohen räumlichen Auflösung von einem Kilometer oder weniger können viele lokale und dynamische Effekte abgebildet werden, wodurch sich die Wetterprognosen auf lokaler Ebene stark verfeinern und somit verbessern.

Welche Wettermodelle gibt es?

In Europa gibt es eine Vielzahl an unterschiedlichen Wettermodellen zur globalen als auch lokalen Vorhersage des Wetters. Um Wetterprognosen zu erhalten, wird die Erde bei einem numerischen Wettermodell mit einem dreidimensionalen Gitternetz überzogen. Für jeden Gitterpunkt werden relevante Parameter für verschiedene Höhen in festen Zeitschritten berechnet. Abhängig vom Wettermodell liegen die Gitterpunkte unterschiedlich weit auseinander, wodurch die Auflösung der Modelle variiert.

Globale Wettermodelle

Bei globalen Wettermodellen ist eine Maschenweite von 10 bis 50 Kilometer üblich. In der Regel reicht das aus, um den Zustand in der höheren Atmosphäre optimal vorherzusagen. Doch die Topografie unterhalb der horizontalen Auflösung (10-50 Kilometer) kann dabei nicht erfasst oder in Modelle eingebunden werden. Feinskaligere Ereignisse, wie z. B. Gewitter können dadurch nicht modelliert werden. So können Prognosen von Bodenparametern, wie Bodenwind, Höchst- oder Tiefsttemperatur, zu lokaler Ungenauigkeit führen. Eine höhere Auflösung globaler Modelle ist erforderlich, um diese Datenlücken schließen zu können.

Beispiele für globale Wettermodelle sind unter zahlreichen anderen: das amerikanische Global Forecast System (GFS) mit rund 25 km Auflösung und das Vorhersagemodell des European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) mit rund 10 km Auflösung.

Lokale Wettermodelle

Die Gitterpunkte lokaler Wettermodelle liegen im Gegensatz zu den globalen Wettermodellen deutlich näher beieinander. Üblich sind hierbei 1 - 15 km. Es gilt: umso näher, desto besser die Auflösung der einzelnen Modelle. Das erfordert einiges mehr an Rechnerkapazität und wird deshalb nur für einen Zeitraum von 1 bis 3 Tagen berechnet.

Ein lokales Wettermodell kann oftmals nur für begrenzte Regionen bemessen werden. Um relevante Einflüsse, die von ausserhalb einer bestimmten Region kommen, mit einzubeziehen, werden die Ränder der globalen Modelle berücksichtigt. Dieses Prinzip nennt sich “Nesting” und soll an den Rändern für bessere Modellvorhersagen sorgen.

Beispiele für lokale Wettermodelle sind unter zahlreichen anderen das DWD-ICON EU mit rund 5 km Auflösung.

Wie funktionieren Wettermodelle?

Das Rechengebiet wird mit Gitterzellen diskretisiert. Auf diese Weise lassen sich relevante physikalische Grössen wie Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchte, Windrichtung und Windgeschwindigkeit im dreidimensionalen Raum als Funktion der Zeit darstellen. Der Zustand der Atmosphäre und Veränderungen wird als System partieller Differentialgleichung modelliert. Mit Verfahren der Numerik werden diese komplexen Gleichungen gelöst. Hierbei kommen Hochleistungsrechner zum Einsatz.

Fehlerquellen bei Wettermodellen

Der Vorhersagequalität von Wettermodellen sind in der Regel Grenzen gesetzt. Hierbei können grundsätzliche Fehlerquellen auftreten, wie zum Beispiel:

• Unzureichende Modellauflösung (horizontal und vertikal): Prozesse, die sich unter der Modellauflösung abspielen, können nicht optimal vorhergesagt werden.

• Ungenauigkeit in den Anfangsbedingungen: Je weniger Observationsdaten in das Modell zum Zeitpunkt 0 einfliessen, desto weniger realistisch ist der Ausgangszustand des Modells und desto ungenauer wird auch die nachfolgende Vorhersage.

• Mangelhafte Modellparametisierung: Fehler in den Modellgleichungen (im Programmcode) können zu falschen Vorhersagen führen.

• Numerischer Vorhersagefehler: Die Lösung der Gleichungen beinhaltet numerische Rundungsfehler, die sich während der Modelllaufzeit zu grösseren Fehlern auf akkumulieren können.

EURO1k ist ein extrem feinskaliges Wettermodell für ganz Europa, welches von unserem Experten-Team auf eine Auflösung von 1 km gerechnet wird. Diese Auflösung ist für ein Wettermodell absolut einzigartig. Das EURO1k von Meteomatics ist somit in der Lage, räumlich und zeitlich hochpräzise Prognosen europaweit zu erstellen. Und das vollkommen individuell für relevante Branchen. Hierbei werden zahlreiche Messdaten verschiedener europäischer Länder zu einem Modell hinzugefügt und weitere Wetterdetails einarbeitet.

Mit einer hohen zeitlichen Auflösung gelingt es uns, die Wetterprognosen hinsichtlich des zeitlichen Geschehens der Wetterereignisse nochmal stark zu verbessern. Unsere Wetterdaten werden durch die Modellrechnungen in einer Auflösung von 20 Minuten bereitgestellt. Mittels Daten-Interpolation können die Daten in einer Auflösung von bis zu 1 Minute ausgegeben werden.

Genauigkeit der Prognosen

Regelmässige Aktualisierungen, Downscaling-Algorithmen und eigene Messtechnik schaffen eine hohe Präzision einzelner Wetterprognosen. Bei der Modellentwicklung sorgen unsere Experten zusätzlich durch laufende Evaluierungen der Weiterentwicklungen für eine schrittweise Steigerung der Genauigkeit.

Zugang zu EURO1k

Vorteile des europäischen Wettermodells EURO1k

Der Standard bei globalen Wettermodellen liegt bei einer Auflösung von 20 km. Somit ist das EURO1k in ganz Europa das erste und bisher einzige Modell, welches eine feinskalige Auflösung abdeckt, die selbst kleinräumigste meteorologische Phänomene (Gewitter, Hagel, Sturm etc.) modellieren kann. Auf genauesten Geodaten basierenden Downscaling-Algorithmen erreicht das 1 km-aufgelöste EURO1k sogar Modellauflösungen von bis zu 90 Metern. Um die Prognosen weiter zu verfeinern, wird das europäische Wettermodell stündlich mit den aktuellsten Wetterdaten neu gerechnet.

Wie funktioniert das EURO1k?

Ein Wettermodell ist immer nur so gut, wie seine Anfangsbedingungen. Daher sind qualitative Gegebenheiten für die Berechnung entscheidend. Für die Randbedingungen braucht das EURO1k Werte ausserhalb von Europa. Hierbei kommt das Globalmodell ECMWF-IFS zum Einsatz, welches in seiner Vorhersagequalität global als qualitativ führend gilt. Die native Darstellung des Modells beträgt normalerweise 9- 14 km.

Alle darin existierenden Messdaten werden in unser europäisches Wettermodell assimiliert und mit einer 1 km Auflösung gerechnet. Hochkomplexe Datenassimilation und Downscaling-Technologien werden eingesetzt, um noch präzisere Vorhersagen abbilden zu können.

Randbedingung: ECMWF-IFS

• räumliche Auflösung: 0,1° (~9 km)
• zeitliche Auflösung: bis zu 1 Stunde
• Vorlaufzeit: 10 Tage (6 und 18 UTC bis zu 90 Stunden)
• Updates pro Tag: 4

Downscaling

Die Ergebnisse der Modellberechnungen werden mittels Downscaling nachbearbeitet. Die 1 km-aufgelösten Daten werden auf eine noch feinere Auflösung herunterskaliert, in dem Fall auf 90 m. Möglich ist das durch das NASA-Terrainmodell, welches wir bei der Berechnung mit einbeziehen. Auf diese Weise können wir von hochauflösende Landnutzungsdaten, Boden-, Geländedaten, astronomischen Berechnungen und anderen Quellen Gebrauch machen. Im letzten Schritt werden die aktuellsten Observationen in die Vorhersagen kalibriert.

Durch eine Verfeinerung verschiedener Messdaten mittels Downscaling gelingt es uns eine nie dagewesene Genauigkeit, insbesondere auf lokalem Level zu erreichen. Besonders Kunden, die oft lokalen Tätigkeiten nachgehen und vom lokalen Wetter abhängig sind, erfahren durch verfeinerte Daten einen grossen Mehrwert. Dazu gehört zum Beispiel die Produktion von erneuerbaren Energien, die Einflüsse auf Transportrouten oder der Betrieb eines Flughafens.

Innovative Messtechnik mit Wetterdrohnen

Um Wettervorhersagen in Zukunft noch genauer zu machen, sammeln wir als einziges Unternehmen auf der Welt atmosphärische Daten mit unseren selbst entwickelten Wetterdrohnensystem „Meteodrones“.

Das europäische Wettermodell kann mit Drohnendaten an bestimmten Orten verfeinert werden. Wir platzieren unsere Wetterdrohnen auf Wunsch dort, wo es Datenlücken gibt. Für den Fall, dass ein verifiziertes Modell Probleme beim Messen von Nebel hat, wird an dieser Stelle eine Drohnenstation platziert und relevante Messdaten erfasst. Diese werden dann dem europäischen Wettermodell zugeführt, wodurch die Prognose im Umfeld der Drohne nochmal verfeinert und verbessert wird.

Mehr über Meteodrones erfahren

EURO1k ist nicht im regulären API Zugang enthalten. EURO1k kann aber bei
einer konkreten Anfrage über die API freigeschaltet werden. Über unsere Wetter API erhalten Sie permanenten Zugriff auf das europäische Wettermodell EURO1k. Nutzen Sie mit dem EURO1k Zugang die volle Bandbreite an relevanten Wetterdaten.

Falls Sie Interesse an einem Zugang zum neuen EURO1k haben füllen Sie bitte das nachfolgende Kontakformular aus. Wir freuen uns auf Ihre Anfrage.