Satellitenmeteorologie (Teil 4) – Futterspender für Vorhersagemodelle

Wettersatelliten sind in der heutigen modernen Meteorologie nicht mehr wegzudenken. Während wir in den bisherigen Themen über Satellitenmeteorologe hauptsächlich den Nutzen von Satellitenbildern und -filmen für die Wetteranalyse und Kürzestfristvorhersage beleuchtet haben, zeigen wir heute, dass die Daten von Wettersatelliten auch für die klassische Vorhersage unverzichtbar geworden sind. Aber gibt es hierfür nicht Wettermodelle, die das Wetter für die zukünftigen Tage berechnen? Genau! Aber gerade diese numerischen Wettervorhersagemodelle benötigen Daten von Wettersatelliten als wichtiges Futter, um mit ihren Berechnungen loslegen zu können. Im heutigen Thema des Tages geben wir einen kurzen Einblick, warum die von Satelliten gewonnenen Informationen so unerlässlich sind.

Dazu muss man zunächst wissen, dass Wettermodelle ganz zu Anfang einer jeden Vorhersage erst einmal den Zustand der Atmosphäre zum aktuellen Zeitpunkt so gut wie möglich kennen müssen, um überhaupt das Wetter für die Zukunft vorhersagen zu können. Man nennt diesen Anfangszustand auch Wetteranalyse. Dazu dienen natürlich die unzähligen Wetterstationen, die rund um den Globus nach einheitlichen Standards wichtige Messgrößen wie Temperatur, Feuchte, Luftdruck, Wind und Niederschlag erfassen. Diese Wetterstationen messen zwar sehr präzise, aber nur an einem bestimmten Ort. Jeder kennt es – schon wenige Kilometer entfernt kann das Wetter ganz anders sein. Zudem sind Wetterstationen nicht gleichmäßig auf der Erde verteilt. Insbesondere über Ozeanen und Wüstengebieten gibt es kaum oder keine Messungen. Auch hier könnte man sich wieder fragen, weshalb man wissen muss, wie das Wetter mitten in der menschenleeren Sahara oder in der Wüste Gobi aussieht. Da die globale Zirkulation aber rund um den Globus stattfindet, benötigen Wettermodelle genau diese Information, um das Wetter auch bei uns zuverlässig vorhersagen zu können. Für eine Vorhersage ist für die Modelle zudem die Kenntnis des Zustands der Atmosphäre in verschieden Höhen erforderlich. Diese Daten werden gewöhnlich mithilfe von Radiosonden gewonnen, die entlang ihres Aufstiegs Vertikalprofile von Temperatur, Feuchte und Wind messen. Auch Flugzeuge liefern entlang ihrer Flugroute wichtige Wetterdaten.

Alle bisher genannten Messungen haben jedoch das entscheidende Problem, dass sie nur punktuell oder entlang einer Flugroute messen und es somit große Datenlücken gibt. Hier kommen die Wettersatelliten ins Spiel, da sich diese Beobachtungslücken mithilfe von Satellitendaten verkleinern oder sogar schließen lassen. Satelliten monitoren die Atmosphäre flächendeckend rund um den Globus, also auch in den Datenwüsten. Sie liefern somit essentielle Daten für die Wetteranalyse, ohne die eine präzise Vorhersage nicht möglich wäre. Beispielsweise fließen Oberflächentemperaturen von Wolken in die Modelle ein. Aus der Verlagerung von Wolken- und Feuchtestrukturen im zeitlichen Verlauf können Windvektoren abgeleitet werden. Vor allem die polarumlaufenden Satelliten (siehe Satellitenmeteorologie – Teil 3) können sogar Vertikalprofile von Temperatur und Feuchte oder Windvektoren an der Meeresoberfläche ableiten. Durch aufwändige Nachbearbeitung all dieser Satelliteninformationen erhalten wir so ein dreidimensionales Bild der globalen Wetterküche, inklusive Temperatur, Feuchte, Windgeschwindigkeit und Windrichtung. Dieses trägt enorm zur Qualitätsverbesserung der Wetteranalyse zu Beginn der numerischen Wetterprognose bei – insbesondere in Regionen oder atmosphärischen Höhen ohne ausreichende Beobachtungsdaten.

Wenn aber die Satelliten ein so umfassendes Abbild vom Zustand der Atmosphäre bereitstellen, wieso benötigt man dann überhaupt noch die zahlreichen anderen Messungen? Der Haken an der Sache ist, dass die Informationen von Satelliten zwar räumlich lückenlos, aber recht ungenau sind. Dies liegt vor allem daran, dass die Satelliten aus großen Höhen die Erde abtasten und daher nicht direkt vor Ort messen. Außerdem erfassen die Satelliten nur Strahlungsintensitäten in unterschiedlichen Spektralbereichen (siehe Satellitenmeteorologie – Teil 1) und nicht die meteorologischen Parameter selbst. Vertikalprofile für Temperatur und Feuchte müssen erst mit komplexen Verfahren aus den Strahlungseigenschaften abgeleitet werden, was zu größeren Ungenauigkeiten führt. Die Vorteile von Wettersatelliten liegen also zweifelsohne in der lückenlosen dreidimensionalen Abdeckung. Demgegenüber versorgen das weltweite Messnetz aus Wetterstationen und Radiosonden das Modell mit sehr präzisen direkten Messungen der meteorologischen Parameter, die aber nur punktuell vorhanden sind. Mit der Kombination von Satellitendaten und ortsbezogenen Messungen kann der Zustand der Atmosphäre bestmöglich bestimmt werden und der Vorhersage des zukünftigen Wetters steht nichts mehr im Wege.

Dr. rer. nat. Markus Übel (Meteorologe)

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 16.04.2021

Copyright (c) Deutscher Wetterdienst