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Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

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16 1 Fernerkundung der Atmosphäre Vorhersagen. Die Unterbestimmtheit wird durch die Einbeziehung zusätzlicher Informationen reduziert. So werden physikalische Zusammenhänge zwischen den atmosphärischen Prozessen in die Festlegung des Anfangszustandes einbezogen, die allerdings aus vorherigen Messungen abgeleitet wurden. Damit werden aber Messungen von zurückliegenden Zeitpunkten für die Festlegung des augenblicklichen Zustandes (Anfangszustand für die Vorhersage) mitbenutzt. Die Definition des dreidimensionalen Anfangszustandes wird somit um die zeitliche (vierte) Dimension erweitert. Als Aufgabe der vierdimensionalen Datenassimilation kann formuliert werden: Der wahrscheinliche augenblickliche Zustand der Atmosphäre und die zugehörige Fehlerinformation (an allen Gitterpunkten) soll aus unvollständigen und fehlerhaften Beobachtungen zusammen mit einer näherungsweisen Beschreibung der Atmosphäre durch Modellgleichungen ermittelt werden. Die vierdimensionale Datenassimilation steht gegenwärtig im Mittelpunkt intensiver Forschungs- und Entwicklungsarbeiten, da eine genauere Erfassung des Anfangszustandes der Atmosphäre eine Verbesserung der numerischen Wettervorhersage verspricht. Es geht darum, die vorhandenen Beobachtungen optimal zu nutzen. Durch die Kombination verbesserter Assimilationsverfahren mit zusätzlichen Beobachtungen aus bisher datenleeren Gebieten wird eine spürbare Verbesserung der Vorhersagen erwartet. 1.5.2 Globale Wettervorhersagen Regelmäßige operationelle und globale Wettervorhersagen werden z.B. vom ECMWF und vom DWD bereitgestellt, die für 10 bzw. 5 Tage (DWD) im voraus gültig sind. Grundlage für die Vorhersagen sind meteorologische Analysen, die jeweils für die synoptischen Termine (00:00, 06:00, 12:00 und 18:00 UTC) durchgeführt werden. Beim DWD werden die Analysen für die Zeitpunkte 06:00 und 18:00 UTC mit dem Global-Modell (GME) als Grundlage für zwei Vorhersagen täglich genutzt. Dabei wird die Analyse für den jeweiligen Atmosphärenzustand jeweils 7 Stunden später in Kombination mit der Vorhersage durchgeführt (13:00 und 01:00 UTC). Der durch die Analyse ermittelte wahrscheinlichste Atmosphärenzustand wird zur Initialisierung der Vorhersage genutzt. Vorhergesagt werden Temperatur, relative Feuchte, Windrichtung und –geschwindigkeit und eine Vielzahl zusätzlicher Parameter (z.B. Bewölkung, Niederschlagswahrscheinlichkeiten, Wellenhöhen und –richtungen). Diese Werte werden mit einer Maschenweite von 60 km (DWD) bzw. 40 km (ECMWF) auf der Erdoberfläche für 31 (bis 31 km Höhe, DWD) bzw. 60 (bis 65 km Höhe, ECMWF) vertikale Schichten bereitgestellt. Die Vorhersagen werden über den Vorhersagezeitraum mit jeweils 6 h zeitlichem Abstand bereitgestellt [ECMWF, 2001a; DWD, 2000]. 1.5.3 Operationelle Bereitstellung von meteorologischen Daten Die Eingabedaten für die Datenassimilation im Rahmen der operationellen Wettervorhersage müssen Anforderungen bezüglich ihrer zeitlichen Verfügbarkeit erfüllen, die hier kurz am Beispiel der Wettervorhersage des DWD erläutert werden, die um 01:00 UTC durchgeführt wird (Kap. 1.5.2). Diese Vorhersage basiert auf der meteorologischen Analyse des globalen Atmosphärenzustandes für den synoptischen Zeitpunkt 18:00 UTC des Vortages. Zu Berechnung werden meteorologische Daten benutzt, die im Zeitintervall zwischen 15:00 und 21:00 UTC gemessen werden. Ein Radiosondenprofil, das 21:00 UTC

1.5 Datenassimilation und Wettervorhersage gemessen wurde, muss demzufolge bis 01:00 UTC des folgenden Tages an das Vorhersagezentrum übertragen werden. Das Zentrum benötigt allerdings durch eine umfangreiche Qualitätskontrolle der Daten noch einen zeitlichen Vorlauf von ca. 1 h [DWD, 2000], woraus eine maximale Zeitspanne für die Datenübertragung der 21:00 UTC- Messungen von 3 Stunden resultiert. Für Messungen, die 15:00 UTC stattfanden, also auch noch für die 18:00 UTC-Analyse berücksichtigt werden, beträgt diese Zeitspanne 9 Stunden. Somit besteht die Anforderung einer maximalen Zeitdifferenz von 3 Stunden zwischen Messung und Datenbereitstellung für die Wettervorhersage des DWD (Verfügbarkeit der in diesem Falle aktuellsten, der 21:00 UTC-Messungen). 17

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