Wetterlagenvorhersagen durch Musterwiedererkennung

Wetterlagen beinhalten eine weitaus höhere Bedeutung, als bislang bekannt ist: Sie können dadurch, dass sie "Wetter" in generalisierter Form darstellen Medium für ausführliche Analysen von Klimaentwicklungen sein. Noch bedeutender aber ist die Möglichkeit, Wetterlagenmerkmale viele Monate im Voraus zu berechnen. Darüber hinaus können Jahreszeiten-Witterungstrends weitere Jahre im voraus benannt werden.

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Im Gegensatz zur Südhalbkugel unserer Erde ist die Grenzlinie zwischen kalter Luft der Polargebiete und warmer aus dem Äquatorbereich nicht scharf begrenzt:


Südhemisphäre:


Nordhemisphäre:

Auf der Nordhemisphäre gibt es - im Gegensatz zur Südhemisphäre - Strömungshindernisse, wie etwa Land und Gebirge. Daher bildet die Polarfront Mäander, die schließlich für die Witterung Mitteleuropas zuständig sind. Wie diese genau entstehen ist schwer zu berechnen: Die Datenmenge ist sehr groß. Stattdessen können aber Grundstrukturen betrachtet werden: Hierzu dienen die Wetterlagen Mitteleuropas, die indirekt die Lage und Ausrichtung der Polarfront über Europa beschreiben.

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Das Verfahren:

Reduziert man die Eigenschaften unserer Wetterlagen auf prägnante Merkmale (meridionale und zonale Luftadvektion sowie Isobarenkrümmung),  lässt sich jede Wettersituation recht eindeutig einordnen, also klassifizieren. Dies ist notwendig, um daraus Werte zu ermitteln, die es schließlich ermöglichen, Vergleiche aus unterschiedlichen Zeitbereichen zu erstellen.

Wichtig ist dabei, dass klimatologisch vergleichbare Werte herangezogen werden, nämlich solche seit Beginn der aktuellen Erwärmungsphase Mitte der 70er Jahre. 

Um nun eine Vorhersage zu erwartender Wetterlagen zu tätigen wird aus einem aktuell gerade vergangenen Zeitbereich ein in der Vergangenheit dazu paralleler Witterungsablauf gesucht. Dabei helfen sogenannte Clusteranalysen, die Hinweise darauf geben können, aus welchen Jahren möglichst ähnliche Wetterlagenabfolgen stammen.

Die Vorhersage geschieht nun einfach, indem man die Witterung jener gefundenen ähnlichsten Jahre damals weiterverfolgt: Das ist - ganz allgemein - das Prinzip der Musterweidererkennung, angewandt auf Wetterlagen und somit auf Witterung.

Letztendlich bestand die Schwierigkeit nicht darin, solche ähnlichen Abläufe wiederzufinden sondern sie statistisch so aufzuarbeiten, dass nur diejenigen Eigenschaften verwendet werden, die für den Ablauf typisch sind: Sehr schnell kommen nämlich sich widersprechende Eigenschaften für den vorherzusagenden Bereich zustande und so heben sie sich gegenseitig auf, wenn man nicht ganz gezielt durch Filter steuernd eingreift.

Wesentliche Forschungsarbeit galt weiterhin der Stabilität solcher Vorhgersagen: Es ist gelungen sie durchschnittlich während der jeweils letzten 3 bis 4 Monate vor Eintreffen stabil zu halten. Nicht jede Veränderung der dreidimensionalen Wetterlagenkomponenten wirkt sich in der Umsetzung in Witterung aus, so dass Vorhersagekomponenten bis zu 11 Monate im Voraus erkannt werden können. Ab einem halben Jahr vor Eintreffen jedoch sind die Änderungen sehr überschaubar, also gering.

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Literatur:

Witterung ist ein Merkmal der durch die Polarfront beeinflussten gemäßigten Breiten, das deswegen auch Europa betrifft. Im Vergleich zu Wetter spielt sich Witterung in größeren zeitlichen und räumlichen Dimensionen ab.

Aufgrund der Vielzahl von Details ordnet man Wetter sinnvollerweise direkt der atmosphärischen Physik zu. Witterung hingegen stellt eine Generalisierung von Wetter dar, und da hier übergeordnete energetische Aspekte eine Rolle spielen, kann man neue Kriterien finden, um Witterung zu beschreiben. Nimmt man Witterung als eine Zeitqualität wahr, führt dies zu einer neuen Bewertung der meteorologischen Daten, die nämlich gleichzeitig witterungsbildende Merkmale darstellen. Dies hat interessante Konsequenzen auf die Art und Weise, wie der Begriff »Witterung« neu festgelegt werden kann, und eröffnet neue Perspektiven, etwa diejenige, Witterung über viele Monate im Voraus zu erkennen.

Der Autor zeigt neben diesem Novum Möglichkeiten auf, Wetter zusammenfassend als Witterung zu charakterisieren – hier spielen Wetterlagen eine entscheidende Rolle – und einen allgemeinverständlichen Zugang zum Begriff »Witterung« zu gewinnen. Mithilfe einer einfachen Vorgehensweise kann sich der Leser eine eigene Vorhersage erstellen, beispielsweise für den Hochsommer in Mitteleuropa.


Scholz, Ralf D.:

Witterung - Zeitphasen zwischen Wetter und Klima.

Verlag: R.G.Fischer Verlag

ISBN 978-3-8301-1425-3.