Meteorologie: Warum der Wetterbericht verblüffend oft richtig ist

Von Jochen Stadler

Dienstag, 20. Mai 2014, Wien-Floridsdorf:
„Sehr unbeständig und schwül geht es durch den Tag. Zeitweise zeigt sich die Sonne, zeitweise ziehen jedoch auch dichte Wolken mit Regenschauern und Gewittern über die Stadt“, liest Renate Sommers auf ihrem Computerbildschirm den Wetterbericht für den kommenden Samstag. „Wunderbar“, mault sie. „Soll ich nun einen Braten für den Besuch kaufen und ins Rohr stellen oder Steaks einbeizen, die wir im Garten grillen können?“ Auch bei der Grafik haben sich die Wetterfrösche mehrere Optionen offen gelassen: Bei Wien ist eine halbe Sonne zu sehen, die über zwei dunkelgraue Regenwolken lugt. Sommers klickt die Wettervorhersage weg und beschließt, am nächsten Tag wieder nachzusehen; vielleicht gibt es dann schon eine genauere Prognose.

Es ist noch gar nicht lange her, da wurden Meteorologen gerne verlacht, denn das Wetter hielt sich nicht an ihre Vorhersagen. Doch heute berechnen sie manchmal auf die Stunde genau das Eintreffen von Gewitterfronten, und wenn sie einen Schönwettertag ankündigen, kann man den Regenschirm tatsächlich getrost zuhause lassen. Ihren Erkenntnisschub verdanken sie einem engmaschigen Netz an Messstationen, Satelliten, die das Wettergeschehen auch über den Ozeanen genau verfolgen, und schnellen Großrechnern, die Modellsimulationen mit Millionen von Daten durchführen können. Ein wichtiger Fortschritt ist auch, dass nicht stur das wahrscheinlichste Wettergeschehen präsentiert wird, sondern die Unsicherheiten der Prognosen, die je nach Wetterlage größer oder kleiner sind, genau berechnet und zumeist in den Wetterberichten berücksichtigt werden. Das schützt die Wetterfrösche nicht nur vor hämischen Witzen, sondern sogar vor Gerichtsklagen, denn die Vorhersagen werden nicht nur dazu genutzt, um Grillpartys und Wochenendspaziergänge zu planen, sondern auch Festivals, Schutzmaßnahmen vor Überflutungen und Stürmen, die Stromversorgung durch Windräder und sogar Bergtouren im Himalaja.

Besonders die österreichischen Meteorologen haben es nicht leicht, denn die hohen Gebirgszüge der Alpen beeinflussen die großen Luftströmungen, steile Berghänge verstärken lokal die Thermik um das Zwei- bis Dreifache. Im Gegensatz etwa zum Flachland in der östlichen Nachbarschaft müssen daher auch die Gebirge und Täler in den Modellberechnungen berücksichtigt werden. Das funktioniert heute mit den viel höher aufgelösten Modellen und dem sehr engmaschigen Netz von Messstationen viel besser als noch vor einigen Jahrzehnten.

Während man früher nur drei Mal am Tag Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit maß, gehen heute quasi Daten ständig ein, und zwar im Zehnminutentakt, erklärt Michael Staudinger, der Direktor der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) in Wien. Auch die Zahl der Messstationen hat sich vervielfacht, in eine Prognose fließen die Daten von mehr als 1000 Stationen in Österreich ein. Sie erfassen etwa die Temperaturen im Boden und auf der Erdoberfläche, die Lufttemperatur in verschiedenen Höhen, Wind, Druck, Temperatur, Niederschlag, die Strahlung und im Winter die Schneehöhe. „Insgesamt misst jede Station je nach Typ 15 bis 30 meteorologische Parameter“, sagt Andreas Schaffhauser, ebenfalls Meteorologe an der ZAMG.

Diese Messstationen sind vor allem für die kurzfristigen Vorhersagen wichtig, denn wie das Wetter hierzulande in ein paar Tagen wird, entscheidet sich meist ganz woanders, zum Beispiel über dem offenen Meer. „Was jetzt über dem Atlantik passiert, wirkt sich drei Tage später in Europa aus“, so Schaffhauser. Werde ein Tief vor Grönland oder Neufundland nicht entdeckt, sei die Dreitagesprognose für Europa im Eimer, und wenn das Ganze über dem Pazifik passiert, stimmt die Vorhersage für die nächsten fünf bis acht Tage nicht.

Da man dort freilich keine Wetterstationen aufstellen kann, wurde in den vergangenen Jahren extrem viel in Satelliten investiert, so Staudinger: „Bei den geostationären Wettersatelliten der ersten Generation war die Auflösung fast 100 Kilometer, bei den heutigen erdumlaufenden Satelliten beträgt sie weniger als einen Kilometer.“ Sie messen etwa die Rückstrahlung der Wolken über dem Meer und über dem Land, um die Luftfeuchtigkeit in verschiedenen Höhen zu berechnen. Ihre Radarsysteme könnten sogar die Bodenfeuchte ermitteln.

Mittwoch, 21. Mai:
Bis auf das Wettersymbol hat sich nichts geändert. Bei einer der beiden Wolken ist nun ein Blitz eingezeichnet. „Der Wind weht meist nur schwach. Frühtemperaturen um 17 Grad, Tageshöchsttemperaturen bei 23 Grad.“ Das war auch gestern schon zu lesen. Weiterhin keine Details, ob es nun eher in der Früh oder am Abend regnen wird. Aber einen Braten kann man nicht auf den Grill legen, während Steaks auch in der Pfanne lecker werden, überlegt Sommers. Außerdem kann man dann kurzfristig entscheiden. Möglicherweise verraten die Wetterfrösche morgen Genaueres.
In die österreichischen Wetterprognosen fließen Daten aus der ganzen Welt ein. „Dies funktioniert über die Weltorganisation für Meteorologie der Vereinten Nationen und klappte sogar in den Zeiten des Kalten Krieges sehr gut“, so Staudinger. Die internationale Zusammenarbeit begann mit einem Unglück im Krimkrieg. Eine Kaltfront hatte über 40 Schiffe der Briten und Franzosen am 14. November 1854 in einem Kriegshafen zerstört. Wären die Seeleute wenige Stunden davor gewarnt worden, hätten sie ihre Schiffe ins offene Wasser retten können und den Wettersturz wohl unbeschadet überstanden. Um solche Desaster in Zukunft zu vermeiden, beauftragte der französische Kaiser Napoleon III. einen seiner Astronomen, eine internationale Wetterorganisation aufzubauen. Dieser stellte fest, dass es in Europa zwar viele Wetterwarten gab, diese aber nicht miteinander vernetzt waren. Dazu konnte nun aber der eben erfundene Telegraf verwendet werden.

Heute funktioniert praktisch alles via Internet, und nicht nur Rohdaten werden ausgetauscht, sondern auch Wettermodelle gemeinsam erstellt und genutzt. Österreich ist, wie 30 andere Länder, Mitglied im Europäischen Zentrum für Mittelfristprognosen. Hier berechnen die Meteorologen großflächig, wie sich Wind und Wetter auf dem Globus entwickeln.
Um das Wetter von morgen vorherzusagen, füttern die Meteorologen ihre Computermodelle mit den aktuellen Daten und wagen zunächst eine Art Prognose in die Vergangenheit. In einem sogenannten „Assimiliationsmodell“ überprüfen sie, mit welchen Daten sie die Wettergeschehnisse der vergangenen Stunden nachvollziehen können und welche nicht dazupassen, weil vielleicht eine Messung fehlerhaft war oder das Computerprogramm eine Wolkenformation nicht korrekt erkannte. So kommen sie zu einem verlässlichen Datensatz, mit dem man auch in die Zukunft schauen könne, erklärt Staudinger. Nun berechnet der Computer, was in den nächsten Minuten, Tagen und Stunden in der Atmosphäre vom Boden bis in eine Höhe von gut 40 Kilometern passieren wird, indem er die Grundsätze der Thermodynamik strapaziert, also berücksichtigt, dass nichts an Energie und Impuls verlorengehen kann.

Für diese Simulationen zerlegt man die Erdatmosphäre in kleine Würfel und sagt zum Beispiel im Minutentakt vorher, wie sich die Temperatur, Luftfeuchtigkeit, der Wind und Luftdruck darin ändern, erläutert Reinhold Steinacker vom Institut für Meteorologie und Geophysik der Universität Wien. Dann wird berücksichtigt, welchen Einfluss dies auf die Nachbarwürfel hat. So entsteht eine Prognose, die umso genauer und verlässlicher ist, je dichter das Netz aus Messdaten ist, mit dem das Modell gespeist wurde.
„Diese Berechnungen sind nichtlineare Differenzialgleichungen, die man mit Bleistift und Papier nicht lösen kann, sondern näherungsweise nur durch Millionen von Rechenschritten“, so Klaus Stadlbacher von der ZAMG. Die grundlegenden Zusammenhänge und notwendigen Gleichungen waren schon lange bekannt, doch ohne eine „Heerschar von Rechnern nicht verwendbar“, meint Steinacker. Die modernen Wettermodellprognosen wurden also erst durch die enormen Fortschritte in der Computertechnik möglich. Und der Rechenbedarf der Meteorologen steigt weiterhin, denn jedesmal, wenn die Maschenweite der Messstationen und Satellitendaten enger wird, brauche man ein Mehrfaches an Rechnerkapazität, so Staudinger. Pro Zeitpunkt würden in einem globalen Wetterzentrum wie dem Europäischen Zentrum für Mittelfristvorhersage etwa 60 Millionen Einzeldaten verarbeitet, darum stünden dort ganze Hallen voller Rechner. In Österreich sei die Fläche, um die es geht, natürlich kleiner, doch die Auflösung umso feiner. Und so brauche die ZAMG für ihre Berechnungen auch einen Großrechner, der zu den 50 größten in Österreich gehört.

Donnerstag, 22. Mai:
„Sehr unbeständig und schwül geht es durch den Tag“, lautet die Prognose für Samstag. „Bereits in der Früh und immer wieder im Tagesverlauf kann es Regenschauer und Gewitter geben. Dazwischen zeigt sich immer wieder die Sonne.“ Renate Sommers kauft Steaks und Würstchen.
Die Unsicherheiten, mit der die Vorhersagen trotz aller Technik behaftet sind, könne man sich wie einen Kegel vorstellen, erklärt Staudinger. Die momentane Situation in ganz Österreich sei sehr exakt bestimmt, hier kenne man etwa die Temperatur über das ganze Land verteilt und sogar in verschiedenen Höhen auf ein Zehntel Grad genau. „Daran schließt nahtlos die Kurzfristvorhersage an, die für die nächste Stunde meist eine Sicherheit von 90 bis 95 Prozent hat.“ Hier würden sogar einzelne Gewitterzellen erkannt. Damit könne man zum Beispiel Gewitterwarnungen und Hagelprognosen verschicken. „Diese Systeme sind fast auf die Minute genau“, so Staudinger. Hat ein Spaziergänger ein Satellitennavigationssystem auf seinem Handy, kann er per SMS gewarnt werden, wenn eine Unwetterfront auf ihn zukommt.

Für die jeweils nächsten beiden Tage fällt die Genauigkeit auf etwa 80 Prozent ab. Große Wettergeschehnisse wie das Eintreffen einer Kaltfront könne man schon bis zu zehn Tage weit vorhersagen. Hier wissen die Meteorologen aber zunächst nur, dass sie kommt, jedoch nicht genau, wie stark sie sein wird, ob sie nun am Freitagabend oder erst Samstagmittag über Wien ziehen wird. Auch die örtliche Positionierung wird erst im Lauf der Zeit präziser.

„Manche Wettersituationen wie das typische Frühlingswetter, wo ein Tief nach dem anderen über den Atlantik nach Europa kommt, sind eine spannende Herausforderung für die Meteorologen“, berichtet Staudinger. Es sei sehr schwer zu sagen, welchen Weg Tiefdruckgebiete genau nehmen, doch gerade im Alpenraum mache es etwa für Kärnten und Oberösterreich einen großen Unterschied, ob sie ein bisschen weiter nördlich oder südlich ziehen. Gibt es hingegen ein großes, stabiles Hochdruckgebiet, seien die Prognosen viel einfacher.

Um zu erkennen, wie sicher oder unsicher ihre Vorhersagen sind, machen die Meteorologen sogenannte Ensembleprognosen. Sie ändern den Anfangszustand minimal und schauen, ob sich die Vorhersagen dadurch grob ändern. „Wenn der Meteorologe sieht, dass sich für das kommende Wochenende in 45 von 50 Modellläufen ein Mittelmeertief bildet, formuliert er die Prognose entsprechend“, so Schaffhauser. Geschieht dies aber nur in fünf von 50 Berechnungen, würde die Vorhersage umso vager formuliert. Dann heißt es Abwarten und verschiedene Möglichkeiten berücksichtigen.

Samstag, 24. Mai, acht Uhr:
Immer noch schwül und unbeständig. Gewitter bereits am Vormittag möglich – egal. „Am Nachmittag können diese auch durchaus stärker ausfallen.“ Weniger fein. „Zwischendurch ist es sonnig.“ Frau Sommers putzt trotzdem den Griller und holt Kohle aus dem Keller, in der Hoffnung, dass man sie brauchen wird. Das Fleisch wird mariniert und in den Kühlschrank gesteckt. Die Heurigenbänke werden aufgestellt, der Griller hergerichtet, aber mit einer Plane geschützt. Auch drinnen wird gedeckt. Man weiß ja nie.

Wenn die Prognosen besonders treffsicher sein müssen, verlassen sich die Meteorologen nicht nur auf ihre Rechner, sondern sehen sich die Situation genauer an und lassen ihr lokales Wissen in die Vorhersagen einfließen. So entstehen zum Beispiel hochpräzise Prognosen für Bergsteiger oder Veranstalter von Festivals. Diese können sich auch speziell beraten lassen – für Unternehmungen in den Alpen und auch den Rest der Welt. Manche Bergsteiger würden sich etwa regelmäßig per Satellitentelefon Rat holen, wann es ein „Schönwetterfenster“ von ein paar Tagen gibt, um den Mount Everest oder K2 zu besteigen, so Schaffhauser.

„Großräumige Systeme wie Tief- und Hochdruckgebiete und ihre Auswirkungen auf das lokale Wetter sind über viele Tage vorhersehbar, bei kleineren Systemen wie Gewitterwolken kann man aber nur sagen, ob etwa in einem gewissen Gebiet die Wahrscheinlichkeit für Gewitter oder Schauer sehr hoch ist“, erklärt Steinacker: „Wo es genau stattfindet, können wir erst sagen, wenn die Initialzündung stattgefunden hat.“

Wenn man im Labor einen Topf mit Wasser auf eine Herdplatte stellt und mit einer bestimmten Energie beheizt, kann man zwar genau berechnen, wann das Wasser zu kochen beginnt. „Wo die einzelnen Blasen aufsteigen, kann man aber nicht vorhersagen“, vergleicht der Meteorologe. Ebenso sei es bei bestimmten Wetterlagen unmöglich, mit numerischen Modellen vorherzusagen, wann und wo genau ein Gewitter oder Regenschauer stattfinden wird. „Wir haben auch nicht die Illusion, dass wir in ein paar Jahrzehnten die perfekte Wettervorhersage haben, denn dies ist von Natur aus limitiert“, so Steinacker: „Und ich finde diese Begrenztheit gar nicht schlecht.“

Samstag, 16 Uhr:
Weil es bislang trocken geblieben ist, wird der Griller angeheizt, die Tische werden im Garten gedeckt, und die Gäste warten auf die ­ersten Würstchen. Einzelne, fette Regentropfen lösen ängstliches Stirnrunzeln aus. Der anschließende Regenguss macht die Flucht ins Wohnzimmer notwendig. ­Jeder hat seinen Teller gerettet. So ist der Verlust der wenigen Steaks, Würstchen und Spieße, die gerade auf dem Griller schwammen und von Hagelkörnern weichgeklopft wurden, zu verschmerzen.

Infobox I

Symbolsprache
Wie man die die Fachbegriffe im Wetterbericht richtig deutet.

Wenn man nur wissen will, ob man einen Schirm einstecken sollte, reicht der Blick auf das Wettersymbol in der Prognose. Doch es schadet nicht, auch den Text darunter zu lesen. Das Sonne-Wolke-­Regen-Symbol kann zum Beispiel ­bedeuten, dass – wie beim typischen Aprilwetter – Sonne und Schauer den ganzen Tag über wechseln. Im Sommer heißt es vielleicht aber, dass es einen wunderschönen Bade- und Ausflugstag gibt und erst am späten Nachmittag ein kühlender Schauer kommt. Drittens wäre möglich, dass es nach einer Warmfront noch in der Früh ein bisschen regnet und dann tagsüber aufklart und schön wird.

Warmfront: Sie entsteht, wenn warme Luftmassen auf kalte treffen. Die leichtere, warme Luft gleitet langsam nach oben, kühlt ab und kann dadurch weniger Wasser speichern. Zunächst entsteht in der Höhe eine zarte Bewölkung, die Wolkenschicht wird immer dicker, und es beginnt allmählich zu regnen oder zu schneien.

Kaltfront: Sie bringt kürzere, aber heftigere Niederschläge als die Warmfront. Hier drängt schwere, kalte Luft die Warmluft in die Höhe, was vor allem im Sommer häufig zu sogenannten Frontgewittern führt.

Wärmegewitter: Sie entstehen meist zwischen Mai und September, wenn feuchte Luft tagsüber stark aufgeheizt wird, kondensiert und rasch anwachsende Haufenwolken bildet, die sich oft am Nachmittag oder Abend mit Blitz, Donner und Regenschauern entladen.

Mittelmeertief: ein ausgeprägtes Tief, das südlich der Alpen im Adria-Gebiet entsteht und starke, tagelange Niederschläge für Österreich bringen kann. Diese Großwetterlage entsteht eher im Sommer und führt öfters zu Hochwassersituationen.

Infobox II

Profis der Prognose
Die Österreicher und das ­Wetter – eine wechselhafte Beziehung.

Hingebungsvolles Jammern über das Wetter hat hierzulande große Tradition – es geschieht jedoch auf hohem Niveau. Die Österreicher haben in Wetterkunde ein gutes Hintergrundwissen und halten sich gern mit entsprechenden Berichten im Fernsehen, Radio, dem Internet und in Zeitungen auf dem Laufenden, fand der Umweltpsychologe Alexander Keul von der Universität Salzburg in einer Studie heraus. Ein häufiges Missverständnis sei allerdings, dass die Leute glauben, „stark bewölkt“ sei schlimmer als „bedeckt“, berichtet der Forscher. Dabei kann man bei starker Bewölkung immer noch eine Spur blauen Himmels sehen, während ein bedeckter Himmel tatsächlich nur mehr Grau in Grau ist.

In einem typischen Wetterbericht müssen die Redakteure und Sprecher mit knapp 165 Wörtern informieren, wo in Österreich gerade die Sonne scheint, wo es bewölkt ist und wo es regnet, dazu die allgemeine Situation des nächsten Tages beschreiben, die Temperaturen der Landeshauptstädte unterbringen und Vorhersagen zu den Höchsttemperaturen, der Bewölkung und den Niederschlägen abliefern. Allzu viel Kreativität sei beim Wetterbericht daher kontraproduktiv und lenke nur ab, meint Keul. Wettervorhersagen sind also offensichtlich selbst bei Starkregen ein ziemlich trockenes Geschäft.