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"Lothar"-Workshop

Am 3. Juli 2000 fand beim DWD in Offenbach ein Workshop über den Weihnachtsorkan "Lothar" statt. Zu der gut besuchten Veranstaltung kamen neben Mitarbeitern des DWD auch Vertreter von Universitäten, aus Forschungseinrichtungen der Max Planck-Gesellschaft, der Hermann von Helmholtz-Gemeinschaft und der Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried Wilhelm Leibnitz und der MeteoSchweiz.

Ziele des Workshops:

  • Was wissen wir über das Phänomen?
  • Was haben wir daraus gelernt?
  • Wie geht es weiter?
  • Wie kann eine möglichst optimale Nutzung der numerischen Wettervorhersage gestaltet werden?
Ergebnisse der Diskussionen:
  • Die Ursache der Fehlprognosen der Modellkette GME und LM lag in der Datenassimilation des GME. Das Problem wurde behoben.
  • Die Qualitätskontrolle der Bodendruckbeobachtungen im LM wurde durch Einführung eines neuen Verfahrens verbessert.
  • Die Qualitätskontrolle der Beobachtungsdaten muss für den Synoptiker transparent gestaltet werden (z. B. Anzeige der verworfenen Beobachtungen in MAP). Es sollen Möglichkeiten der Einflussnahme untersucht werden.
  • Es fehlen statistische Interpretationsverfahren für LM, die den stochastischen Charakter der Modellausgabe berücksichtigen.
  • Der Aufbau einer nach meteorologischen Kriterien organisierten Ereignisdatei findet großes Interesse.
Kurze Zusammenfassung der einzelnen Beiträge

1. Analyse des Phänomens und klimatologische Bewertung
Herr Kurz (Geschäftsbereich Basisdienste) stellte zunächst quasigeostrophische Konzepte zur Theorie der Zyklogenese vor, um sie dann mit Hilfe der operationellen GME- und EZMW-Analysen diagnostisch auf "Lothar" anzuwenden. Es wurde die Entwicklung von "Lothar" mit anderen Stürmen des vergangenen Winters verglichen. Die besonders schnelle Entwicklung von Lothar in der Nacht vom 25. zum 26.12.1999 war mit diagnostischen Ansätzen am 25.12.99 nicht vorhersagbar gewesen. Es wurde auf die in diesem Fall verbesserungsbedürftige Qualitätskontrolle der Beobachtungsdaten durch die numerische Analyse hingewiesen. In der Diskussion wurde gefordert, die Qualitätskontrolle der numerischen Analyse durch Kennzeichnung verworfener Beobachtungen für den Synoptiker transparent und möglicherweise kontrollierbar zu gestalten.

Herr Hächler (MeteoSchweiz) berichtete über extreme Sturmschäden in der Schweiz. Der Holzwurf durch den Sturm war um den Faktor 2,6 größer als der mittlere Jahreseinschlag. Als Ursache für diese großen Schäden wird der im Zusammenhang mit der herannahenden Zyklone "Lothar" aufgetretene Föhnsturm vermutet. Der Vergleich der Zeitreihen der Windgeschwindigkeit von "Lothar" mit denen von "Vivian" (1990) zeigte, dass "Lothar" ein vergleichsweise kurzes Ereignis gewesen ist. Die Windgeschwindigkeiten waren nicht höher als bei "Vivian". Die Auswertung einer Extremwertstatistik ergab, dass in der Schweiz "Lothar" nicht als ein klimatologisch außergewöhnliches Ereignis bewertet werden kann. Die mittlere Wiederkehr eines solchen Sturms liegt je nach Station zwischen 7 und 14 Jahren. Es wurden Untersuchungen zitiert, nach denen die Sturmhäufigkeit in der Schweiz geringfügig abnimmt.

Herr Dittmann (Geschäftsbereich Forschung und Entwicklung) erläuterte, dass sich "Lothar" durch einen extremen Druckfall ausgezeichnet hatte, der vorher nicht beobachtet wurde. Eindeutige Trends der Sturmhäufigkeit, gemessen an verschiedenen Parametern, sind bisher nicht zu erkennen. Eine ausführliche klimatologische Bewertung der Winterstürme wurde von der Abteilung Klima und Umwelt im Internet veröffentlicht (s. "Produkte" in KLIS). Die Abteilung Klima und Umwelt legt zur Zeit eine Ereignisdatei an, wo nach meteorologischen Kriterien geordnet Informationen über extreme Wetterereignisse gesammelt werden. Im Rahmen von ECSN sollen diese Informationen im Internet veröffentlicht werden.

2. Ursachen der Fehlvorhersagen der Modelle und Maßnahmen
Herr Majewski (Geschäftsbereich Forschung und Entwicklung) analysierte die Ursachen für die Fehlvorhersage des GME für den 26.12.1999 im Hauptlauf des Modells vom 24.12.1999, 12 UTC und wies nach, dass das Modell im sogenannten Vorlauf von diesem Termin eine brauchbare Vorhersage geliefert hatte (s. Orkan Lothar). Die Ursache für die Unterschiede der beiden Vorhersagen konnte auf die Daten einer Radiosondenstation vor der nordamerikanischen Ostküste zurückgeführt werden. Es wurde gezeigt, dass durch eine einfache Änderung des Zeitfensters für die verwendeten Beobachtungsdaten von 6 auf 3 Stunden in der Datenassimilation die Vorhersagegüte des GME für verschiedene Winterstürme wesentlich verbessert werden konnte . Diese Änderung ist seit einigen Wochen operationell eingeführt. Derzeit wird die Qualitätskontrolle der Beobachtungsdaten und die Verwendung von Fernerkundungsdaten in der Datenassimilation verbessert und ausgebaut.

Herr Schraff (Geschäftsbereich Forschung und Entwicklung) demonstrierte mit Fallstudien die Funktion der Nudging-Analyse des LM. Es wurde auch darauf hingewiesen, dass die Vorhersagen des LM stark von der Genauigkeit der Randwerte, also von der GME-Vorhersage, abhängen. Im Fall von Lothar wurden einige Bodenbeobachtungen von der Qualitätskontrolle zurückgewiesen. Durch Einführung einer Berücksichtigung der Drucktendenzen in die Qualitätskontrolle konnten wesentlich verbesserte Simulationen für die Winterstürme erreicht werden. Diese Änderung fand inzwischen Eingang in die operationelle Version. Das LM erbringt auch nützliche Beiträge zu Kürzestfristprognosen; das zog in der Diskussion die Forderung nach sich, LM für Kürzestfristvorhersagen mit kontrollierbarer Qualitätskontrolle bereitzustellen, um die Unsicherheit der Analyse abschätzen zu können.

3. Weitere Entwicklungen
Herr Fiedler (Universität Karlsruhe) zeigte zunächst die am Institut für Meteorologie und Klimaforschung gewonnenen Beobachtungen während "Lothar". Dabei erwähnte er auch, dass in der Firmware eines Ultraschallanemometers eines bekannten Herstellers nicht dokumentierte Schwellwerte von 25 m/s eingebaut sind. Mit ähnlichen Instrumenten wurden Spitzenböen von über 50 m/s gemessen. Mit dem Karlsruher Radar konnten interessante Strukturen der Niederschlagsverteilung gezeigt werden. Es wurde erläutert, dass eine obere Grenze der Auflösung eines Modells existieren muss, oberhalb der die Informationen aus einem Vorhersagemodell nicht mehr deterministisch sondern stochastisch interpretiert werden müssen.

Frau Theis (Universität Bonn) präsentierte die Ergebnisse einer Ensemble-Vorhersage mit dem LM, bestehend aus 6 Einzelvorhersagen, die sich durch stochastische Störungen der Orographie und der Rauhigkeitslänge unterschieden. Die Standardabweichung dieser Störungen betrug dabei 10% der im LM operationell verwendeten Werte der Geländehöhe und der Rauhigkeitslänge. Damit sollte der Einfluss der Unsicherheit dieser Parameter (z. B. auf Grund nicht aufgelöster subskaliger Strukturen) gezeigt werden. Während erwartungsgemäß der Einfluss der Störungen auf das Windfeld während "Lothar" nur gering war, wurde das Niederschlagsfeld stark beeinflusst. Die Standardabweichung des Niederschlags erreichte Werte um 50% der Niederschlagssumme. Diese Ergebnisse belegen, dass bei der Interpretation der Vorhersagen hochauflösender Modelle noch ein erheblicher Entwicklungsbedarf besteht. Insbesondere muss der stochastische Charakter einer hochauflösenden Vorhersage mit in die Interpretation einbezogen werden. Diese vom DWD finanzierte Studie liefert dazu einen Beitrag.

Herr Heise (Geschäftsbereich Forschung und Entwicklung) erläuterte die laufenden Arbeiten zur Weiterentwicklung des LM in der 7 km - Version. Zur Zeit wird zusammen mit den Partnern aus COSMO (consortium for small scale modelling) an Verbesserungen der Turbulenzparametrisierung, des Erdbodenmodells (Vegetation und Gefrierprozess), der Niederschlags- und Konvektionsparametrisierung gearbeitet. Außerdem werden Verbesserungen in der Numerik (Advektion, Koordinatensystem) untersucht.


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Stand: 6.7.2000
Autor: Dr. Gerhard Adrian