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Wettermodelle bilden das Geschehen in der Atmosphäre mit mathematischen Formeln ab. Diese numerischen Vorhersagemodelle gelten heute als Standard bei der Erstellung von Wetterprognosen. In den letzten Jahrzehnten wurden erhebliche Fortschritte über das Verständnis der physikalisch-chemischen Prozesse in der Atmosphäre erzielt. Auch hat sich die räumliche Auflösung (Maschenweite) der numerischen Modelle deutlich verbessert.
Wie Unsicherheiten entstehen
Trotz der erzielten Fortschritte werden einige Prozesse noch nicht ausreichend durch numerische Modelle abgebildet. Manche werden noch immer mit Hilfe von Parametrierungen dargestellt, das heisst ein Prozess wird nicht «physikalisch» anhand eines oder mehrerer physikalischer Gesetze abgebildet, sondern auf vereinfachte Weise anhand einer Ersatzmethode.
Eine weitere Unsicherheit entsteht dadurch, dass die Messwerte der einzelnen Parameter, die den Zustand der Atmosphäre zu Beginn der numerischen Simulation beschreiben, nicht eindeutig bekannt sind. Dies obwohl die hohe Beobachtungs- und Messfrequenz (zum Beispiel durch Bodenstationen und verschiedene Messnetze zur Erfassung der Atmosphäre kontinuierliche Verbesserungen ermöglicht.
Diese Werte (auch Anfangsbedingungen genannt) sind wichtig, um die Modellsimulationen in Gang zu bringen. Aufgrund der chaotischen Natur der Atmosphäre können kleine Unterschiede oder Unsicherheiten in den Anfangsbedingungen zu grossen Unterschieden zwischen den Simulationen desselben numerischen Vorhersagemodells führen.
Wie Untersicherheit quantifiziert wird
Folglich ist jede Wettervorhersage mit einer gewissen Unsicherheit behaftet. Um diese Unsicherheit zu quantifizieren, wird bei numerischen Modellen ein sogenannter «Ensemble»-Ansatz verwendet. Das bedeutet, dass für denselben Zeitraum mehrere Szenarien mit demselben numerischen Modell berechnet werden, jedoch mit leichten Modifikationen – beispielsweise bei den Anfangsbedingungen, die als Startparameter für die Simulationen eingegeben werden. Im Gegensatz dazu wird ein Ansatz, bei dem nur ein einziges Szenario berechnet und dargestellt wird, als «deterministisch» bezeichnet.