12.03.2010

Von Reissäcken und Schmetterlingen

Was haben Reissäcke mit dem Frühlingserwachen zu tun?

Dieser Tage werden die Meteorologen mal wieder besonders in Beschlag genommen: „Wann kommt der Frühling?“ ist die Frage, welche nach wie vor einer Antwort harrt. Mit wachsender Ungeduld hört man auch schon mal die Frage, warum man dies noch nicht vorhersagen kann. Wo liegen die Grenzen der Vorhersagbarkeit des Wetters?

Eines ist ziemlich gewiss, nämlich dass man es sich kommendes Wochenende durchaus drinnen gemütlich machen kann, da das Wetter in den kommenden Tagen ziemlich schmuddelig, nasskalt und wenig frühlingshaft ausfällt. Das entnimmt man den Aussichten des Wetterberichtes. Doch gibt es da vielleicht noch mehr zu wissen, gibt es geheime Insider-Informationen, die dem Otto-Normalverbraucher vorenthalten werden?

Tatsächlich berechnen die Wettermodelle die Entwicklungen in der Atmosphäre bis zu zwei Wochen in die Zukunft. Na also, binnen zwei Wochen kommt der Frühling doch bestimmt. Wieso sickern da keine Informationen darüber durch? Fürchtet man etwa eine Massenhysterie? Natürlich nicht. Mit dem sogenannten Vorhersagehorizont ist so eine Sache – er ist nämlich beschränkt und liegt deutlich unterhalb der angesprochenen zwei Wochen. Man könnte ein Wettermodell auch ein Jahr in die Zukunft rechnen lassen, ob dabei aber verlässliche Vorhersagen erzeugt werden, darf angezweifelt werden.

Um diesen Vorhersagehorizont abzuschätzen kann man ein und dasselbe Computermodell mit minimal unterschiedlichen Anfangsdaten füttern, dem ursprünglichen Wetterzustand also, um dann zu prüfen nach welcher Zeit die unterschiedlichen Vorhersagen auseinanderlaufen. Typischerweise führt man dies etwa 30-mal durch und erhält dadurch ein ganzes Ensemble an Vorhersagen. Die Unterschiede der Eingangsdaten liegen dabei innerhalb der normalen Toleranz, der auch die Messungen unterliegen – man kann eben Temperatur, Luftdruck, Feuchte, etc. nicht beliebig genau messen.

So erhält man eine längerfristige Prognose, wie beispielsweise die Temperatur in der freien Atmosphäre über Karlsruhe, die in obiger Abbildung bis zum 23. März, also 11 Tag weit in die Zukunft reicht. Deutlich zu erkennen ist die Bandbreite, graue Unsicherheitsbereich, innerhalb dessen sich die Temperaturentwicklung dieser 30 Vorhersagen bewegt. Bereits nach Vier Tagen sind deutlich unterschiedliche Entwicklungen zu sehen und ab Ende kommender Woche liegt die Bandbreite trotz einer sich andeutenden Milderung zwischen einem erneutem Rückfall in spätwinterliche Bedingungen und einem eindeutigen Frühlingserwachen.

Woher rührt diese Unsicherheit, wird daran im Zuge des technischen Fortschritts noch etwas Grundlegendes ändern? Revolutionen durch eventuelle künftige Durchbrüche in der Computertechnik beispielsweise sind hier nicht mehr zu erwarten, denn dieses Verhalten, die Widerspenstigkeit, mit der sich atmosphärische Entwicklungen der Eingrenzung durch Vorhersagen entziehen ist eine der Natur innewohnende Eigenschaft, deren Entdeckung in den 60iger Jahren einen ganz neuen Zweig der Physik, die Chaosforschung begründet hat.

Ohne es an dieser Stell zu sehr zu vertiefen, eine charakteristische Eigenschaft atmosphärischer, oder sogar allgemein aller chaotischer Systeme ist deren Empfindlichkeit gegenüber unterschiedlichen Anfangsbedingungen. Das bedeutet, anfängliche Fehler oder Abweichungen bauen sich mit der Zeit immer weiter auf, potenzieren sich zu immensen Fehlern.

Man stelle sich eine Billardkugel vor, deren Einfallswinkel an einer Bande unter idealisierten Bedingungen gleich ihrem Ausfallwinkel ist. Eigentlich müsste man deren Lauf ja beliebig weit in die Zukunft vorausberechnen können. jedoch sorgen bereits kleinste Einflüsse, wie ein Staubkorn auf ihrem Weg oder der Luftzug eines offen stehenden Fensters zu Fehlern, die nach mehren Bandenkontakten ihre Bahn weit vom vorausgesehenen Weg abbringen werden. Ganz ähnlich verhält es sich in der Atmosphäre, was zu dem bildlichen Vergleich führte, ein Schmetterlingsschlag in Brasilien oder das Umfallen eines Reissackes in China löse hierzulande ein Gewitter aus.

Das ist natürlich eine Metapher, die jedoch den Kern des Problems trifft. Und so gern die Meteorologen den ungeduldigen Wintermüden den genauen Termin des Knackens der 20-Grad-Marke auch verraten würden, er versteckt sich derzeit noch hinter dem Schleier des Chaos.

Freitag, 12. März 2010, 16:00

Dr. Tim Staeger
ARD-Wetterredaktion

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