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Wetterbeobachtung: Ein Gespür für Unwetter

Europas Organisation für Wettersatelliten Eumetsat hat Großes vor: Sie will ab 2015 drei bis vier neue Meteosat-Satelliten in die Umlaufbahn schicken. Dort sollen sie den Keim von Unwettern schon erkennen, wenn der Himmel noch klar ist. spektrumdirekt sprach mit Johannes Schmetz, dem Leiter der Meteorologischen Abteilung bei Eumetsat.
Johannes Schmetz
spektrumdirekt: Herr Schmetz, warum entwickelt Eumetsat eine neue Generation von Wettersatelliten?

Johannes Schmetz: Das hat zwei Gründe: Zum einen ermöglichen uns die technischen Neuerungen, das Wettergeschehen immer genauer zu beobachten. Diese Möglichkeit wollen wir nutzen. Zum anderen treten die Nutzer unserer Wetterdaten, also zum Beispiel der Deutsche Wetterdienst, mit erhöhten Forderungen an uns heran. Sie brauchen nicht nur Daten in größerer Menge, um die Wettervorhersagen noch präziser und weitsichtiger zu machen, sondern auch Daten neuer Qualität, um Lücken bei der Warnung vor gefährlichen Unwettern schließen zu können.

spektrumdirekt: Welche Lücken sind das?

Johannes Schmetz | Johannes Schmetz ist Leiter der Meteorologischen Abteilung bei Eumetsat (European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites).
Schmetz: Für das Erkennen von Unwettern sind in erster Linie unsere geostationären Meteosat-Satelliten zuständig. Sie machen alle 15 Minuten eine Aufnahme des Wettergeschehens über Europa, Afrika und den angrenzenden Ozeanen. Sie erkennen beispielsweise ein Gewitter, indem sie die Temperaturänderung von Gewitterwolken messen. Je schneller die Temperatur fällt, desto schneller steigt die Wolke nach oben und desto gefährlicher wird das Gewitter. Meistens dauert das etwas länger als 30 Minuten, und der Satellit kann das Geschehen gut genug verfolgen, um vor einer solchen Unwetterentwicklung rechtzeitig zu warnen.

Allerdings entstehen gerade die gefährlichsten Unwetter sehr schnell, binnen weniger als einer halben Stunde. Sie fallen heute oft noch durchs Beobachtungsraster von 15 Minuten. Wir brauchen daher neue Wettersatelliten, die ein Unwetter schon erkennen, bevor sich die dunklen Wolken zusammenbrauen. Mit neuen Technologien und Beobachtungen könnte auch schon Stunden vorher vor dem Ereignis gewarnt werden.

spektrumdirekt: Welche Technologien und Beobachtungen werden das sein?

Schmetz: Die jetzigen Meteosat-Satelliten erkennen Unwetter, indem sie dessen Wolken beobachten, da ist es eben manchmal schon zu spät. Um zu erkennen, wie sich ein Unwetter in der klaren, noch ruhig erscheinenden Atmosphäre anbahnt, müssten sie ein dreidimensionales Bild der dortigen Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsverteilung aufnehmen. Denn Unwetter kündigen sich durch das Aufsteigen von feuchten und warmen Luftpaketen an, die sich mit zunehmender Höhe abkühlen.

Gerade die gefährlichsten Unwetter entstehen sehr schnell – binnen weniger als einer halben Stunde.
Genau das soll ein für die zukünftige Meteosat-Flotte absolut neues Instrument möglich machen. Ein Satellit der neuen, dritten Meteosat-Generation soll es etwa 2018 mitnehmen. Dieser so genannte "Sounder" detektiert Infrarotstrahlung aus der Atmosphäre. Er kann mehrere tausend Wellenlängen zwischen 5 und 15 Mikrometern unterscheiden. Das ermöglicht es, ein Höhenprofil von Temperatur- und Luftfeuchtigkeit in der unteren, rund zehn Kilometer dicken Atmosphärenschicht aufzunehmen. In dieser so genannten Troposphäre spielt sich das Wetter ab. Die vertikale Genauigkeit dieses Profils wird etwa einen Kilometer betragen.

Jede halbe Stunde erzeugt der Satellit ein solches Profil für die gesamte Erdhalbkugel. So wird es möglich sein, acht bis zehn Stunden im Voraus vor einem Unwetter zu warnen. Auch Ort und Intensität von Gewittern oder starkem Regen werden wir dann besser abschätzen können als heute. Wir werden dann zum Beispiel die Gewitterneigung für Südhessen in Prozent Wahrscheinlichkeit angeben können.

spektrumdirekt: Sie sprachen vorher von technischen Neuerungen. Ist der Sounder die einzige?

Schmetz: Nein. Es gibt eine zweite Kategorie von Instrumenten, die so genannten "Imager". Diese bilden die Erdoberfläche und die Oberflächen von Wolken ab. Dabei messen sie beispielsweise die Oberflächentemperatur von Wolken und stellen fest, ob sie Wasser oder Eis enthalten. Schon die momentan operierende zweite Generation der Meteosat-Satelliten hat solche Imager an Bord.

Sie machen, wie gesagt, alle 15 Minuten eine Aufnahme der Erdhalbkugel. Auf den Bildern lassen sich noch drei mal drei Quadratkilometer große Details erkennen. Die Imager der neuen Flotte werden alle zehn Minuten ein Bild machen – mit einer räumlichen Auflösung von einem Quadratkilometer. Über Europa wird ein so genannter "Rapid Scan" gemacht werden: Alle 2,5 Minuten wird ein neues Bild des Kontinents zur Erde gefunkt.

spektrumdirekt: Was bringen diese Fortschritte?

In zehn Jahren wird die Entscheidung, ob man den Regenschirm mitnimmt oder nicht, einfacher sein.
Schmetz: Die Imager werden die akute Phase von Unwettern genauer beobachten können. Das wird zur noch präziseren Vorhersage von Ort und Intensität dieser Ereignisse beitragen. Außerdem werden wir beispielsweise Winde genauer aus den Daten ableiten können. Über dem Atlantik kann das zum Beispiel genutzt werden, um die Stärke und Zugbahn von Hurrikanen besser vorherzusagen.

Darüber hinaus wird das Mehr an Daten die tägliche Wettervorhersage, beispielsweise die von Herrn Kachelmann, weiter verbessern. Heute ist die Prognose für drei Tage genauso gut wie vor 20 Jahren die für einen Tag. Wir wollen die Qualitätssteigerung fortsetzen. Wie weit das möglich ist, wissen wir noch nicht. Aber ich kann Ihnen sagen: In zehn Jahren wird die Entscheidung, ob man den Regenschirm mitnimmt oder nicht, einfacher sein. Man wird sich noch besser auf die Wettervorhersage verlassen können.

spektrumdirekt: Lassen sich bessere Wetterprognosen allein mit neuer Messtechnik erkaufen?

Schmetz: Nein. Es ist genauso wichtig, dass wir und unsere Kunden lernen, mit dem wachsenden Datenstrom umzugehen. Zum einen ist die Qualitätskontrolle der Daten wichtig. Die Chaos-Theorie lehrt uns nämlich, dass im Prinzip der Flügelschlag eines Schmetterlings die Entwicklung des Wettergeschehens in eine völlig andere Richtung lenken kann. Genauso kann ein einziger falscher Messwert die Wettervorhersage enorm verschlechtern. Darüber hinaus müssen die Wettermodelle weiterentwickelt werden, um der besseren räumlichen und zeitlichen Auflösung der Daten gerecht zu werden, die die neuen Satelliten liefern werden. Die aktuellen Modelle könnten die Daten gar nicht komplett verwerten.

spektrumdirekt: Werden die neuen Satelliten auch der Klimaforschung nutzen?

Ausblick von Meteosat | So erscheint die Welt durch die scharfen Augen von Meteosat-8 betrachtet.
Schmetz: Ja. Wir werden darauf achten, dass die Daten der neuen Meteosat-Satelliten mit denen der beiden letzten Generationen vergleichbar sein werden. Da die archivierten Daten bis 1977 zurückreichen, wird es dann Wetterdaten geben, die kontinuierlich Jahrzehnte überspannen. Das ist für Klimaforscher, die ja das langfristige Geschehen in der Atmosphäre untersuchen, sehr interessant. Sie können dann Klimavorhersagen überprüfen, denn ein Klimamodell muss auch das Klima der Vergangenheit reproduzieren können. Die alten Daten dienen also gewissermaßen als Testmaßstab.

spektrumdirekt: Wie viel werden die neuen Satelliten kosten?

Schmetz: Die Wettersatelliten der neuen Generation werden, unter Berücksichtigung der Inflation, nicht mehr kosten als die der letzten Generation: etwa zwei Milliarden Euro. Das entspricht etwa 20 Cent pro EU-Bürger und Einsatzjahr – sofern die Satelliten wie geplant bis ,2035 ihren Dienst tun. Die Flotte wird von den Eumetsat-Mitgliedsländern bezahlt werden. Der gesamtwirtschaftliche Nutzen dürfte die Kosten um ein Vielfaches übersteigen. Nur ein Beispiel: Flugrouten werden dank verbesserter Windvorhersagen treibstoffsparender geplant werden können als heute.

spektrumdirekt: Herr Schmetz, ich danke Ihnen für das Gespräch.

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