Die im Jahr 1873 gegründete Internationale Organisation für Meteorologie (IMO) wurde am 23. März 1950, mit Inkrafttreten ihrer Konvention, durch die Weltorganisation für Meteorologie (WMO) ersetzt. Um diesen Tag in Erinnerung zu behalten, wurde der Welttag für Meteorologie am 23. März eingeführt. Dieses Jahr feiert die WMO ihren 150. Geburtstag und das Motto des diesjährigen Welttags der Meteorologie lautet „Die Zukunft des Wetters, des Klimas und des Wassers über Generationen hinweg“. Aus diesem Anlass stellt Ihnen dieser Artikel die Fortschritte vor, die die meteorologische Gemeinschaft in den letzten 40 Jahren bei der Wettervorhersage gemacht hat, sowie eine kurze Geschichte unserer Wetterstation, die sich seit Ende 1946 am Flughafen Luxemburg-Findel befindet.

Fortschritte bei der Wettervorhersage

Die numerische Wettervorhersage basiert auf den Gesetzen der Hydrodynamik, die die Strömung und die Entwicklung der Atmosphäre beschreiben. Das System der mathematischen Gleichungen wird durch numerische Methoden gelöst, die darin bestehen, den zukünftigen Zustand der Atmosphäre aus einem gegenwärtigen Zustand zu berechnen. Um diesen gegenwärtigen Zustand im numerischen Wettermodell zu ermitteln, stehen derzeit Beobachtungsdaten von mehr als 30 meteorologischen Satelliten, 10000 bemannten und automatischen Bodenwetterstationen, 1000 Radiosondenstationen, 7000 Schiffen, mehr als 1100 Bojen, Hunderten von Wetterradaren und 3000 speziell ausgerüsteten Verkehrsflugzeugen zur Verfügung.

Das erste Experiment zur numerischen Wettervorhersage wurde 1950 in den USA mit einem sehr einfachen Modell durchgeführt, aber erst in den späten 1960er Jahren wurden Wettermodelle für die alltägliche Wettervorhersage eingesetzt. Seitdem sind auf dem Gebiet der numerischen Wettervorhersage enorme Fortschritte erzielt worden. Die Überprüfung der operationellen Modellvorhersagen unterliegt objektiven Bewertungsverfahren, anhand derer die Entwicklung ihrer Qualität verfolgt werden kann. Innerhalb von 20 bis 30 Jahren wurde die Vorhersagezeit im Durchschnitt um zwei Tage verlängert (Abb. 1). Dieser Fortschritt ist vor allem auf die Zunahme der Satellitendaten, die verbesserte Leistung der Supercomputer und die genauere Parametrisierung der physikalischen Prozesse zurückzuführen. Die Vorhersagbarkeit hängt jedoch auch von der Komplexität der großräumigen Wetterlage, von der Art des Phänomens und vom Vorhersagezeitraum ab. So führen beispielsweise Gewitter- oder Nebelsituationen häufig zu erheblichen Unsicherheiten und Fehlern in der kurzfristigen Vorhersage. Eine Situation mit deutlich verringerter Vorhersagbarkeit ereignete sich erst kürzlich, Anfang Dezember 2022, als ein ziemlich chaotisches Strömungsmuster mit retrograden Strukturen über dem Nordatlantik und Europa auftrat (Abb. 2).

Für die Zukunft ist der Einsatz von maschinellem Lernen und anderen Formen der künstlichen Intelligenz (KI) geplant, um die Leistung der numerischen Wettermodelle weiter zu verbessern. KI könnte zum Beispiel dazu beitragen, die Vorhersagen auf kleinräumiger Ebene zu verbessern. Darüber hinaus ist das EU-Programm Destination Earth (DestinE), bei dem das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (EZMW) eine Schlüsselrolle spielt (Luxemburg wird dort als Mitgliedsstaat von MeteoLux repräsentiert), eine wegweisende Initiative. Im Rahmen dieses Programms werden digitale Zwillinge des Erdsystems erstellt, um die Politik bei der Anpassung an den Klimawandel und der Entscheidungsfindung zur Verringerung der Auswirkungen von wetterbedingten Extremen zu unterstützen. Diese digitalen Zwillinge werden die Wechselwirkungen zwischen dem Meer, der Atmosphäre, der Landoberfläche, der Hydrologie und des Meereises mit einer räumlichen Auflösung simulieren, die derzeit nicht erreicht werden kann.

Abbildung 1: a) Entwicklung der Vorhersagequalität des numerischen Modells des EZMW von 1981 bis 2022. Der betrachtete Qualitätsindikator ist eine Korrelation (in %), wobei 100 die ideale obere Grenze ist. Die blauen Kurven bewerten die Vorhersagen für drei Tage im Voraus, die roten Kurven für fünf Tage, die grünen Kurven für sieben Tage und die gelben Kurven für zehn Tage. Die fett gedruckten Kurven zeigen die Bewertung des Modells auf der Nordhalbkugel und die dünneren Kurven die auf der Südhalbkugel. b) Entwicklung der Qualität der Drei-Tages-Vorhersage von numerischen Modellen, die von verschiedenen Wetterdiensten betrieben werden (farbige Kurven), zwischen dem 18. November 2022 und dem 8. Dezember 2022.

Die Wettertstation am Findel im Wandel der Zeit

Mit dem Gesetz vom 19. März 1937 erhielt die luxemburgische Regierung die Genehmigung zum Bau eines Flughafens in der Ortschaft "Findel", der Gemeinde Sandweiler. Der Zweite Weltkrieg stoppte den Beginn der Arbeiten zum Bau des Flughafens abrupt. Erst Anfang 1946 wurde das erste Terminal in Form einer Holzbaracke mit dem Namen "Aérohalte" errichtet. Der damalige Minister beschloss, ab dem 16. Juni 1946, zunächst einen meteorologischen Dienst einzurichten, indem er Hilfsbeobachter einstellte, die für vier Monate zur Ausbildung nach Saint Hubert geschickt wurden. Das Personal am Flughafen bestand dann aus drei Wetterbeobachtern und dem Leiter des Wetterdienstes. Am 18. Oktober 1946 um 19:00 Uhr machte Michel Zeyen die erste offizielle Beobachtung (Abb. 2), die sich auf Wolken, Sichtweite, Bodenzustand und einer Einschätzung der Windstärke beschränkte (es standen noch keine Messinstrumente zur Verfügung). Der Wetterpark wurde dann mit der Installation einer Wetterhütte (Abb. 3) mit einem Psychrometer und Spezialthermometern und einige Monate später mit einem Barometer erweitert. Von da an wurde der Wetterpark mehrmals umgesiedelt und die Messinstrumente wurden im Laufe der Zeit immer moderner. Einer der größten Fortschritte war die Inbetriebnahme der ersten automatischen Beobachtungsstation am 30. November 1984. Im Januar 2021 fand die jüngste Verlagerung des Wetterparks statt, und derzeit läuft ein Projekt zur Erneuerung der Messinstrumente (duplizierte Station) (Abb. 3).

Abbildung 2: Die erste Wetterbeobachtung, die am 18. Oktober 1946 am Flughafen Luxemburg-Findel gemacht wurde. Quelle: L’Aéroport de Luxembourg – Le Service Météorologique – 50 années d‘histoire commune 1946-1996 (Autor: François Neu).