Ein paar Kilometer weiter, plötzlich ein ganz anderes Wetter: Warum Wettermodelle manchmal ins Schwitzen kommen

Hier Sonne, dort Nebel. Hier Regen, dort Schnee – und nur wenige Kilometer trennen das ganze: Manche Wetterlagen bringen selbst moderne Wettermodelle an ihre Grenzen. Aber warum eigentlich?

Es gibt Wetterlagen, die so manchen Meteorologen Kopfzerbrechen bereiten...

Die Wetter-App verspricht Sonne, doch schon wenige Kilometer weiter liegt dichter Nebel. Gestern hieß es noch Regen bei zehn Grad plus, heute schneit es bei 5 Grad minus. Während es in einer Region frühlingshaft mild ist, friert man im nächsten Ort bereits bei winterlichen Temperaturen unter dem Gefrierpunkt. Solche Unterschiede sind im Herbst und Winter keine Seltenheit. Für Meteorologen sind sie allerdings eine echte Herausforderung. Denn so leistungsfähig moderne Wettermodelle inzwischen sind: Bestimmte Wetterphänomene lassen sich erstaunlich schwer vorhersagen.

Die Atmosphäre passt nicht in ein Rechengitter

Wettermodelle berechnen die Entwicklung der Atmosphäre mithilfe komplexer physikalischer Gleichungen. Dafür wird zunächst ein möglichst genaues Bild des aktuellen Wetters erstellt. Messungen von Wetterstationen, Satelliten, Wetterballons, Schiffen bzw. Bojen und Flugzeugen liefern dafür wichtige Daten. Anschließend berechnet der Computer, wie sich Temperatur, Luftdruck, Feuchtigkeit und Wind in den kommenden Stunden und Tagen entwickeln.

Solche Wetterkarten und Vorhersagen können nur aufgrund eines Zusammenspiels aus vielen physikalischen Parametern und zum Teil sehr komplexen mathematischen Berechnungen entstehen

Allerdings wird die Atmosphäre dafür in ein dreidimensionales Gitternetz aufgeteilt. Jeder Gitterpunkt steht stellvertretend für einen bestimmten Bereich. Was deutlich kleiner ist als die räumliche Auflösung des Modells, kann nicht immer detailliert berechnet werden. Solche Prozesse müssen vereinfacht dargestellt werden. Hinzu kommt, dass bereits der Ausgangszustand der Atmosphäre nie vollkommen exakt bekannt ist. Kleine Abweichungen können sich im Laufe der Berechnung vergrößern.

Nebel: Ein winziger Unterschied mit großer Wirkung

Besonders schwierig wird es bei Nebel. Er entsteht häufig in einer nur wenige hundert Meter mächtigen, manchmal sogar deutlich dünneren Luftschicht direkt über dem Boden. Entscheidend sind dabei fein abgestimmte Bedingungen: Wie feucht ist die Luft? Wie stark kühlt der Boden nachts aus? Wie viel Wind gibt es und wie stark wird die bodennahe Luft durchmischt?

Schon kleine Unterschiede können das Ergebnis verändern. Ist es nahezu windstill, kann sich feuchte Luft am Boden sammeln und Nebel bilden. Nimmt der Wind etwas zu, kann die Durchmischung der Luftschichten den Nebel dagegen abschwächen oder auflösen. Auch Täler, Gewässer und die örtliche Beschaffenheit des Bodens spielen eine Rolle.

Nebel ist auch nicht immer gleich Nebel: Er kann unterschiedlich stark mit schwankenden Sichtweiten auftreten, je nach dem welche Bedingungen gegeben sind

Für ein Wettermodell ist es entsprechend schwierig, diese Prozesse überall richtig zu erfassen. Es kann durchaus erkennen, dass die Wetterlage Nebel begünstigt. Ob dieser aber tatsächlich entsteht, wie dicht er wird und wann er sich wieder auflöst, ist eine andere Frage. Selbst die Vorhersage von Hochnebel und dessen Auflockerung kann dadurch deutlich danebenliegen.

Luftmassengrenzen: Auf welcher Seite liegt mein Wohnort?

Noch größere Auswirkungen können Luftmassengrenzen haben. Treffen beispielsweise milde und deutlich kältere Luftmassen aufeinander, können innerhalb relativ kurzer Entfernung erhebliche Temperaturunterschiede entstehen. Auf der einen Seite der Grenze regnet es bei 12 Grad, während es nur wenige Dutzend Kilometer weiter bei Schneefall kaum über den Gefrierpunkt hinausgeht.

Nicht ganz so massiv, aber dennoch möglich: Auch Mitte der kommenden Woche könnte uns eine Luftmassengrenze bevorstehen, die Deutschland dann in eine fast frühlingshafte Hälfte mit deutlich zweistelligen Plusgraden und einer sehr kühlen Hälfte mit nur ein paar Grad über Null trenne könnte. Wo genau die Grenze liegt, ist nur sehr schwer abzuschätzen

Das Problem: Die genaue Lage einer solchen Grenze ist oft schwer vorherzusagen. Schon kleine Änderungen bei der Zugbahn eines Tiefs, der Windrichtung oder der Niederschlagsentwicklung können darüber entscheiden, wo sich die Grenze aufhält. Verschiebt sie sich im Modell nur um einige Dutzend Kilometer, kann das für einzelne Orte eine völlig andere Vorhersage bedeuten. Hinzu kommt, dass eine Luftmassengrenze nicht immer eine scharfe Linie ist, sondern sich auch über eine breitere Übergangszone erstrecken kann. Hier ist im Winter dann oftmals mit massivem Glatteisregen zu rechnen.

Warum mehrere Modelle besser sind als eines

Genau deshalb verlassen sich Meteorologen nicht auf einen einzigen Modelllauf. Sie vergleichen unterschiedliche Wettermodelle und betrachten sogenannte Ensemble-Prognosen. Dabei wird dieselbe Wetterentwicklung mehrfach mit leicht veränderten Ausgangsbedingungen berechnet. Je ähnlicher die Ergebnisse ausfallen, desto größer ist in der Regel das Vertrauen in die Prognose. Weichen sie stark voneinander ab, steigt die Unsicherheit.

Das bedeutet nicht, dass Wettermodelle unzuverlässig sind. Im Gegenteil: Ihre Vorhersagequalität hat sich über Jahrzehnte enorm verbessert. Doch zwischen einer großräumigen Wetterentwicklung und der Frage, ob am eigenen Wohnort morgen früh Nebel liegt, gibt es einen gewaltigen Unterschied. Und manchmal entscheiden tatsächlich nur ein paar Kilometer darüber, welches Wetter uns erwartet.

Am Ende bleibt das Wetter eben ein Spiel der Wahrscheinlichkeiten: Wir können die Zukunft immer besser berechnen, aber niemals vollständig festlegen. Eine Wettervorhersage ist nun mal keine festgeschriebene Zukunft, sondern eine Wahrscheinlichkeitsrechnung. Und manchmal reichen schon ein paar Kilometer, damit das Wetter eine ganz andere Geschichte erzählt...