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Wettervorhersagen sind nicht perfekt, aber sie erreichen sie

2019

Die Atmosphäre, die unseren Planeten bedeckt, enthält rund 5.600 Billionen Tonnen Luft. Es kann den Boden unter sich mit Blitzen, strömendem Regen, Hitzewellen und Tornados sprengen oder mit einer leichten Brise oder Schneeflockenstaub streicheln. Die letzten Tage haben uns daran erinnert, dass es keine leichte Aufgabe ist, Vorhersagen darüber zu treffen, was diese riesige, brodelnde Masse aus Wind und Wasser bewirken wird.

Aber unsere Vorhersagekraft - zumindest wenn es darum geht, vorherzusagen, wie heiß die kommenden Tage werden - hat beeindruckende Fortschritte gemacht. Laut einem neuen Bericht von ForecastWatch, einem in Columbus, Ohio, ansässigen Unternehmen, das die Genauigkeit von Wettervorhersagen bewertet, haben sich die Hochtemperaturvorhersagen in den letzten 12 Jahren erheblich verbessert. Tatsächlich hat sich unsere Fähigkeit, die hohen Temperaturen des nächsten Tages zu messen, um fast ein Grad Fahrenheit verbessert, sagt Gründer Eric Floehr.

Das klingt vielleicht nicht nach einem Upgrade. Wettervorhersagen spielen jedoch eine große Rolle, und ein relativ geringer Anstieg der Genauigkeit kann einen großen Unterschied ausmachen, wenn ein Land mit einer Naturkatastrophe konfrontiert ist. Und da die Wettervorhersagen immer komplexer werden, werden Sie feststellen, dass sie in andere Bereiche der Technologie eingedrungen sind, um auch typischere Tage harmlos zu verbessern.

"Wir befinden uns mitten in dieser großen Revolution im Umgang mit Wetter", sagt Bill Gail, Mitbegründer und CTO der Global Weather Corporation mit Sitz in Boulder, Colorado, die Prognosen für Versorgungsunternehmen und andere Unternehmen bereitstellt. "In einem Jahrzehnt ... werden diejenigen von uns, die bereits Wetterinformationen verwenden, diese 100-mal so oft verwenden und sie nicht einmal kennen."

Zuverlässige Wetterberichte haben einige offensichtliche Vorteile, wie beispielsweise eine Vorwarnung vor Hurrikanen wie dem jüngsten Harvey. Die Vorhersage des Verlaufs eines Hurrikans ist unerlässlich, um Menschen davon abzuhalten, Schaden zu nehmen. Trotzdem kann die Flucht vor einem Sturm teuer sein. Es wird geschätzt, dass die Evakuierung vor einem Hurrikan 1 Million US-Dollar pro Meile Küste kostet. Und wie in Houston letzte Woche kann es schwierig sein festzustellen, ob Zwangsräumungen mehr schaden als nützen. Präzisere Prognosen in der Zukunft könnten die Zahl der Menschen verringern, die Schutz suchen müssen, und denjenigen helfen, die auf dem Weg des schlechtesten Wetters sind, entscheidende Entscheidungen zu treffen.

Außerhalb von Katastrophenereignissen summieren sich jedoch immer noch weniger wichtige Prognoseanforderungen. Jedes Jahr verlieren Unternehmen in den USA mehr als 500 Milliarden US-Dollar aufgrund wetterbedingter Probleme. Flöhr berät sich nach eigenen Angaben mit Unternehmen, die Wettervorhersagen für ihre Entscheidungen verwenden, sowie mit Gruppen, die der Öffentlichkeit Wettervorhersagen zur Verfügung stellen.

Manchmal arbeiten sie mit Sportteams zusammen, die vorhersagen müssen, wie viele Leute zu einem Spiel kommen könnten. Das heißt, das Wetter in ihre Berechnungen einzubeziehen, was keine einfache Angelegenheit ist. Wenn sich ein Team darauf verlässt, dass Fans Tickets für ein für Freitag geplantes Spiel kaufen, müssen sie die Vorhersage von mehreren Tagen zuvor berücksichtigen. Manchmal schaut sich diese Person die Prognose am Mittwoch an und sagt: "Weißt du was? Ich werde mich nicht die Mühe machen, am Freitagnachmittag für das Spiel ausziehen zu müssen, wenn die Regenwahrscheinlichkeit bei 50 Prozent liegt", sagt Flöhr. Und es ist egal, ob es am Freitag geregnet hat oder nicht, dieser Verbraucher hat seine Entscheidung am Mittwoch getroffen. "

Energieversorger benötigen genaue Wettervorhersagen, um vorherzusagen, wie viel Energie die Menschen in ihrem Versorgungsgebiet verbrauchen werden. „Es kostet viel Geld und es braucht Zeit, um einen Generator einzuschalten. Sie möchten ihn also nicht einschalten, wenn Sie die Energie verschwenden möchten“, sagt Flöhr. „In der Energiebranche bedeutet eine durchschnittliche Genauigkeit von nur einem halben Grad unter dem Strich Einsparungen.“

Die Anbieter müssen auch abschätzen, wie viel Strom sie aus Wind- oder Solarparks erzeugen können. Wenn ein Tag weniger windig ist als erwartet, müssen sie möglicherweise Strom auf dem Energiespotmarkt kaufen, um den Unterschied auszugleichen, sagt Gail. Seine Firma, Global Weather Corporation, liefert jetzt Windvorhersagen an Xcel Energy. Xcel bedient acht Bundesstaaten des Westens und des Mittleren Westens und bezieht fast 20 Prozent seines Stroms aus Windenergie. Im Jahr 2015 schätzte Xcel, dass Verbesserungen in der Prognose seinen Kunden 49 Millionen US-Dollar erspart hatten.

Prognostiker beantworten zunehmend Fragen, die über das Wetter hinausgehen. Wenn ein Sturm zuschlägt, können Stromleitungen niedergeschlagen werden. Einige sind jedoch anfälliger als andere, z. B. Stromleitungen, die durch Bäume verlaufen. Die Energieversorger müssen entscheiden, ob sie Lastwagen aus anderen Städten anrufen und in Gebiete schicken müssen, in denen die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung am größten ist. In der Vergangenheit, so Gail, würden Prognostiker sie lediglich darüber informieren, dass ein bestimmtes Gebiet starken Winden oder anderen stürmischen Bedingungen ausgesetzt ist. »Was sie uns sagen, ist: Erzählen Sie uns nichts über Vereisung oder Wind oder ähnliches. Sagen Sie uns, wo wir unsere Leute am nächsten Tag parken sollen, damit sie reagieren können schnell, wenn Stromleitungen ausfallen «, sagt Gail.

Eine Vorhersage beginnt mit Messungen von Elementen wie Temperatur, Wind oder Luftfeuchtigkeit. Diese von Ballons, Satelliten, Bodenwetterstationen und anderen Geräten gesammelten Beobachtungen fließen in Computeralgorithmen ein, von denen viele von Regierungsbehörden wie dem National Weather Service betrieben werden. "Ein Computermodell ist im Grunde eine Nachbildung der gesamten Atmosphäre - wie es sich bewegt und welche Energie in es fließt", sagt Gail. Diese Simulationen können den Raum ausfüllen, in dem es kaum Beobachtungen gibt, und dann vorhersagen, was in Zukunft passieren wird.

Prognostiker sammeln diese Wettermodelle und suchen nach Trends, die sich abzeichnen. "Jeder zieht diese Modelle zusammen, aber sie ziehen sie möglicherweise auf unterschiedliche Weise zusammen, wie Flöhr sagt. Kommerzielle Prognostiker können ihre Ergebnisse so anpassen, dass sie bestimmte Fragen beantworten, an denen die Unternehmen, mit denen sie arbeiten, interessiert sind. Verschiedene Anbieter schneiden bei bestimmten Prognosetypen besser ab." es gibt keinen genauesten anbieter für alle maßnahmen, sagt flöhr.

Er und seine Kollegen bestimmen die Genauigkeit anhand des Unterschieds zwischen den tatsächlichen und den prognostizierten Temperaturen im Zeitverlauf und haben Prognosen für ein Dutzend Jahre erstellt. Für den neuen Bericht sammelten sie täglich Wettervorhersagen für mehr als 750 Orte in den USA sowie Informationen darüber, wie heiß es an Wetterstationen an Flughäfen und Sehenswürdigkeiten wie dem Central Park tatsächlich war. Von 2005 bis 2016 verfolgten sie Vorhersagen von 10 Prognostikern, darunter The Weather Channel, AccuWeather und National Weather Service.

Wie genau wir die Temperatur vorhersagen, hängt von der Jahreszeit ab und lässt im Winter etwas nach. In den letzten 12 Jahren haben Flöhr und sein Team jedoch festgestellt, dass die Prognosen für die täglichen Höchsttemperaturen durchweg präziser geworden sind. Prognosen können die morgige Spitzenwärme in etwa 80 Prozent der Fälle korrekt auf 3 Grad gegenüber der tatsächlichen Höchsttemperatur abschätzen. Zuvor lag die Fehlertoleranz näher bei 4 Grad.

Die Fünf-Tage-Aussichten haben sich sogar noch weiterentwickelt und sich im Durchschnitt um fast anderthalb Grad verbessert. Etwa 57 Prozent der Fünf-Tage-Prognosen liegen innerhalb von 3 Grad der tatsächlichen Temperatur, verglichen mit nicht ganz so beeindruckenden 44 Prozent.

Heute können wir die hohe Temperatur drei Tage in der Zukunft erraten und das Wetter von morgen vor 12 Jahren vorhersagen, sagt Flöhr. Und unsere Fünf-Tage-Prognosen sind durchschnittlich so gut wie die Drei-Tage-Prognosen von 2005.

Er plant, ähnliche Berichte für niedrige Temperaturen (möglicherweise innerhalb des nächsten Jahres) und Niederschläge zu erstellen. Er bemerkt auch Anzeichen dafür, dass sich die kommerziellen Anbieter schneller verbessern als der nationale Wetterdienst, vielleicht weil sie mehr Freiräume für Innovationen haben, und plant, dies auch in einem zukünftigen Bericht zu untersuchen.

Wir haben ein paar Dinge zu verdanken für unsere immer leistungsfähigeren Wettervorhersagen.

Unsere Ausrüstung wird immer besser - der im November gestartete NASA-Satellit GOES-16 kann die Erde fünfmal schneller und mit einer besseren Bildauflösung abtasten als frühere Satelliten.

Wir können Modelle entwickeln, die in immer feineren Maßstäben arbeiten. Wir können uns auf ein paar Meilen breitem Terrain verbessern, anstatt uns über Dutzende von Meilen zu erstrecken, sagt Gail.

Und wir verstehen immer besser, wie die Atmosphäre funktioniert und wie sich Gewitter oder andere Störungen entwickeln.

Wir haben noch einen langen Weg vor uns. "Sie haben es letztendlich mit etwas zu tun, das von Natur aus unvorhersehbar ist", sagt Greg Carbin, Leiter der Abteilung Forecast Operations beim National Weather Service Weather Prediction Center in College Park, Maryland. „In einigen Bereichen spielt es in Zukunft keine Rolle, wie gut Ihre Computermodelle sind, wie chaotisch die Atmosphäre ist und wie schlecht Ihre Vorhersagbarkeit ist.“ Bei den meisten Prognosen geschieht dies nach etwa sieben bis zehn Tagen .

Es gibt einige Elemente der Atmosphäre, die wir immer noch schwer vorhersagen können. Die komplizierten Details, die einen Tornado furchterregend und einen anderen kurzlebig machen, sind kaum verstanden. Andere Ereignisse wie Gewitter sind an der Tagesordnung, breiten sich jedoch über winzige Gebiete aus. Unsere Fähigkeit zu erraten, wie intensiv ein Hurrikan werden wird, steckt ebenfalls noch in den Kinderschuhen. Die Prognostiker hatten eine bemerkenswert gute Vorstellung davon, wie verheerend der Hurrikan Harvey sein könnte, als er sich dem Land zu nähern begann, waren aber nicht bereit, das schlechtestmögliche Szenario mit den verfügbaren Beweisen zu glauben - und der Sturm brachte immer noch einige schreckliche Überraschungen. "Man kann nicht jedem Luftmolekül in der gesamten Atmosphäre folgen, sagt Gail.

Die Vereinigten Staaten, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Geografie und des ziemlich dramatischen Wetters begabt sind, können für Prognostiker eine Handvoll sein. "Das Wetter ist in den USA etwas dynamischer als in Europa. Gail gibt zu. Und wir haben immer noch eine Menge Lücken, die die Modelle an Orten füllen müssen, an denen es weniger Wetterstationen gibt.

Diese Lücken in unseren Daten sind für mehr als die Menschen von Bedeutung, die in Gebieten leben, die nur spärlich mit Prognosegeräten ausgestattet sind. Wenn Sie in Ihren Vorhersagen voranschreiten, müssen Sie nicht nur wissen, was dort passiert, wo Sie leben, sondern auch, welche Störungen sich auf der ganzen Welt ausbreiten. "Das Wetter heute kommt einige Tage zuvor von einem anderen Ort auf der Welt", sagt Gail. "Man muss wissen, was in Sibirien blubbert, um zu wissen, was in ein paar Tagen oder einer Woche hier in den USA passieren wird."

Darüber hinaus kann die Überzeugung, mit der Prognostiker ein Ereignis beschreiben, beim Herannahen tatsächlich zusammenbrechen. Je kleiner die Skala ist, auf der Sie prognostizieren, desto schwieriger ist die Vorhersage normalerweise, sagt Carbin. "Die Leute denken, Sie sollten sicherer sein, wenn Sie näher an der Veranstaltung sind, aber es funktioniert nicht immer so", sagt er. „Vielleicht [Ende Juni] war ich sehr zuversichtlich, dass Gewitter das Feuerwerk am 4. Juli unterbrechen würden. Aber am Tag der Veranstaltung, je nachdem, wo sich Ihr Feuerwerk befindet, könnte das Gewitter in 16 km Entfernung aufkommen und die Veranstaltung überhaupt nicht unterbrechen. “

Unsere Prognosen werden jedoch immer besser, und es gibt einige Möglichkeiten, wie diese Verbesserungen Leben retten können. Ungefähr 22 Prozent aller Fahrzeugunfälle sind wetterbedingt; bei diesen unfällen sterben jährlich rund 5.900 menschen. "Dies ist das Äquivalent zu einem Flugzeug, das jede Woche ausfällt, und niemand kümmert sich wirklich sehr darum", sagt Gail. "Gute, genaue Informationen, die Ihnen sagen, wo die Straßen rutschig werden, hätten enorme Auswirkungen."

Die Global Weather Corporation erstellt Prognosen, wie glatt oder vereist die Straßen in den USA, in Europa und in China sind. Diese Informationen werden an verbundene Autos weitergeleitet, sodass die Fahrer benachrichtigt werden, wenn gefährliche Bedingungen am Horizont sind.

»Es hat nicht viel gebracht, vorher Wettervorhersagen für die Straßenbeschaffenheit zu haben, da keiner der Fahrer diese Informationen tatsächlich erhalten konnte«, sagt Gail. Autohersteller bieten jetzt fahrzeuginterne Kommunikationssysteme an, mit denen Wetterinformationen angezeigt werden können. »Wetterinformationen sind in der Menüauswahl irgendwie vergraben«, sagt Gail. "Es sollte etwas sein, das die ganze Zeit auftaucht, wenn Sie fahren."

In Kürze enthält Ihre Karte automatisch Vorhersagen, wenn Sie dazu aufgefordert werden, eine bestimmte Route zu wählen. Und in Kürze, sagt Gail, werden wir Wettervorhersagen in Entscheidungen einfließen lassen, die hinter den Kulissen getroffen werden, sodass Sie von Prognosen profitieren, ohne sich bewusst mit dem Wetter auseinandersetzen zu müssen.

»Die Zukunft liegt darin, dass Sie Wetterinformationen auf Ihrem Telefon erhalten, die an Ihren Zeitplan gebunden sind, an den Ort, an dem Sie fahren, und an all die verschiedenen Dinge, die Sie tagsüber tun«, sagt Gail . »Das alte Paradigma war, dass du auf deine Karte schaust und das Wetter abfragst und versuchst, diese beiden in deinem Kopf zu kombinieren. Warum solltest du das tun? Warum sollte Ihre App das nicht für Sie tun?

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