Die Wettervorhersage bzw. der Wetterbericht wird von staatlichen und privaten Wetterdiensten geleistet. Die Voraussetzung dazu liefert die Meteorologie als Disziplin der Naturwissenschaft.
Ziel der Wettervorhersage ist die Prognose eines Zustandes der Atmosphäre zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Ort oder in einem bestimmten Gebiet. Dabei sind tatsächlich nicht nur Wettererscheinungen, die sich am Boden auswirken, gemeint, sondern es wird die gesamte Erdatmosphäre betrachtet.
Erstellung Als physikalisches Ereignis lässt sich das Wetter durch entsprechende Naturgesetze beschreiben. Die grundlegende Idee einer Wetterprognose ist es, aus einem bereits vergangenen und dem aktuellen Zustand der Atmosphäre, unter Anwendung der bekannten physikalischen Regeln, einen Zustand in der Zukunft abzuleiten.
Die mathematischen Konstrukte, welche diese physikalischen Regeln beschreiben, sind allerdings sogenannte nichtlineare Gleichungen. Das bedeutet, dass bereits kleine Änderungen im Ausgangszustand zu relativ großen Veränderungen am Ergebnis der Rechnung führen können (siehe auch: Schmetterlingseffekt).
Es wird im Wesentlichen zwischen einer manuellen oder synoptischen Wettervorhersage und einer numerischen Wettervorhersage unterschieden, wobei heute immer noch eine Kombination beider Verfahren zur Anwendung kommt. Dies hängt damit zusammen, dass auch aktuelle numerische Prognosemodelle unzureichende Ergebnisse liefern. Um die lokale Klimatologie von Wetterstationen zu berücksichtigen, werden heutzutage den numerischen Berechnungen noch statistische Verfahren nachgeschaltet, wie z. B. die MOS-Verfahren Model Output Statistics.
mini|Video:Wie entsteht eine Wetterprognose? Die Daten über den aktuellen Zustand der Atmosphäre kommen von einem Netz von Bodenmessstationen, die Windgeschwindigkeit, Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit sowie Niederschlagsmengen messen. Zusätzlich werden auch Daten von Radiosonden, Wettersatelliten, Verkehrsflugzeugen und Wetterschiffen verwendet. Problematisch ist dabei die unregelmäßige Verteilung dieser Beobachtungen und Messungen, sowie die Tatsache, dass in geringer entwickelten Ländern und über den Ozeanen relativ wenige Messstationen vorhanden sind.
Bezugszeit für einen Tag im Wetterbericht (Mo, Di, Mi,…) ist in der Regel 23:51 UTC des Vortages bis 23:50 UTC.Informationen zu den Tages- und Monatswerten auf Seite des Deutschen Wetterdienstes Da die Tiefsttemperaturen eines Tages in der Zeit um den Sonnenaufgang herum zu messen sind, bezieht sich das Tagesminimum im Wetterbericht auf diese Zeit und wird daher manchmal auch Frühwert genannt. Ein Beispiel: Die Nacht von Samstag auf Sonntag soll besonders kalt werden, mit der tiefsten Temperatur kurz vor Sonnenaufgang. Diese Temperatur findet man im Wetterbericht dann als Tagesminimum vom Sonntag.
gerahmt|zentriert|Vorhersage-Meteogramm des norwegischen Wetterdienstes yr.no für Bergen (Hordaland), 25. und 26. Mai 2007
Verlässlichkeit Heute ist eine Prognose für die kommende Woche ungefähr so zuverlässig, wie sie es vor dreißig Jahren für den nächsten Tag war. Die 24-Stunden-Vorhersage erreicht eine Eintreffgenauigkeit von gut 90 %. Die Treffsicherheit für die kommenden 3 Tage beträgt etwas mehr als 75 %.
Die Zuverlässigkeit schwankt jedoch sehr stark in Abhängigkeit von der Wetterlage. So ist es bei einer stabilen Winterhochdrucklage manchmal problemlos möglich, eine Woche mit 90 % Sicherheit zu prognostizieren. Dagegen liegt die Prognosegüte bei einer instabilen Gewitterlage im Sommer oft deutlich unter 70 % für 24 Stunden. Ebenfalls muss man bei der Prognosegüte zwischen Temperatur und Niederschlag unterscheiden. Temperaturen können deutlich genauer als Niederschlag prognostiziert werden.
Seit 1968 ist die Qualität der DWD-Modellvorhersagen stetig gestiegen. Neue, leistungsfähigere Rechner und verbesserte Wettermodelle wie auch verbesserte Satellitendaten führten oftmals zu einem sprunghaften Anstieg der Genauigkeit in Richtung Optimum (1,0), wie hier am Beispiel der Bodendruckvorhersagen. Ab 1978 konnten statt zwei dann vier Vorhersagetage gerechnet werden, ab 1991 sogar sieben Tage. 2008 war eine Sieben-Tage-Vorhersage besser als die Zwei-Tage-Vorhersage zu Beginn des Computerzeitalters 1968. Eine Übersicht über die historische und heutige Genauigkeit von Unwetterwarnungen und Wettervorhersagen gibt die Broschüre Wie gut sind Wettervorhersagen? des Deutschen Wetterdienstes. Mit einer Trefferquote von über 90 Prozent sagt der Deutsche Wetterdienst heute die Temperatur des folgenden Tages voraus, vor 30 Jahren betrug dieser Wert nur gut 70 Prozent; bei der Windgeschwindigkeit sind die Angaben in über 95 Prozent korrekt, bei der Niederschlagsmenge in über 80 Prozent der Fälle.
Gründe für die fehlende Verlässlichkeit Teilweise ist die Wettervorhersage nicht so verlässlich, wie die Allgemeinheit und verschiedene Fachgebiete es sich wünschen.Sven Titz: Regengüsse verlässlich vorherzusagen, ist für Wetterdienste immer noch eine grosse Herausforderung – gerade bei Gewittern In: NZZ.ch, 14. Juli 2021, abgerufen am 15. Juli 2021 Dies hängt vor allem mit zwei Ursachen zusammen: der unvollständigen Kenntnis des tatsächlichen Geschehens in der Erdatmosphäre. Was geschieht genau in der Atmosphäre? → Grundlagenforschung. Noch unverstandene Wetterphänomene müssen erforscht werden. Beispiel: Wie interagieren Eigenschaften des Bodens (Wärme, Feuchtigkeitsgehalt, Albedo) mit den tieferliegenden Luftschichten? Wo und wann geschieht etwas in der Atmosphäre? → Nicht alle benötigten Daten werden erhoben, und wo sie erhoben werden, geschieht dies zwangsläufig mit Lücken. Beispiele: Nicht überall stehen Wetterstationen, Gebirgstäler werden von Wetterradars nicht immer abgedeckt, die Zahl der Wetterballons ist aufgrund der Kosten sowohl in der räumlichen als auch zeitlichen Abdeckung begrenzt. Wie geschieht etwas in der Atmosphäre? → Die tatsächlichen meteorologischen Zusammenhänge müssen in ein genügend genaues rechnerisches Modell übersetzt werden. Diese reflektieren die jeweiligen Fortschritte in der Grundlagenforschung wie auch der Rechenkapazität der Computer (Das Rechengitter hat derzeit typischerweise eine Maschenweite von 1 km - 20 km). Die mittleren Effekte der Vorgänge die auf kleineren Skalen als der Rechengitterweite stattfinden (z. B. Schmelzen eines Hagelkorns) müssen mittels vereinfachenden Näherungen (sogenannten Parametrisierungen) beschrieben werden. der grundsätzlich nicht vorhersehbare Anteil des Wettergeschehens → Chaosforschung, Schmetterlingseffekt. Unter welchen Umständen resultiert eine kleine Ungenauigkeit im Wettermodell bzw. in den Messwerten in einer sehr ungenauen Prognose?
Aus Gründen der Rechenzeit und der großen anfallenden Datenmengen können die beteiligten Luft- und Wassermassen noch nicht mit zufriedenstellender Genauigkeit berücksichtigt werden. Es spielen zu viele einzelne Faktoren eine Rolle, deren Zusammenspiel man bis dato und auch in näherer Zukunft nicht vollständig analysieren kann. Daher machen lokale Einflüsse wie Gebirge und ihre unregelmäßig geformten Hänge, Effekte unterschiedlicher Einstrahlung durch „falsch“ berechnete Bewölkung, der Bewuchs oder das Gestein so viel aus, dass die Treffsicherheit für die nächsten 4 bis 7 Tage erheblich sinkt. Das theoretische Limit der Wettervorhersage wird heute bei 14 Tagen angenommen. Darüber hinaus befindet man sich im Bereich der Klimavorhersage, wie der subsaisonalen, saisonalen oder dekadischen Vorhersage, und kann nur noch statistische Aussagen über längere Zeiträume treffen, aber keine konkreten Ereignisse mehr seriös vorhersagen.
Aus den vorhandenen Datenmodellen lassen sich für unterschiedliche Vorhersagebereiche dennoch sehr zuverlässige Vorhersagen für wetterabhängige Branchen erstellen. Der Deutsche Wetterdienst hat ein Vorhersagemodul für die Kornfeuchte bei vollreifem Getreide erstellt. Dieses Modell sagt mit hoher Genauigkeit die Kornfeuchte von Getreide anhand von Bodenfeuchte, Luftfeuchte und Sonneneinstrahlung vorher. Die Vorhersagezeit reicht 5 Tage in die Zukunft. Die Vorhersagen werden nur in der Zeit der Getreideernte im Sommer erstellt.
Die Theorie der Meteorologie ist zwar durch die Gasgesetze, die Thermodynamik und die Strömungslehre weitgehend geklärt, kann aber durch kleinräumige Effekte von bis zu Kilometer-Dimensionen nicht alle Luftbewegungen mit ausreichender Genauigkeit berechnen. So kann beispielsweise an einem sonnigen Tag die Temperatur über dunklen und hellen Flächen um mehrere Grad differieren. Ähnliches tritt zwischen Sonnenseite und Schattenseite eines Gebirgskammes auf oder zwischen Gewässern und festem Boden.
Wetter-Apps Wetterprognose-Apps sind sehr beliebt, und sie sind auf vielen Smartphones vorinstalliert (z. B. „Weather“ auf iPhones). Die Apps beziehen ihre Prognosen nicht selten aus dem öffentlich zugänglichen und kostenlosen GFS-Modell der US-amerikanischen NOAA. Dies hat für den Benutzer den Vorteil, dass Prognosen für die gesamte Welt verfügbar sind, und für den Anbieter den, dass softwaretechnisch keine Integration mit regionalen Wetterprognosen notwendig ist. Jedoch arbeitet GFS mit einem 28 km × 28 km-Raster, was zum Beispiel eine genaue Abbildung von Gebirgszügen verunmöglicht – sie erscheinen im meteorologischen Modell als Hochebenen. Die Wetterprognose für Sion zum Beispiel – 515 m über Meer, mitten in den Alpen gelegen und einer der wärmsten Orte der Schweiz – entsteht dann über eine Anpassung an frühere Erfahrungswerte, und nicht direkt aus dem Wettermodell.
Des Weiteren wird kritisiert, dass Wetter-Apps selten darüber aufklären, wo deren Grenzen liegen. Zum Beispiel werden langfristige Prognosen oft gleich präsentiert wie die wesentlich zuverlässigeren kurzfristigen Prognosen. Auch fehlen oft Hinweise darauf, wie oft und zu welchen Zeitpunkten die Prognosen erneuert werden.
Wet bias Das sogenannte „Nässe-Bias“ ist eine absichtlich eingeführte systematische Verzerrung in den Wetterprognosen. Sie sorgt dafür, dass nasseres Wetter vorausgesagt wird, als (statistisch gesehen) tatsächlich eintrifft.
Geschichte Die Abschätzung der zukünftigen Wetterentwicklung interessiert die Menschen seit Jahrtausenden und ist Gegenstand intensiver Erfahrung (siehe: Wetterzeichen) und zunehmender Forschung.
Versuche, das Wetter vorherzusagen, sind seit dem Altertum überliefert und dürften noch länger zurückreichen, wenn man bedenkt, wie stark Menschen – besonders in der Landwirtschaft – von Niederschlag und Temperatur abhängig waren.
Sogenannte Lostage, als Bauernregel bekannt, sind als Versuch anzusehen, analog den scheinbar immer wieder gleich ablaufenden Jahreszeiten die Zeiten dazwischen weiter in wetterrelevante Abschnitte zu unterteilen. Man ging davon aus, dass an Lostagen – ähnlich einem Knoten in einem Entscheidungsbaum – das Wetter und die Witterung, abhängig vom Zustand an diesem Tag, einen gewissen weiteren Verlauf nehmen würden, der aus Überlieferungen und später Aufzeichnungen ermittelt werden könne. Die wissenschaftlich fundierte Wettervorhersage begann übrigens mit ähnlichen Methoden: Man versuchte in der Zeit vor der Telegraphie, im Wetter kurzfristige Muster zu erkennen und zum Beispiel aus den Niederschlägen, der Temperatur und dem Luftdruck der letzten drei Tage das Wetter von Morgen vorauszusagen.
Technische Fortschritte mini|Die Silberdistel als Luftfeuchtigkeitsanzeiger
Otto von Guericke erkannte im Jahr 1660 erstmals den Zusammenhang zwischen Abfallen des Luftdrucks und Aufzug eines Unwetters. Einfache Hygrometer waren auch schon früher bekannt – etwa die „Wetterdistel“, deren aufgerollte Blütenblätter eine erhöhte Luftfeuchtigkeit anzeigen und so vor Regen warnten.