Thema des Tages 

Chaostheorie -Teil 2: Ensemblevorhersagen und die Grenzen der 
Vorhersagbarkeit 

In unserem ersten Teil haben wir gelernt, dass chaotische Systeme 
sehr sensitiv bezüglich der Anfangsbedingungen und der 
Wettervorhersage somit Grenzen gesetzt sind. Doch wo liegen die 
Grenzen der Vorhersagbarkeit und wie kann man dem Chaos beikommen? 

In unserem ersten Teil haben wir gelernt, dass chaotische Systeme 
sehr sensitiv bezüglich der Anfangsbedingungen und der 
Wettervorhersage somit Grenzen gesetzt sind. Doch wo liegen die 
Grenzen der Vorhersagbarkeit und wie kann man dem Chaos beikommen? 
Wie lange das Wetter noch einigermaßen vorhersagbar ist, hängt stark 
von der Wetterlage ab. Bei stabilen Wetterlagen ist der Zeitraum 
entsprechend länger, während er bei Grenzwetterlagen oft nur wenige 
Tage beträgt. Im Allgemeinen gilt jedoch, dass das Wetter derzeit, 
ohne auf regionale Detailprognosen einzugehen, im Mittel etwa 7 Tage 
vorhersagbar ist. Bis zu 10 Tagen kann man noch einen groben Trend 
angeben. 
Um das Problem mit dem Chaos zumindest etwas in den Griff zu 
bekommen, werden sogenannte Ensemblerechnungen durchgeführt. Das 
bedeutet, dass ein Wettermodell mehrere Male mit jeweils leicht 
variierten Anfangsbedingungen gerechnet wird. In der Abbildung ist 
die Ensemblerechnung des europäischen ECMWF-Modells für München 
dargestellt. Jede Linie entspricht dabei einen Modelllauf. Der obere 
Teil der Abbildung zeigt die Temperatur auf etwa 1500 m Höhe. In der 
Mitte ist der 6-stündige Niederschlag dargestellt und ganz unten das 
Geopotenzial auf etwa 500 hPa, was in etwa einer Art Druckäquivalent 
in etwa 5500 m Höhe entspricht. Die fette Linie ist der Kontrolllauf, 
der die originalen Anfangsbedingungen enthält. Die gestrichelte Linie 
symbolisiert den höher aufgelösten operationellen Lauf. 
Man erkennt, dass die Temperatur bis etwa Freitag, den 12. von allen 
Ensemblerechnungen recht einheitlich prognostiziert wird. Der 
Temperaturanstieg am Ende der Woche scheint als sicher, denn das 
System ist diesbezüglich wenig chaotisch. Ab dann fächern die 
Vorhersagen deutlich auf. Ein Trend zu einer Abkühlung ab Sonntag 
lässt sich aber dennoch herauslesen. Ab Mittwoch geht das System 
bezüglich der Temperatur völlig ins Chaos über. Die Vorhersagen sind 
dann so unterschiedlich, dass sich keine Vorhersage mehr treffen 
lässt. 
Anders sieht die Vorhersage bei den Niederschlägen aus. Diese streuen 
bereits am Wochenende erheblich. Dies weißt für den erfahreneren 
Meteorologen auf Schauer und Gewitter hin, was sehr chaotische 
Prozesse sind. Ob ein Gewitter trifft, oder ob es an einem Ort 
vorbeizieht, lässt sich oft maximal eine Stunde vorhersagen. Deshalb 
verwundert es nicht, dass einige Rechnungen einen Volltreffer mit bis 
zu über 30 mm Regen zeigen, während es andere Ensemblemitglieder im 
selben Zeitraum trocken lassen. 
Trotz immer besserer Computer und genaueren Messdaten, wird sich die 
mögliche Vorhersagezeit nur wenig verlängern. Denn auch in Zukunft 
wird sich nicht jeder Flügelschlag von Schmetterlingen erfassen 
lassen. Der Mathematiker und Chaosforscher Wladimir Igorwitsch Arnold 
stellte fest, dass die prinzipielle Grenze von Wettervorhersagen bei 
2 Wochen liegt. 
Doch was ist mit Langfristprognosen? Vor kurzen kursierte noch die 
Vorhersage eines „Hitzesommers enormen Ausmaßes“ durch die Medien. 
Langfristprognosen unterscheiden sich grundlegend von detaillierten 
Wettervorhersagen, die Prognosen über Stunden und Tage liefern. Mit 
Langfristprognosen lassen sich nur grobe Trendaussagen dahingehend 
treffen, ob ein bestimmter Monat mit einer bestimmten 
Wahrscheinlichkeit zu warm oder zu kalt, bzw. zu nass oder zu trocken 
wird. Dazu werden nicht nur die unteren Atmosphärenschichten 
berücksichtigt, sondern auch höhere Schichten in einem gekoppelten 
Klimamodell, dass auch Meereis, Boden und Ozean mit einbezieht. Diese 
Vorhersagen liefern in bestimmten Teilen der Erde wie zum Beispiel 
den Tropen recht gute Vorhersagen. Denn dort wird das Wettergeschehen 
über einen längeren Zeitraum von langsameren Prozessen, wie zum 
Beispiel El-Nino bestimmt. Bei den dynamischen Vorgängen in den 
mittleren Breiten, wo sich Druckverhältnisse und damit auch 
Wetterlagen häufig ändern, und die Prozesse chaotischer sind, ist die 
Qualität von Langfristprognosen weniger gut. So weiß man, was man von 
solchen „Horrorprognosen“ zu halten hat. 

Dipl.-Met. Christian Herold 
Deutscher Wetterdienst 
Vorhersage- und Beratungszentrale 
Offenbach, den 09.06.2020 

Copyright (c) Deutscher Wetterdienst 

Diesen Artikel und das Archiv der „Themen des Tages“ 
finden Sie unter www.dwd.de/tagesthema

Weitere interessante Themen zu Wetter und Klima finden 
Sie auch im DWD-Wetterlexikon unter: www.dwd.de/lexikon