Hurricane Florence ist mitten in der Hurrikansaison auf dem Weg an die US-Küste. Woher wissen Experten, wann und wo der nächste große Hurrikan einschlagen wird? Es ist kompliziert.
Eine hochauflösende Kamera vor der Internationalen Raumstation (ISS) hat am Mittwoch (12. September 2018) um 7:50 Uhr morgens eine ernüchternde Ansicht des Hurrikans Florenz aufgenommen.
Von Mark Bourassa von der Florida State University und Vasu Misra von der Florida State University
Der Hurrikan Florenz nähert sich der US-Küste, genau auf dem Höhepunkt der Hurrikansaison.
Wirbelstürme können durch Wind, Wellen und Regen immensen Schaden anrichten, ganz zu schweigen vom Chaos, das die Bevölkerung auf Unwetter vorbereitet.
Letzteres wird immer relevanter, da der finanzielle Schaden durch Katastrophen im Kommen ist. Die wachsende Küstenbevölkerung und -infrastruktur sowie der steigende Meeresspiegel dürften zu diesem Anstieg der Schadenskosten beitragen.
Umso wichtiger ist es, frühzeitige und genaue Prognosen an die Öffentlichkeit zu bringen, wozu Forscher wie wir aktiv beitragen.
Vorhersagen treffen
Hurrikan-Prognosen haben sich traditionell darauf konzentriert, die Spur und Intensität eines Sturms vorherzusagen. Die Spur und Größe des Sturms bestimmen, welche Gebiete getroffen werden können. Dazu verwenden Prognostiker Modelle - im Wesentlichen Softwareprogramme, die häufig auf großen Computern ausgeführt werden.
Leider ist kein einzelnes Vorhersagemodell durchweg besser als andere Modelle, um diese Vorhersagen zu treffen. Manchmal weisen diese Vorhersagen dramatisch unterschiedliche Pfade auf, die um Hunderte von Kilometern voneinander abweichen. Zu anderen Zeiten sind die Modelle in enger Übereinstimmung. In einigen Fällen haben die kleinen Spurunterschiede sehr große Unterschiede in Bezug auf Sturmflut, Wind und andere Faktoren, die sich auf Schäden und Evakuierungen auswirken, selbst wenn die Modelle in enger Übereinstimmung sind.
Darüber hinaus werden verschiedene empirische Faktoren in den Prognosemodellen entweder unter Laborbedingungen oder in isolierten Feldversuchen bestimmt. Dies bedeutet, dass sie das aktuelle Wetterereignis möglicherweise nicht vollständig darstellen.
Hurrikan Florenz von der Internationalen Raumstation (ISS) am Morgen des 12. September 2018. Alexander Gerst, ein EU-Wissenschaftler an Bord der ISS, schrieb: „Vorsicht, Amerika! #HurricaneFlorence ist so riesig, dass wir sie nur mit einem Superweitwinkelobjektiv von der @Space_Station, 400 km direkt über dem Auge, einfangen konnten. “Bild über die NASA.
Prognostiker verwenden daher eine Sammlung von Modellen, um einen wahrscheinlichen Bereich von Spuren und Intensitäten zu bestimmen. Zu diesen Modellen gehören das Global Forecast System der NOAA und das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (European Center for Medium Range Weather Forecasts).
Das FSU Superensemble wurde von einer Gruppe an unserer Universität unter der Leitung des Meteorologen T.N. Krishnamurti, in den frühen 2000er Jahren. Das Superensemble kombiniert die Ergebnisse einer Sammlung von Modellen und verleiht den Modellen, die in der Vergangenheit besser vorhergesagte Wetterereignisse zeigten, wie z. B. atlantische tropische Wirbelstürme, mehr Gewicht.
Die Modellsammlung eines Prognostikers kann vergrößert werden, indem die Modelle optimiert und die Startbedingungen leicht geändert werden. Diese Störungen versuchen, die Unsicherheit zu erklären. Meteorologen können den genauen Zustand der Atmosphäre und des Ozeans zum Zeitpunkt des Starts des Modells nicht kennen. Zum Beispiel werden tropische Wirbelstürme nicht gut genug beobachtet, um ausreichende Details über Wind und Regen zu erhalten. Zum anderen wird die Meeresoberflächentemperatur durch den Durchgang eines Sturms gekühlt, und wenn das Gebiet wolkenbedeckt bleibt, ist es viel unwahrscheinlicher, dass diese kühleren Gewässer per Satellit beobachtet werden.
Begrenzte Verbesserung
In den letzten zehn Jahren haben sich die Streckenprognosen stetig verbessert. Eine Vielzahl von Beobachtungen - von Satelliten, Bojen und Flugzeugen aus, die in den sich entwickelnden Sturm geflogen werden - ermöglichen es Wissenschaftlern, die Umgebung um einen Sturm herum besser zu verstehen und ihre Modelle zu verbessern. Einige Modelle haben sich bei einigen Stürmen sogar um 40 Prozent verbessert.
Eine Boje, die Wetterdaten sammelt. Bild über NOAA / Wikimedia Commons.
Die Intensitätsprognosen haben sich in den letzten Jahrzehnten jedoch kaum verbessert.
Dies liegt zum Teil an der Metrik, mit der die Intensität eines tropischen Wirbelsturms beschrieben wird. Die Intensität wird oft als Spitzenwindgeschwindigkeit in einer Höhe von 10 Metern über der Oberfläche beschrieben. Um dies zu messen, untersuchen operationelle Prognostiker im National Hurricane Center in Miami die maximale durchschnittliche Windgeschwindigkeit von einer Minute, die an einem bestimmten Punkt im tropischen Wirbelsturm gemessen wird.
Für ein Modell ist es jedoch äußerst schwierig, die maximale Windgeschwindigkeit eines tropischen Zyklons zu einem bestimmten zukünftigen Zeitpunkt abzuschätzen. Modelle sind in ihrer Beschreibung des gesamten Zustands der Atmosphäre und des Ozeans zum Startzeitpunkt des Modells ungenau. Kleinräumige Merkmale tropischer Wirbelstürme - wie starke Niederschlagsgefälle, Oberflächenwinde und Wellenhöhen innerhalb und außerhalb der tropischen Wirbelstürme - werden in den Vorhersagemodellen nicht so zuverlässig erfasst.
Sowohl atmosphärische als auch ozeanische Eigenschaften können die Sturmintensität beeinflussen. Wissenschaftler glauben nun, dass bessere Informationen über den Ozean den größten Gewinn an Prognosegenauigkeit bringen könnten. Von besonderem Interesse ist die Energie, die im oberen Ozean gespeichert ist, und wie sich diese mit Meeresmerkmalen wie Wirbeln ändert. Aktuelle Beobachtungen sind weder ausreichend wirksam, um Meereswirbel an der richtigen Stelle zu platzieren, noch sind sie wirksam, um die Größe dieser Wirbel zu erfassen. Unter Bedingungen, unter denen die Atmosphäre das Hurrikanwachstum nicht stark einschränkt, sollten diese ozeanischen Informationen sehr wertvoll sein.
In der Zwischenzeit verfolgen Prognostiker alternative und komplementäre Messgrößen, wie die Größe der tropischen Wirbelstürme.
Mark Bourassa, Professor für Meteorologie an der Florida State University und Vasu Misra, außerordentlicher Professor für Meteorologie an der Florida State University
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Fazit: Wie Meteorologen große Hurrikane vorhersagen.
