GFS das schlechteste Wettermodell: Stimmt das?

GFS steht für Global Forecast System und ist das vom US-Wetterdienst National Weather Service (NWS) gerechnete Vorhersagemodell.

Gute Vorhersage-Apps gibt es schon allein deshalb nicht, weil das Hauptgeschäft der Wetterdienste das Business-to-Business-Geschäft ist – das macht man sich nicht durch gute Apps kaputt. Viele Apps arbeiten mit dem schlechtesten, aus Amerika stammenden Wettermodell. Dieses Wettermodell weiß mit seinem 28 x 28-Kilometer-Raster nicht einmal, wo Berg ist und wo Tal; andere Modelle sind etwas feinmaschiger, nur unser eigenes Modell hat eine Auflösung von 1 x 1 Kilometer.

Quelle: https://www.brandeins.de/magazine/brand-eins-wirtschaftsmagazin/2018/wetter/joerg-kachelman-nich-nehme-jeden-unwettertoten-persoenlich (abgerufen am 09.08.2018, 10.22)

Ich sehe diese Aussage aus mehreren Gründen kritisch:

Erstens ist GFS eines der wenigen Modelle, wenn nicht das einzige Modell, das seit Beginn des Internetzeitalters frei verfügbar für jedermann ist. Auch die GRIB-Files (Datenformat eines Wettermodells) können von jedem heruntergeladen werden, damit lassen sich – vorausgesetzt, man hat das nötige Hintergrundwissen und einen leistungsstarken Rechner – eigene Lokalmodelle mit den Ausgangsdaten von GFS füttern. Der nahezu unbegrenzte Zugang hat den Siegeszug privater Wetterdienste befeuert, die Konkurrenz staatlicher Wetterdienste belebt und damit auch das Dienstleistungsservice an den Kunden bzw. Bürgern verbessert. Nicht zuletzt begannen viele Hobbymeteorologen, darunter auch ich, mit dem Anschauen und Interpretieren der GFS-Karten. So wurde ich überhaupt darin bestärkt, auch beruflich in die Vorhersage zu gehen. Mit der fortschreitenden Regierung der USA unter Trump ist fraglich, wie lange GFS noch frei verfügbar sein wird. Das Nachfolgemodell FV3 soll Anfang 2019 erscheinen.

Zweitens, jedes Modell hat seine Stärken und Schwächen in gewissen Regionen und bei gewissen Wetterlagen. Das europäische EZWMF, dessen Daten bei Kachelmann frei verfügbar sind, hat unbestritten die beste Langfristperformance und die beste Performance bei Hurrikanvorhersagen. GFS ist aber nach wie vor stark bei Feuchtkonvektion (Schauer und Gewitter), und zwar unabhängig vom Scale, also angefangen von den täglich korrekt angedeuteten Böhmerwaldgewittern bis zur ausgewachsenen Squall line quer über Mitteleuropa. Aus GFS werden zahlreiche spezielle Vorhersageparameter für Konvektion berechnet, auch hochaufgelöste Lokalmodelle werden damit angetrieben. Mithilfe dieser Karten werden seit langem erfolgreich Unwettervorhersagen realisiert, u.a. von ESTOFEX.

Drittens ist schon lange bekannt, dass ein hochaufgelöstes Modell mit 1×1, nicht einmal mit 4×4 km, die eierlegende Wollmilchsau ist. Wetterdienste picken sich gerne zur Selbstbestätigung nur jene Wetterereignisse heraus, wo das Modell gepasst hat, und negieren die anderen, wo es danebenlag. In den vergangenen Wochen lag kein Wettermodell täglich richtig, was die Entstehungsorte, die Zeitpunkte und die Zugbahnen der Gewitter betraf. Wie Kachelmann richtig schreibt,

Ihr müsst selbst aufs Radar schauen und die unterschiedlichen Wettermodelle miteinander vergleichen.

Und da fällt eben auf, dass die beste Vorhersage nicht notwendigerweise vom höchstaufgelösten Modell stammt. Das Problem bei der Niederschlagsvorhersage ist die sogenannte double penalty (doppelte Bestrafung). Das Lokalmodell rechnet zwar die korrekten Niederschlagsmengen, aber am falschen Ort. Am richtigen Ort wird nichts berechnet. Somit ist die Vorhersage an beiden Orten falsch. Globalmodelle schmieren aufgrund ihrer viel geringeren Auflösung vergleichsweise geringeren Niederschlag über beide Orte drüber. Für Ort B ist die Vorhersage nun richtig, für A ein bisschen falsch.

Niederschlag ist überhaupt der schwierigste Parameter, und damit, viertens, spielt die Lokalerfahrung eine große Rolle:

HHSFC_GFS0p25_ceur

Modellorographie von GFS – Quelle: modellzentrale.de

Richtig, GFS weiß nicht, wo die Ötztaler Alpen liegen, anstelle von Tälern und Berge liegt dem Modell eine homogene, geneigte Hochfläche zugrunde. Auch der Wienerwald existiert nicht, was Fehler bei der Windberechnung erzeugen kann (nach oben und unten, da weil der Wienerwald je nach Anströmung Föhneffekte erzeugt). In den Zentralalpen ist die Prognose am schwierigsten, was Bewohner bestätigen „Im Lungau ist das Wetter immer anders. In Osttirol haben wir unser eigenes Wetter.“ Das Gleiche gilt für die gesamten Ötztaler Alpen, insbesondere für jene Gebiete in unmittelbarer Nähe zum Alpenhauptkamm. So kann es bei Nordstau in Inntalnähe noch regnen und am Alpenhauptkamm noch sonnig auflockern. Das Inntal wiederum trennt die klassischen Nordstaulagen (Nördliche Kalkalpen vom Bregenzerwald bis Schneeberg) von den inneralpinen Trockengebieten (Oberes Gericht bis Lungau). Als erfahrener Meteorologe habe ich das alles im Hinterkopf, wenn ich Wetterkarten interpretiere. Essentiell ist dabei auch die Betrachtung der Höhenwindkarten. Unterhalb Kammniveau lässt sich nur großräumig sagen, aus welcher Richtung der Wind kommt. An einem schönen Sommertag wehen Talwinde (talaufwärts), bei Kaltfrontdurchgang meistens Nordwinde, bei Südwestlagen mitunter Südföhn.

Zwei Vorhersagebeispiele, wo sich trotz der 28x28km Auflösung sehr wohl herauslesen lässt, wo bevorzugt Gewitter auftreten können. Grundlage ist jeweils der heutige Modelllauf (Donnerstag, 09. August 2018, 00 UTC).

3-stündige Vorhersage von GFS für Sonntag, 12. August, 17 Uhr bis 20 Uhr MESZ

west

Mit Kenntnis der echten Topographie lassen sich zwei Schwerpunkte herausfiltern: Zum Einen vom Bregenzerwald über die Allgäuer Alpen und das Karwendel bis zu den Berchtesgadener Alpen und Osterhorngruppe (= Nördliche Kalkalpen), zum Anderen im Tessin und Graubünden bis Süd- und Osttirol. Die Zentralalpen blieben in diesem Fall ausgespart, was auf eine Südwestströmung hindeutet.

westwind

Tatsächlich werden in 700hPa Hlhe (= ca. 3000m) schwache Südwestwinde gerechnet. Das zeigt auch das kleine Niederschlagsmaximum im Bereich der Hohen Tauern (bzw. im Modell entlang der höchsten Erhebungen), was so eher nicht zutreffen wird.

3-stündige Vorhersage von GFS für Montag, 13. August, 17 Uhr bis 20 Uhr MESZ

west2

Einen Tag später für den gleichen Zeitraum (später Nachmittag) sehen die Niederschlagsignale flächiger und kräftiger aus. Zwar werden weiterhin die stärksten Signale am Alpennordrand gerechnet, doch sind nun das Inntal und allgemein die Zentralalpen nicht mehr ausgespart.

west2wind

Auch diese Niederschlagsberechnung erscheint realistisch, wenn man sich die zugehörigen Höhenwinde anschaut. Hier wird nämlich eine markante Windkonvergenz (Zusammenströmen der Winde) quer über die Alpen gerechnet, was auf großräumige Hebung andeutet [Meteorologen schauen sich natürlich noch viel mehr Wetterkarten an, aber das würde hier den Rahmen dieses Blogtexts sprengen.]  Damit wären in der gesamten Westhälfte Österreichs bis hin zum Salzkammergut und Hohe Tauern Gewitter möglich.

Die Zahlen stehen für die jeweiligen Gitterpunkte und sind gemittelte Werte. In der konvektiven Niederschlagsprognose sind Werte wie Wahrscheinlichkeiten zu lesen, je höher, desto wahrscheinlicher kommt es tatsächlich zu Schauern oder Gewittern, und lassen außerdem Rückschlüsse auf die Absolutwerte zu. Je höher der Wert am Gitterpunkt, desto wahrscheinlicher kommt es zu extremen Regenfällen. Was man in einem Globalmodell aber nie finden wird, sind annähernd tatsächlich gemessene Niederschlagswerte, also krumme Werte wie 27mm, 34mm oder 60mm wie kürzlich in St. Radegund am Schöckl (am Schöckl selbst stoppte die Datenübertragung bei 140 mm in 1 Std.). Anhaltspunkte für Extremwerte sind wiederum nur in Lokalmodellen zu finden, aber – wie oben erwähnt – mitunter am falschen Ort.

Als letztes Beispiel noch die aktuelle Vorhersage für den heutigen Tag, ich beziehe mich wieder nur auf die Niederschlagskarten:

3-stündige Niederschlagsprognose für Donnerstag, 17 bis 20 Uhr MESZ

gfs-heute

Um 20.00 MESZ liegt die Kaltfront zwischen Niedersachsen und Bodensee, die Linienform deutet auf eine Gewitterlinie hin, die Absolutwerte auf zwei Schwerpunkte, über Niedersachsen und Hessen nahe dem Tiefdruckkern (Nordsee), und über der Schweiz und Württemberg (energiereichste Luftmasse und Verstärkung durch Föhnlage). Vorlaufend von den Dolomiten bis Chiemgau entstehen isolierte Gewitter (der Erfahrung nach können diese sehr großen Hagel hervorbringen).

3-stündige Niederschlagsprognose für Donnerstag/Freitag, 23 bis 02 Uhr MESZ

nacht

Nach Mitternacht ist das Niederschlagsfeld entlang der Kaltfront geschlossen, und zwar vonRügen bis zur Zentralschweiz. Westlich von Salzburg läuft die Front aus der Zone mit Hebungsantrieb heraus, die Niederschlagssignale schwächen sich ab. Weiter östlich und nördlich bleibt sie deutlich ausgeprägter, hier werden wir heute Abend mitunter eine oder zwei markante Gewitterlinien sehen. Hinweise auf eine zweite Linie bzw. vorauseilende Gewitter gibt es über dem Innviertel sowie von der Westgrenze Polens über Ostsachsen bis zum Bayerwald. Hier ist das Niederschlagsfeld konvex nach Osten ausgebeult.

Darauf deutet auch die Position der Bodenwindkonvergenz hin:

10m

Man beachte: Die Windkarte zeigt die Verhältnisse zum Zeitpunkt 00 UTC (2 Uhr MESZ), die Niederschlagskarte die Niederschlagssummen zwischen 21 und 00 UTC.

Der Windsprung von Ost nach West ist in Böhmen und Nordösterreich also viel weiter östlich als die Gewitterlinie. Das lässt Rückschlüsse auf das Überleben der Gewitterlinie zu. Je enger Windsprung und Niederschlagssignale beisammen sind, desto wahrscheinlicher pflanzt sie sich fort. Das hängt mit der relativen Lage der Gewitterfront zum Tiefdruckkern zusammen. Schlechte Karten also für den Alpenostrand und Wien, wo nur noch kräftiger Westwind ankommt.

Ich habe jetzt nur GFS herausgepickt, weil es sonst zu unübersichtlich wird. Andere Modelle zeigen einen etwas anderen Ablauf, auch wenn sich alle Modelle einig sind, dass heute abend eine Gewitterlinie durchgeht.

In einem Punkt stimme ich Kachelmann zu:

Es ist unmöglich, den geschilderten Ablauf, die Interpretation der Karten, die ganze Lokalerfahrung in ein einziges Wetterapp-Symbol für einen beliebigen Ort zu packen, möglicherweise gar ein Symbol für den ganzen Tag, für Vor- oder Nachmittag. So kommen Angaben zustande, die offenkundig saumäßig sind, etwa einstellige Niederschlagswahrscheinlichkeitsangaben vor dem Gewitter, und 84% während dem Gewitter (so wie gestern von „The Weatherchannel“ für Salzburg-Stadt). Das gilt aber für Apps aller Datengrundlagen, egal ob Global- oder Lokalmodell. Ich kann und werde keine „beste App“ empfehlen, weil es sie nicht gibt. Ich empfehle zu vergleichen, und weil man von keinem Ottonormalverbraucher erwarten kann, dass er sich die Zeit nimmt, verschiedene Wettermodelle zu vergleichen, empfehle ich old school Textprognosen, vom Alpenverein, vom Segelwetter, vom Flugwetter, von ORF und ZAMG und andere Quellen. Wer es detaillierter wissen will, dem bleibt nichts anderes übrig, als um eine telefonische Auskunft zu bitten, bei erfahrenen Hüttenwirten nachzufragen oder sich eben doch selbst einzulesen, aber das ist immer noch zuverlässiger als sich von einer App Bullshit einreden zu lassen.

Nachtrag am Rande: In der letzten Juliwoche war ich in den Ötztaler Alpen unterwegs, nur mit sporadischem Handyempfang. Als Grundlage für die Wanderwoche diente mir eine Mischung aus EZWMF und GFS, für allfällige Updates begnügte ich mich mit den GFS-Karten der Wetterzentrale für den Mitteleuropa-Ausschnitt (obige Karten). Damit kam ich jeden Tag durch, unter Berücksichtigung der klimatologischen Besonderheiten (inneralpine Trockentäler). Die hochaufgelösten Modelle hätten suggeriert, es gewittert genau an unserem Gipfel oder ausschließlich im Nachbartal. Eine Genauigkeit, die ich nicht erwarte und die ich auch nicht 1:1 übernehmen würde.

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