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Verbesserungen der Wettervorhersage

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Manchmal kommt es auf Sekunden an. Wenn ein gewaltiger, Tornado produzierender Gewittersturm sich auf Ihre Heimatstadt zu bewegt, bedeutet ein Moment vielleicht einen großen Unterschied.

Will McCarty, ein Student am National Space Science and Technology Center, arbeitet mit Daten von NASAs Aqua Satelliten, um die kurzfristige Wettervorhersage zu verbessern -- der Art von Vorhersage, die Ihnen helfen könnte, diesem Gewittersturm auszuweichen.

Unterstützt durch seinen Mentor bei der NASA, Gary Jedlovec, hat McCarty es schon geschafft, die 48-Stundenvorhersagen um drei Stunden zu verbessern. "Das hört sich vielleicht nicht nach einer großartigen Veränderung an, aber erzählen Sie das Mal jemandem,  der ganz knapp einer Wetterkatastrophe entkommen ist", sagt McCarty.

Sie haben diese Verbesserungen erreicht, indem sie Messungen von Aquas Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) mit Wettermodellen verknüpften. Um zu verstehen, wie AIRS arbeitet, lassen Sie uns zuerst einen Blick auf die Vorhersagen werfen, die mit ihm gemacht wurden:

Zweimal am Tag messen Wetterballone in der ganzen Welt, Temperatur, Wind, Luftdruck und Feuchtigkeit. Diese Ballone untersuchen die unteren 11 bis 16 Kilometer der Erdatmosphäre, wo das Wetter entsteht. Mit Hilfe von Wetterstationen auf der Erdoberfläche, Flugzeugen und Wetterradare, werden weitere Messungen durchgeführt. All diese Daten liefern alle 12 Stunden einen "Schnappschuss" des Wetters über Land, zu einem bestimmten Augenblick. 

Als Nächstes werden die Messungen in den Vorhersagemodellen verwendet – Gleichungen, die mit dem Computer erarbeitet wurden und welche die Interaktion zwischen den oben genannten Variablen beschreiben. Ein Meteorologe interpretiert dann die Ausgaben des Modells und macht seine lokale Wettervorhersage.

Manchmal holt die Realität diesen banalen Vorhersageprozess ein.

"Je besser die Ergebnisse des Modells sind, umso mehr können sich die Meteorologen darauf verlassen, und es als Hilfsmittel für ihre Vorhersagen benutzen", sagt McCarty.

AIRS verbessert die Ergebnisse des Modells, indem es die Eingabedaten verbessert: An Bord von NASAs Aqua Raumschiff, mit einem Blick durch die Atmosphäre durch fast 2.4000 verschiedene, spektrale Kanäle, erzeugt AIRS eine genaue 3-D Karte der Atmosphärentemperatur, vom Wasserdampf, den Wolken und Treibhausgasen. 

"AIRS hat eine bessere Auflösung als vorherige Instrumente, weshalb er detailliertere Messungen durchführen kann", sagt McCarty. "Dies macht die Analyse genauer und verbessert die darauf aufbauenden Vorhersagen."

McCarty und Jedlovec sind sehr interessiert an den Infrarot-"Abstrahlungen" von AIRS, also den Messungen der thermalen Energie, welche von der Erdoberfläche und der Atmosphäre abgegeben werden. Die Forscher schauen nach Abstrahlungen, weil diese Messungen der Temperatur- und Wasserdampf-Muster in der Atmosphäre, auf einer großen Skala, liefern.

"Messungen der Abstrahlung erlauben generell die Beobachtung von vielen Orten, speziell über den Ozeanen, auf traditionelle Art und Weise die, wenn überhaupt, nur selten gemessen werden", erklärt McCarty. "AIRS gibt uns das beste Bild der vertikalen Temperaturen und Feuchtigkeits-Strukturen, das jemals aus dem All gemacht wurde."

AIRS' Besonderheit ist dann seine Kapazität sowohl das gemessene Gebiet in der Erdatmosphäre, als auch die Details, zu verbessern.

Was sind die nächsten Schritte? "Der Umgang mit Wolken", sagt McCarty. "Infrarotenergie durchdringt Wolken nicht sehr gut. Wenn Wolken in der Nähe sind, sieht das Instrument nur deren Spitze." 

Wenn die Wolken jedoch tief liegen, gibt es gute Daten von der Luft über ihnen, weil der Großteil der Atmosphäre trotzdem gemessen werden kann. Diese Daten wurden bisher nicht verwendet - sie wurden zusammen mit allen anderen, Wolken verseuchten Daten, einfach verworfen.

McCarty arbeitet derzeit an einem Algorithmus, der in der Lage sein soll zu identifizieren, welche Kanäle wirklich nutzlos sind und welche zu gebrauchen sind. Seine Arbeit wird dabei helfen, den Anteil an wirklich wichtigen Daten zu steigern und so noch bessere Vorhersagen zu ermöglichen. Er wird seine Daten bald in ein Vorhersagemodell geben, und herausfinden, wie viel besser.

Eine Verbesserung von 3 Stunden ist vielleicht erst der Anfang.

Quelle: Science(at)NASA

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