Tropische Meteorologie - Prof. Peter Knippertz
-
Der Leiter der Arbeitsgruppe „Atmosphärische Dynamik“ am Institut für Meteorologie und Klimaforschung Troposphärenforschung (IMKTRO) beschäftigt sich mit tropischer Meteorologie und mit Wechselwirkungen zwischen tropischen und außertropischen Gebieten.
Die Notwendigkeit der Erforschung tropischer Meteorologie
Tropischer Starkregen oder Stürme sorgen immer wieder für Zerstörung, Überschwemmungen, Obdachlosigkeit und sogar Todesopfer. In den Tropen sind Wetterereignisse unter anderem aufgrund der vergleichsweise schlechten Datenlage schwieriger vorhersagbar als in anderen Gebieten dieser Erde. „Zudem wird die tropische Meteorologie von Wetterphänomenen bestimmt, die sich grundlegend von denen in gemäßigten Breitengraden unterscheiden“, erklärt Peter Knippertz. Sein Ziel ist es, durch neue Forschungsansätze die Vorhersagbarkeit tropischen Wetters zu verbessern. Notwendig sei dies nicht zuletzt aufgrund der Bevölkerungsdichte in tropischen und von den Tropen beeinflussten Gebieten: „Es gibt Analysen, zum Beispiel vom IPCC, dass manche Landstriche in den Tropen und Subtropen bei fortschreitendem Klimawandel quasi unbewohnbar werden. Die Hitze ist dann in einem Maße für unsere Gesundheit schädlich, dass körperliche Arbeit tagsüber unmöglich wird. Nach meinem Dafürhalten liegt in der tropischen Meteorologie daher ein wichtiger Schlüssel für die Zukunft unseres Planeten.“
Wettervorhersagen in der westlichen Welt beruhen seit Jahrzehnten auf numerischen Wettermodellen. Grundlage für das Verfahren ist die Unterteilung der Atmosphäre in gleichgroße Rechengitter und vertikale Schichten. Durch das Lösen von physikalischen Differenzialgleichungen mithilfe leistungsstarker Computer können somit relativ genaue Wettervorhersagen für mehrere Tage berechnet werden. Aufgrund der schlechten Datenlage und der andersartigen meteorologischen Phänomene lassen sich mit diesem Verfahren in den Tropen allerdings nur ungenaue Wettervorhersagen treffen. Das Team um Knippertz erforscht deshalb alternative Methoden, beispielsweise die Wettervorhersage mittels Satellitendaten oder mithilfe von modernen Modellen, die auf Künstlicher Intelligenz (KI) basieren und die mit bestehenden Wetterdaten trainiert wurden. „Der Proof-of-Concept ist bei Vorhersagemodellen mit KI bereits erreicht, allerdings gibt es auch noch Herausforderungen. Statistische Algorithmen lernen vornehmlich Mittelwerte und nicht so sehr Extrema. Wir müssen daher untersuchen, inwiefern diese zukünftige Wetterextreme wie Starkregen oder Hitzewellen vorhersagen können.“
Die Erkenntnisse aus der Forschung sind hierbei auch über die Tropen hinaus von Bedeutung, da tropische Wetterphänomene die gemäßigten Breiten beeinflussen können. „Im Herbst zum Beispiel dringen Hurrikans aus dem tropischen Atlantik in die Westwindzone ein, regen den Jetstream zu Wellenbildung an und erreichen manchmal sogar Europa. Dadurch ist die Wettervorhersage um diese Jahreszeit statistisch gesehen am schlechtesten.“ Zudem wird durch den Klimawandel auch in Europa die Luft im Sommer immer schwüler und es kommt zu starken Gewittern, wie es sie sonst fast nur in den Tropen gibt.
Aktuell arbeitet das Team um Knippertz interdisziplinär mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus der Mathematik und Informatik zusammen, um die Grenzen der Vorhersagbarkeit genauer zu verstehen und Wettermodelle weiter zu verbessern. (mgr)
Expertenmails mit Prof. Peter Knippertz:
Der Presseservice des KIT stellt gerne den Kontakt zwischen den Medien und Prof. Peter Knippertz her.
Fotonachweis:
Foto Hurricane: Emilia Maria Kühn, National Oceanic and Atmospheric Administration
Portrait Prof. Peter Knippertz, IMK: KIT