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LM-Verifikation 21.12.03 : Sturm und Orkan
geschrieben von: Org: Wetterfuchs, 24.12.2003 (IP-Adresse bekannt)
Datum: 24. Dezember 2003 18:16

Das Sturm- und Orkantief „Jan“ entwickelte am 21.12.03 in Deutschland seine größten Windgeschwindigkeiten. Da im Vorfeld und auch danach dieses Ereignis im Forum stark diskutiert wurde, soll hier eine zusammenfassende Verifikation der LM-Prognosen vom Vortag 20.12.03 12 UTC vorgenommen werden. Es handelt sich dabei um die 12-36-stündigen Vorhersagen, die ich am 20.12.03 vor dem Ereignis im Forum vorstellte. Wie lag nun LM im Run vom 20.12.03 12 UTC bezüglich Struktur von „Jan“, Mittelwind und Maximalböen?
Zunächst der Vergleich von prognostiziertem Tief mit Mittelwind-Feld und beobachteten Winden für 12 UTC des 21.12.02 :


Die Mittagsposition von „Jan“ ist offensichtlich sehr gut getroffen worden, ebenso im allgemeinen recht gut die Verteilung der Windrichtungen auf Vorder-, Süd- und Rückseite des Tiefs. Gleiches gilt für die Stärke der dargestellten Mittelwinde. Im Bereich Elbe/Niedersachsen waren die prognostizierten 20 – 30 Knoten Mittelwind weitgehend passend. Auch über der Nordsee entsprach den dort prognostizierten engräumigen 50 Knoten Mittelwind eine gleichlautende Beobachtung (Ölinsel).
Wie war nun die Qualität der besonders interessierenden LM-Max-Böenprognosen? Zum Vergleich stehen 2 Zeitintervalle an : Die Zeit zwischen 00 und 12 UTC des 21.12.03 und die Zeitspanne von 12 bis 24 UTC dieses Tages. Max-Böen-Beobachtungen werden operationell bei Hauptterminen (00, 06, 12, 18 UTC) für 6-Stunden-Intervalle gemeldet. Deshalb muß der Vergleich der 12-stündigen LM-Prognosen mit jeweils zwei 6-stündigen Max-Böen-Meldungen vorgenommen werden. Der besseren Übersichtlichkeit und umfassenderen Wiedergabe der vorhandenen Daten willen unterteile ich die vorliegenden Meldungen in einen Nord- und Südbereich, die sich dabei überlappen.
Zunächst die erste Tageshälfte des 21.12.03 von 00 UTC bis 12 UTC :





Die LM-Prognosen sind nach den Bft-Stufen eingefärbt, die eingegebenen Zahlenwerte (gültig für die Punkte an den Pfeilspitzen) repräsentierten km/h. Die Karte mit den gemessenen Max-Böen gibt die Werte aber als Knoten. Dies erschwert etwas den unmittelbaren Vergleich. Deshalb vorangestellt die Zuordnung von Bft-Stufen, Knoten und km/h :
Bft 8  34-40 Knoten, 62 - 74 km/h (stürmischer Wind)
Bft 9  41-47 Knoten, 75 - 88 km/h (Sturm)
Bft 10  48-55 Knoten, 89 - 102 km/h (Starker Sturm)
Bft 11  56-63 Knoten, 103 - 117 km/h (Orkanartiger Sturm)
Bft 12  >= 64 Knoten, >= 118 km/h (Orkan)
Die Kernaussage von LM für die erste Tageshälfte war, daß sich von der Nordsee im Rückseitenbereich von “Jan” eine markante und relativ breite Zone mit Bft 11-12 über Niedersachsen hinweg bis etwa zur Elbe erstrecken sollte, während im Süden die Niederungen häufig von Bft 9, die Bergländer von Bft 10 bestimmt sein würden. Angesichts der Max-Böen-Meldungen von 06 UTC und 12 UTC ist eine gewisse Überprognostizierung durch LM feststellbar. Die Relativverteilung der Sturmschwerpunkte ist recht gut getroffen, begleitet jedoch von insgesamt zu hohen Werten. Die Beobachtungen von 12 UTC (also Werte zwischen 06 UTC und 12 UTC) bestätigen Orkan (Ölinsel mit 70 Knoten) und orkanartigen Wind über der Nordsee, an der Küste werden Bft 10, über Land aber häufig obere Bft 8 und Bft 9 gemessen. Ausnahmen bilden die Max-Böen-Werte der Berge, die genau in die LM-Flächenprognose passen : So meldete z.B. der Brocken bis 12 UTC schon eine Max-Böe von 82 Knoten, der Fichtelberg im Erzgebirge von 66 Knoten. Dazu eine praktische Anmerkung : Im (vorgegebenen) lokalen Eintrageschema des Wiedergabeprogramms Java-MAP wird im Meldungsüberlappungsbereich jeweils die Meldung der Niederungsstationen wiedergegeben (eine komplette Darstellung ist zwar möglich, dann kann man die sich überlappenden Daten aber nur noch schwer lesen).
Randgebiete um das Hauptwindfeld herum wie z.B. Nordrhein-Westfalen sahen in den Niederungen mit vorhergesagten und beobachten Bft 8 – 9 besser aus. Im Süden Deutschlands schob sich das Sturmfeld im Laufe der ersten Tageshälfte nach Osten vor, während die Berge schon frühzeitig sehr hohe Werte meldeten. Vielfach lagen die Spitzenböen bis 12 UTC unten bei Bft 8-9, in den Bergen deutlich höher im Bereich von Bft 12. Z.B. gab es am Feldberg/Schwarzwald bis 06 UTC Maximalwerte von 68 Knoten, an der Zugspitze bis 12 UTC Werte bis 76 Knoten. Die LM-Prognose gab im Süden in den Niederungen meist Bft 9, in Berglagen Bft 10. Vergleichsweise ist die Verifikation im Süden also recht gut, sieht man von den (in der gegebenen LM-Karte allerdings) nicht verifizierbaren Gipfelbereichen vielleicht ab (s. auch Anmerkungen weiter unten).
Nun zur zweiten Tageshälfte des 21.12.03 :





Die für die erste Tageshälfte festzustellende LM-Tendenz zur teilweisen Überziehung der Maximalböen für die Niederungen des Nordens gilt auch für die zweite Tageshälfte. Über der Nordsee wurden bis 18 UTC noch Max-Böen von 60 Knoten gemeldet, also Bft 11, was dort also nur geringfügig unter den prognostizierten Werten lag. Anstatt der sonst in den Niederungen vorhergesagten Bft 11-12 wurden (hauptsächlich noch bis 18 UTC) Bft 9-10 registriert, dabei allerdings punktuell auch Bft 11, z.B. in Lindenberg 62 Knoten (s.Karte). Die exponierten Bergspitzen waren im Norden jetzt am extremsten und glatt in Bft 12 mit z.B. Brocken 84 Knoten, Fichtelberg 78 Knoten. Im Süden Deutschlands streuten die beobachteten Max-Böen meist im Bereich von Bft 8 und 9, was im Vergleich zu den von LM vorhergesagten Bft 8-9 wieder als recht gut anzusehen ist. Weit höher lagen die gemeldeten Spitzenwerte der (hier besonders hoch auf ragenden) Berge (z.T. wieder nicht direkt auf den gezeigten Karten ablesbar) : Zugspitze noch 72 Knoten, Wendelstein 86 Knoten.
Die Verifikation von Tief, Wind und Maximalböen im Falle der 12-36 stündigen LM-Prognose für „Jan“ läßt sich demnach folgendermaßen zusammenfassen : Struktur und Lage des Sturmtiefs sowie Mittelwinde wurden durchweg gut bis sehr gut simuliert. Die Maximalböen-Prognose gab äußerst kräftige Signale im Kernbereich des Windes im Norden von verbreitet Bft 11-12. Dies wurde in den Niederungen in der Fläche so nicht (ganz) erreicht, auch wenn lokal mitunter die Daten stimmten. Die exponierten Berge lagen dort genau im Bereich der Flächen-Prognose. Im Süden waren in den Niederungen keine wesentlichen Abweichungen zu beobachten, die Berge übertrafen die aus der Karte ablesbaren LM-Erwartungen.
Zu den Bergen aber eine wichtige Anmerkung : Selbst LM mit seinem hochauflösenden 7 km-Gitter kann die Orographie der Gebirge nicht mit der wahren Höhe wiedergeben. D.h. praktisch : Die LM-Punkte im Gebirge sind zu niedrig. Würde man anstatt der Prog-Werte an der Gebirgs-Orographie die LM-Winde in den wahren Berghöhen ablesen und dazu noch einen Vertikalaustausch-Zuschlag machen, wären die Werte auch dort (noch) richtiger. Außerdem hat jede Gebirgslage, jeder exponierte Berg, typische Windeigenheiten. All diese Tatbestand sollten in der operationellen Prognose für das Gebirge u.a. über Vorhersage-Temps bzw. Meteogramme (die die vertikale Windverteilung zeigen) oder auch die Winde um 850 hPa und 700 hPa herum Berücksichtigung finden.
Noch ein abschließendes generelles Wort zur Böenprognose bei solchen Sturmlagen in Modellen : Max-Böen werden aus der Summation von Mittelwind, dynamischer Turbulenz und Effekten der Konvektion parameterisiert. Die richtige Erfassung von Turbulenz (Vertikalaustausch von Impuls) und Konvektion ist (neben der zutreffenden Simulation des horizontalen Druckgradienten als Hauptmotor) immer ein Problem und hängt von mehreren Faktoren ab. Auffällig beim Fall „Jan“ war die gewisse Überziehung der Werte im Kernbereich des Windfeldes. Dies kann aber nicht als „systematisch“ angesehen werden . Es gibt heute LM-Fälle mit Überprognostizierung wie auch Unterprognostizierung.
Wetterfuchs



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