DFG-Forschergruppe: Virtueller Neckar soll Wettervorhersage verbessern
27. November 2013, von Ute Kreis
Eine neue DFG-Forschergruppe will mithilfe eines Supercomputers eine virtuelle Flusslandschaft erschaffen. Beteiligt sind auch Forscher am Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) der Universität Hamburg. Ziel der Simulation ist, die physikalischen Prozesse in einem Flusseinzugsgebiet besser zu verstehen. Das ermöglicht unter anderem präzisere Wettervorhersagen.
Eine neue DFG-Forschergruppe will mithilfe eines Supercomputers eine virtuelle Flusslandschaft erschaffen. Beteiligt sind auch Forscher am Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) der Universität Hamburg. Ziel der Simulation ist, die physikalischen Prozesse in einem Flusseinzugsgebiet besser zu verstehen. Das ermöglicht unter anderem präzisere Wettervorhersagen.
Ab April fördert die Deutsche Forschungsgemeinschaft das Projekt „Data Assimilation for Improved Characterisation of Fluxes Across Compartmental Interfaces“ mit mehr als zwei Millionen Euro. Stark vereinfacht lauten die Fragen der Forscher: Was müssen wir messen, um den Weg des Wassers genau nachzuverfolgen? Und wie können wir diese Informationen in Modelle integrieren? Am Forschungszentrum Jülich simuliert dafür einer der leistungsstärksten Computer Europas ein sogenanntes Flusseinzugsgebiet von der Quelle bis zur Mündung. Das Gebiet umfasst auch tiefere Bodenschichten und orientiert sich am Einzugsgebiet des Neckars. Dieses bedeckt eine Fläche von etwa 150 mal 200 Kilometern.
In der Praxis ist es extrem aufwändig, in solch einem großen Bereich alle Wassertransporte zu vermessen. Deshalb bedient sich die Forschergruppe eines Tricks: In dem Modell entsteht eine virtuelle Realität, der beliebig viele künstliche Messdaten entnommen werden können. Im nächsten Schritt versetzen sich die Wissenschaftler in die tatsächliche Realität zurück und behandeln das Modell wie ein echtes Flusseinzugsgebiet. Dort gibt es nur eine begrenzte Anzahl an Messstationen und folglich auch an Daten. Die Gruppe bestimmt eine Auswahl an künstlichen Messwerten und rekonstruiert aus ihnen die Wasserflüsse und das Wetter. Ziel ist, mit der Prognose der virtuellen Realität möglichst nah zu kommen.
Das Hamburger Teilprojekt leitet Prof. Felix Ament, Meteorologe am CEN und am KlimaCampus. Ihn reizt die Aussicht, mit Messungen im Boden das Wetter zuverlässiger vorherzusagen. „Das Spannende am Boden ist die Gleichzeitigkeit von langsam und schnell ablaufenden Prozessen“, erläutert Prof. Ament und gibt ein Beispiel: Eine Wolke schiebt sich vor die Sonne. Innerhalb von Sekunden kühlt die Erdoberfläche ab. Dagegen ändert sich die Temperatur in einer Tiefe von zwei Metern nur sehr langsam. Dieses Wissen will der Meteorologe nutzen: „Wenn wir beispielsweise feststellen, dass die Vorhersage für einen bestimmten Ort generell zu warm ist, dann liegt die Ursache dafür wahrscheinlich tief im Boden. Man nennt das auch den spezifischen zeitlichen Fingerabdruck eines Fehlers. Liegen die Meteorologen dagegen abwechselnd über oder unter der realen Temperatur, so müssen wir die Ursache für den Fehler eher in der oberen Schicht des Bodens suchen“, so Prof. Ament.
Die Ergebnisse aus der Grundlagenforschung versprechen unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten. Vorhersagen zum Niederschlag könnten einer sicheren Wasserversorgung und der Prognose möglicher Überflutungen dienen. Und das Wissen über die Bodenfeuchte hilft Landwirten, ihre Erträge zu steigern. Sprecher der Gruppe ist der Meteorologe Prof. Clemens Simmer von der Universität Bonn. Neben der Universität Hamburg sind auch die Universitäten Augsburg, Bonn, Hannover und Tübingen, die European Space Agency (ESA) sowie Institute der Helmholtz-Gemeinschaft in Jülich und Leipzig beteiligt. Mit der neu gegründeten Gruppe gibt es an der Universität Hamburg insgesamt 19 DFG-Forschergruppen.
Mehr Informationen finden Sie hier:
www3.uni-bonn.de/Pressemitteilungen/242-2013
Zur Seite von Prof. Felix Ament:
https://www.clisap.de/de/clisap/people/felix_ament-5/
https://www.mi.uni-hamburg.de/arbeitsgruppen/atmosphaerenmessungen/personen/ament-felix.html