Sturm auf dem Bildschirm - scinexx | Das Wissensmagazin
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Sturm auf dem Bildschirm

Simulationen von Unwettern und Blizzards

Auch die „normalen“ Stürme und Unwetter haben mittlerweile Einlass in die virtuelle Welt gefunden. Eines der ersten Versuche, ein Unwetter im Computer nachzubauen, unternahmen Forscher vom amerikanischen National Severe Storms Laboratory (NSSL) bereits Ende der 70er Jahre. Als am 20. Mai 1977 Oklahoma von einer ganzen Serie von Tornados heimgesucht wurde, registrierten Beobachtungsflugzeuge, Wetterballons, Dopplerradarstationen und zahlreiche mobile und stationäre Wetterstationen alle Einzelheiten der Ereignisse.

Aus diesen Daten entwickelten die Wissenschaftler Peter Ray, Robert Wilhelmson und Kenneth Johnson eine digitale Karte, die die Regenintensität und Windgeschwindigkeiten der Unwettergebiete in sechs verschiedenen Höhen darstellte. Aus diesen Karten baute das Team dann ein zwar dreidimensionales aber noch analoges Modell. Sie übertrugen die einzelnen Karten auf ein Drahtgitter und bauten diese in der entsprechenden Höhe in ein Plexiglasgestell ein. Immerhin konnten sie anhand dieses Modells herausfinden, warum sich an bestimmten Stellen der Unwetterwolke leichter eine Windhose bildet als an anderen.

Schnittmodell einer Gewitterwolke © NCSA

Mitte der 80er Jahre war die Computertechnik soweit fortgeschritten, dass Plexiglasmodelle überflüssig wurden. Die Simulation der Prozesse im Inneren eines Unwetters ließ sich nun direkt auf dem Bildschirm darstellen. Noch immer beschränkte sich aber die Modellierung auf die bloße Simulation von Luftmassenbewegungen und Wassergehalten in den einzelnen Schichten. Viele der bekannten physikalischen Einflussgrößen wie Reibung an der Erdoberfläche, Corioliskraft oder die unterschiedlichen Aggregatzustände des Wassers blieben unberücksichtigt.

In einem Vergleichstest zeigte sich jedoch, dass die modellierten Größen dieser einfachen Simulation nicht nur recht gut mit den tatsächlichen Beobachtungen von Dopplerradarstationen übereinstimmten, sondern dass sie auch wichtige neue Erkenntnisse über die inneren Abläufe in Regen- und Gewitterwolken bringen konnte.

Will man allerdings Stürme und Unwetter nicht nur untersuchen, sondern auch vorhersagen, braucht man erheblich umfangreichere Simulationen. Eine solche komplexes Modell haben Forscher des Laboratoriums für Geophysikalische Strömungsdynamik im amerikanischen Princeton (GFDL) entwickelt. Aus den Daten von vielen tatsächlichen und idealisierten Sturmszenarios entstand ein Programm, dass die Dynamik eines Sturms von seiner Entstehung aus einer kleinen lokalen Luftturbulenz bis zur vollen Reife nachbilden konnte.

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Blizzard-Modell © NOAA/GFDL

Als 1993 ein Blizzard weite Teile der amerikanischen Ostküste mit Schnee und Eisregen überzog, nutzten die Forscher des GFDL die Gelegenheit, um diesen Blizzard mithilfe ihres Modells im Rechner nachzubauen. Es zeigte sich, das in jedem Falle die grundlegenden Wettergeschehnisse in der Simulation erstaunlich gut mit der Realität übereinstimmten. Damit könnte das GFDL-Modell ein erster Schritt zu besseren Wettersimulationen und damit auch besseren Sturmvorhersagen sein. Ob es tatsächlich in der Praxis so funktioniert, muss die Anwendung zeigen.

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Stand: 27.01.2001

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Simulierte Welten
Modelle der Natur im Computer

Zahlen, Daten und Modelle..
Supercomputer auf dem Vormarsch

Die dritte Säule der Forschung
Die digitale Revolution in der Wissenschaft

Vom Schnittbild zur Virtual Reality in 4-D
Entwicklung und Einsatzgebiete der Computersimulation

Wirbelnde Winde in 3-D
Hurrikanvorhersage aus dem Computer

Sturm auf dem Bildschirm
Simulationen von Unwettern und Blizzards

"Impact"
Simulation eines Meteoriteneinschlags im Atlantik

Auf den Spuren von Jules Verne
Der virtuelle Blick in das Innere der Erde

Verkehrte Welt im Ostpazifik
El Nino-Vorhersage aus dem Computer

Lawinen auf der Spur
Computersimulationen in der Lawinenforschung

Die Bausteine des Lebens in 3-D
Moleküle aus dem Computer

Die Galerie der 64.000 Wetterfrösche
Computer und die Anfänge der Wettervorhersage

Die Wettermaschinen
Wie funktioniert die Wettervorhersage?

Virtueller Regen...
Lokalen Wetterereignissen auf der Spur

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