D7 Reanalyse und derivative Produkte

Thema

Meteorologische Reanalysedaten stellen eine historische Rekonstruktion des atmosphärischen Zustands dar. Sie entstehen durch die Kombination aller verfügbaren Beobachtungen aus jedem beliebigen Zeitpunkt der Vergangenheit – Radiosonden, Satelliten, Bojen, Flugzeuge und Bodenstationen – mit einem numerischen Vorhersagemodell mithilfe eines Datenassimilationsmodells. Dies wird durch eine Assimilationstechnik erreicht, die den Modellzustand über einen gesamten Zeitraum und nicht nur zu einem einzelnen Zeitpunkt an diese Beobachtungen anpasst. Einer der am weitesten verbreiteten meteorologischen Reanalysedatensätze deckt den Zeitraum von 1940 bis heute ab, mit einer horizontalen Auflösung von etwa 31 Kilometern und 137 vertikalen Ebenen, und erstellt stündlich einen neuen Datensatz. Andere meteorologische Zentren erstellen eigene globale meteorologische Reanalysedatensätze mit ähnlichen, aber nicht identischen Spezifikationen. Meteorologische Reanalysedatensätze sind praktisch die einzige Quelle atmosphärischer Daten, die gleichzeitig homogen, global und dreidimensional ist. Daher bilden sie die Grundlage für die Untersuchung des vergangenen Klimas, von Wetterextremen und der Qualität von Klimamodellen selbst. Diese Wetterreanalysen weisen jedoch Verzerrungen auf, die auf Veränderungen im Beobachtungssystem im Laufe der Zeit zurückzuführen sind. Beispielsweise wurden ab Ende der 1970er-Jahre Satelliten in die verfügbaren Beobachtungen einbezogen, und auch die Radiosonden selbst veränderten sich im Laufe der Jahre. Daher ist die Mischung der Beobachtungen, die in die Wetterreanalyse einfließen, zu Beginn des jeweiligen Zeitraums nicht exakt dieselbe wie am Ende.

Nach demselben Prinzip existieren globale Niederschlagsprodukte, die Satellitenmessungen mit bodengestützten Regenmessern kombinieren, um eine umfassende Abdeckung der Niederschläge auf der gesamten Erde zu gewährleisten. Einige dieser globalen Niederschlagsprodukte decken einen ebenso langen Zeitraum ab wie die Wetterreanalysen, von Ende der 1970er-Jahre bis heute; andere deckten kürzere Zeiträume von etwas mehr als einem Jahrzehnt ab, bevor sie durch neuere Produkte ersetzt wurden, die ab dem Jahr 2000 in Betrieb genommen wurden.

Intern minimiert die Variationsassimilationstechnik, die sowohl meteorologische Reanalysen als auch deren abgeleitete Produkte erzeugt, eine Kostenfunktion. Diese gewichtet zwei Aspekte gleichzeitig: die Übereinstimmung des Endergebnisses mit den verfügbaren Beobachtungen und die Abweichung desselben Ergebnisses vom Ausgangszustand des numerischen Vorhersagemodells vor Einbeziehung dieser Beobachtungen. Das Ergebnis dieser Minimierung ist die sogenannte Analyse: die bestmögliche Schätzung des Anfangszustands der Atmosphäre, der Ausgangspunkt für alle nachfolgenden Vorhersagen. Da keine meteorologische Reanalyse oder ein abgeleitetes Produkt frei von systematischen Fehlern ist, ist die Berechnung des Fehlerumfangs ebenso wichtig wie die Erstellung der Reanalyse selbst: Verschiedene meteorologische Reanalysen, die von unterschiedlichen Zentren mit unterschiedlichen Beobachtungsmischungen erstellt werden, werden miteinander verglichen. Die auftretenden Unterschiede sind ein Maß für die Unsicherheit jeder einzelnen Reanalyse. Somit stellen meteorologische Reanalysen die vollständigste historische Rekonstruktion der Atmosphäre dar, vorausgesetzt, der Nutzer ist sich der damit verbundenen systematischen Fehler und Unsicherheiten bewusst.

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