Was ist Meteorologie?

Die Meteorologie konzentriert sich in der Regel auf die unterste Schicht der Erdatmosphäre, die Troposphäre, in der die meisten Wetterereignisse stattfinden. Ihre Anwendungen erstrecken sich auf verschiedene Branchen, darunter Energie und Versorgung, Öl und Gas, Landwirtschaft, Luftfahrt und Bauwesen.

Wissenschaftler auf dem Gebiet der Meteorologie werden Meteorologen genannt. Neben der Wetterbeobachtung und -vorhersage befassen sich Meteorologen auch mit langfristigen Klimatrends und deren Auswirkungen auf die menschliche Bevölkerung. Der Großteil der klimabezogenen Forschung findet jedoch im Bereich der Klimatologie statt.

Schon in frühen Zivilisationen versuchte man, das Wetter zu beobachten, vorherzusagen und sogar zu beeinflussen. Als Begründer der Meteorologie gilt jedoch der griechische Philosoph Aristoteles. Das Wort Meteorologie leitet sich vom griechischen Wort „meteoron“ ab, was „jedes Phänomen am Himmel“ bedeutet. Aristoteles verfasste um 350 v. Chr. die erste große Abhandlung über die Atmosphäre, Meteorologica, die fast 2.000 Jahre lang als Standardwerk zu diesem Thema galt

Im 17. Jahrhundert erlebte die Meteorologie eine wissenschaftliche Revolution, als der französische Philosoph, Wissenschaftler und Mathematiker René Descartes seine wissenschaftliche Methode auf das Thema anwandte. Obwohl die Theorien von Descartes aufgrund des Mangels an genauen meteorologischen Instrumenten relativ deduktiv waren, festigten sie die Meteorologie als legitimen Zweig der Physik.

Die Erfindungen des Barometers und des Thermometers im 18. Jahrhundert markierten einen bedeutenden Wandel in der Meteorologie. Diese Geräte ermöglichten es Wissenschaftlern, zwei wichtige atmosphärische Variablen zu messen: Luftdruck und Temperatur. In dieser Zeit entwickelten Wissenschaftler auch mathematische Modelle zur genaueren Wettervorhersage.

Im 19. Jahrhundert ermöglichten Innovationen wie der Telegraf den Austausch von Informationen zwischen Meteorologen mithilfe von Morsecodes, was zur Entwicklung der ersten modernen Wetterkarten führte. Diese Karten boten einen umfassenden Überblick über die globalen Wettermuster und ermöglichten genauere Wettervorhersagen.

Im 20. Jahrhundert führten Fortschritte in der Atmosphärenphysik zur Entwicklung moderner numerischer Wettervorhersagen. Norwegische Meteorologen entdeckten das Konzept der Luftmassen und Fronten, die die Bausteine der heutigen Wettervorhersagen sind.

Während der Weltkriege leisteten Wissenschaftler einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung der Meteorologie, da militärische Operationen zunehmend vom Verständnis und der Vorhersage der Wetterbedingungen abhingen. Sogar das Radar, das ursprünglich erfunden wurde, um die Richtung und Geschwindigkeit von Flugzeugen und Schiffen zu verfolgen, wurde für die Verfolgung der Richtung und Geschwindigkeit von Wettermustern umfunktioniert.

In den 1950er- und 1960er-Jahren konnten Satelliten und Computermodelle den atmosphärischen Druck auf globaler Ebene beobachten und datengesteuerte Simulationen durchführen, was zu genaueren Wettervorhersagen führte. Die moderne Meteorologie nutzt fortschrittliche Versionen dieser Technologien, um das Wetter nahezu in Echtzeit zu beobachten und vorherzusagen.

Jeden Tag werden Entscheidungen auf der Grundlage des Wetters getroffen. Angesichts der zunehmenden Häufigkeit und Schwere von Unwettern ist es besonders wichtig, dass Menschen und Unternehmen über die nötigen Ressourcen verfügen, um diese vorherzusagen, entsprechend zu planen und darauf zu reagieren.

 Unternehmen verlassen sich beim Risikomanagement auf Wettervorhersagen. Die Luftfahrtindustrie beispielsweise nutzt Wetterdaten wie Windgeschwindigkeit und Niederschlag für die Flugplanung und -verfolgung. Unternehmen mit Fahrzeugflotten berücksichtigen Wetterinformationen, um sicherzustellen, dass sie ihre Flotte nicht in einen Sturm schicken. Und Versorgungsunternehmen verlassen sich auf Tools für Wettervorhersagen und Standortinformationen wie LiDAR, um Stromnetze zu verwalten, elektrische Lasten vorherzusagen und potenzielle Waldbrände zu verhindern.

Meteorologen können bei der Vorhersage und Minderung der negativen Auswirkungen von Unwettern helfen. Dies kommt zu einer Zeit, in der sich die Schäden durch globale Naturkatastrophen im Jahr 2023 auf 380 Milliarden US-Dollar an wirtschaftlichen Verlusten beliefen.¹

Mithilfe globaler Klimamodelle können Meteorologen auch aktuelle Klimatrends wie die Temperatur der Erde verfolgen. Laut der Task Force on Climate-related Financial Disclosures (TCFD) haben Klimaveränderungen das Potenzial, sich auf verschiedene Aspekte der Umwelt, der Wirtschaft und der Gesellschaft auszuwirken. Angesichts der Zusammenarbeit der Nationen der Welt bei der Bekämpfung des Klimawandels und der Erreichung des Netto-Null-Ziels ist es von entscheidender Bedeutung, diese Klimarisiken zu verstehen und Klimaresilienz aufzubauen.

Meteorologen sind Atmosphärenforscher, die entweder als Forschungsmeteorologen oder als operationelle Meteorologen, auch als Prognostiker bekannt, tätig sind.

Forschungsmeteorologen untersuchen Phänomene wie Luftverschmutzung, Konvektion und Klima, um besser zu verstehen, wie sich atmosphärische Bedingungen auf die Erdoberfläche auswirken. Einsatzmeteorologen kombinieren diese Forschung mit mathematischen Modellen und physikalischen Prinzipien wie der Thermodynamik, um den aktuellen und zukünftigen Zustand der Atmosphäre zu beurteilen.

Meteorologen gehören Organisationen wie der American Meteorological Society (AMS), der World Meteorological Organization (WMO) und dem National Weather Service (NWS) an. Diese Kollektive arbeiten an der Förderung der Forschung in den verschiedenen Bereichen der Meteorologie, einschließlich der Meteorologie der Atmosphäre, der Ozeane, der Hydrologie und der Geophysik.

Ein Großteil der Meteorologie befasst sich mit atmosphärischen Phänomenen oder beobachtbaren Ereignissen in der Atmosphäre. Diese Phänomene können von einem lokalen Nebelfeld bis hin zu einem den Planeten umspannenden Wind reichen. Angesichts der schieren Bandbreite an möglichen Ereignissen werden bei der Beschreibung von Wetter und atmosphärischen Phänomenen vier meteorologische Skalen verwendet: Mikroskala, Mesoskala, synoptische Skala und globale Skala.

Mikroskalige Phänomene reichen in ihrer Größe von einigen Zentimetern bis zu einigen Kilometern. Sie haben eine kurze Zeitskala, typischerweise weniger als einen Tag. Diese Phänomene betreffen kleine geografische Gebiete und wirken sich auf die Temperaturen und das Gelände dieser Regionen aus. Beispiele für mikroskalige Meteorologie sind der Wärmetransfer zwischen Boden und Vegetation, die Bewegung von Luftschadstoffen und die Luftqualität.

Mesoskalige Phänomene erstrecken sich über eine Entfernung von einigen Kilometern bis zu fast 1.000 Kilometern und können weniger als einen Tag bis zu mehreren Wochen andauern. Sie bestehen aus zwei Phänomenen: mesoskalige konvektive Komplexe (MKK) und mesoskalige konvektive Systeme (MKS). Wasserdampf verwandelt sich in Niederschlag und manifestiert sich als einzelnes Wolkensystem, das starke Regenfälle erzeugt, klassifiziert als MKK, oder als kleinere Gruppe von Gewittern, klassifiziert als MKS.

Synoptische Phänomene erstrecken sich über ein Gebiet von mehreren hundert bis tausend Kilometern und können bis zu 28 Tage andauern. Sie bestehen aus Hoch- und Tiefdrucksystemen. In einem Tiefdrucksystem werden Wind und Feuchtigkeit in das Hochdrucksystem gesaugt, was die Konvektion beschleunigt und zu extremeren Wetterbedingungen führt. Hochdrucksysteme haben eine vertikale Abwärtsbewegung und führen in der Regel zu trockenerem, weniger widrigem Wetter

Als Phänomene der globalen Skala bezeichnet man den Fluss von Wind, Wärme und Feuchtigkeit von den Tropen zu den Polen. Die globale atmosphärische Zirkulation (Global Atmosphere Circulation, GAC) ist das großräumige Muster, das die Wärme über die Erdoberfläche verteilt. Jede Hemisphäre enthält drei Arten von Konvektionsströmen oder -zellen: Hadley-Zellen, Ferrell-Zellen und Polarzellen. Meteorologen konzentrieren sich häufig auf Hadley-Zellen, da diese den größten Einfluss auf die GAC haben und den Fluss der Passatwinde bestimmen können, die von Schiffen genutzt werden.

Meteorologen verlassen sich auf verschiedene Instrumente, um Wettersysteme zu bewerten und vorherzusagen. Zu den gängigen meteorologischen Instrumenten gehören:

 Meteorologische Instrumente können mit Technologien wie maschinellem Lernen (ML), künstlicher Intelligenz (KI) und Big Data kombiniert werden, um genauere Vorhersagen und andere wertvolle Erkenntnisse zu liefern. In einigen Fällen können diese Lösungen die Geschäftsabläufe radikal verbessern. Einige bemerkenswerte Beispiele sind

Radargeräte können an Wetterballons, Flugzeugen, Booten und anderen Objekten installiert werden. Sie verwenden Sensoren zur Übertragung von Radiowellen, die Informationen wie Größe, Geschwindigkeit und Richtung von Wolken sammeln. Dual-Polarisations-Radar sendet horizontale und vertikale Wellenimpulse aus und ermöglicht so eine bessere Wettervorhersage. Diese Erkenntnisse können bei der Analyse von Klimarisiken wertvoll sein, um beispielsweise die Sicherheitsmaßnahmen in der Luftfahrtindustrie zu verbessern.

Satelliten spielen bei der Beobachtung atmosphärischer Veränderungen und der Vorhersage globaler Wetterphänomene eine entscheidende Rolle. Die National Aeronautics and Space Administration (NASA) und die National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) sind zwei Organisationen, die geostationäre operationelle Umweltsatelliten betreiben. Diese Satelliten sammeln wertvolle Geodaten, die mithilfe geografischer Informationssysteme visualisiert werden können. Neben Wetterdaten bieten diese Satelliten auch Fernerkundungsfunktionen, die Landwirten bei der Bewirtschaftung ihrer Nutzpflanzen und der Verbesserung der Wassernutzung helfen.

Heute ist die Computermodellierung eine der zuverlässigsten und genauesten Methoden für Meteorologen, um Wetterlagen vorherzusagen. Computermodelle bestehen aus verschiedenen Codes und Algorithmen, die große Mengen meteorologischer Daten verarbeiten und in Prognosen umwandeln, die als Wettermodelle bekannt sind. Diese Modelle ändern sich je nach bestimmten Eingaben, sodass Meteorologen ihre Vorhersagen bei Bedarf anpassen können. Auch Gesundheitsbehörden können ähnliche Techniken zur Vorhersage und Überwachung von Krankheiten einsetzen.