Die groß angelegte meteorologische Messkampagne VITAL II ist gestartet. Das Ziel des Forschungsprojektes ist es, die Beobachtung der unteren ein bis zwei Kilometer der Atmosphäre zu verbessern. In diesem Bereich entwickeln sich viele Prozesse, die für Gewitter, Starkregen und lokale Wetterextreme entscheidend sind. Unter Leitung von Wissenschaftler*innen der Universität zu Köln erfassen die Forschenden in den kommenden drei Monaten die atmosphärische Grenzschicht über der Kölner Bucht zwischen Köln, Bonn und Aachen in einer hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung. Die Kampagne ist eine Forschungskollaboration des Hans-Ertel-Zentrums für Wettervorhersage (HErZ), geleitet durch Forschende der Universität zu Köln mit dem Deutschen Wetterdienst (DWD) und den Universitäten Bonn, Tübingen, Hamburg, München und Frankfurt.
Collage von Fotos der Messstationen an sieben Standorten (Karte oben links) der Kölner Bucht. Sie nehmen Wind, Turbulenz, Temperatur und Luftfeuchtigkeit auf. Quelle: R. Haseneder-Lind, P. Pospichal, U. Löhnert
Obwohl sich Wettervorhersagen in den vergangenen Jahrzehnten kontinuierlich verbessert haben, bleiben insbesondere kurzfristige Vorhersagen (bis zu 24 Stunden) von sommerlichen Gewittern und Starkregenereignissen fehleranfällig. Ein wesentlicher Grund dafür sind fehlende Messdaten aus der atmosphärischen Grenzschicht. „Wetterballons, Satelliten oder Messungen an Bord von Flugzeugen liefern zwar wertvolle Informationen, können die raschen Veränderungen von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Wind in diesem Bereich jedoch nicht ausreichend erfassen“, erklärt Projektleiter Professor Dr. Ulrich Löhnert vom Institut für Geophysik und Meteorologie der Universität zu Köln. „Für eine präzisere Wettervorhersage benötigen wir deutlich mehr Informationen über die Prozesse direkt über der Erdoberfläche.“
Für VITAL II haben die Kooperationspartner in der Kölner Bucht ein dichtes Beobachtungsnetz aufgebaut. Sieben hochmoderne Fernmessstandorte erfassen kontinuierlich Wind, Turbulenz, Temperatur und Luftfeuchtigkeit mithilfe verschiedener Fernerkundungssysteme. Ergänzt werden sie durch mehr als fünfzig automatische Bodenstationen, die meteorologische Daten nahe der Erdoberfläche aufzeichnen. Während einer intensiven Beobachtungsphase von Juni bis August kommen zusätzlich meteorologische Drohnen zum Einsatz, die Messungen bis in Höhen von rund zwei Kilometern ermöglichen. Parallel dazu starten Studierende der Universitäten Köln und Bonn bis zu 120 Wetterballons als Referenzmessungen. Erstmals werden diese Daten außerdem mit den Beobachtungen des neuen geostationären Satelliten MTG-S1 kombiniert, dessen Infrarot-Messinstrument kontinuierliche dreidimensionale Temperatur- und Feuchteprofile über Europa liefert.
Die gewonnenen Daten werden über ihre begrenzte regionale Bedeutung zeigen, wie sich die Beobachtung der atmosphärischen Grenzschicht durch die Kombination satelliten- und bodengestützter Messverfahren verbessern lässt. Dafür entwickeln Forschende der Universität zu Köln neue Verfahren des maschinellen Lernens, die unterschiedliche Datenquellen miteinander verknüpfen und zu hochaufgelösten Profilen der unteren Atmosphäre zusammenführen. Die Datensätze werden anschließend genutzt, um den Einfluss der Profile auf Wettervorhersagen systematisch zu untersuchen und die Darstellung turbulenter Prozesse in Wettermodellen weiterzuentwickeln. Darüber hinaus bietet die Kampagne die Möglichkeit, die Entstehung von Gewittern und sogenannten Cold Pools – lokale Kaltluftflüsse mit erheblichem Einfluss auf die weitere Gewitterentwicklung – besser zu verstehen.
„Langfristig tragen die Ergebnisse von VITAL II dazu bei, Wetterwarnungen für Gewitter, Starkregen und andere Extremereignisse zuverlässiger zu machen. Die Messkampagne liefert zudem wichtige Erkenntnisse für zukünftige Beobachtungsnetze und die Nutzung neuer Satellitengenerationen in der Wettervorhersage“, so Professor Dr. Löhnert.
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