Warum können Regenvorhersagen nicht 100 % genau sein?

Warum ist es schwierig, immer heftigere Regenfälle genau vorherzusagen?

In den letzten Jahren tauchte das Stichwort „Starkregen“ immer häufiger bei Suchanfragen auf und ist tatsächlich in unserem Leben vorgekommen.

Von 1961 bis 2023 wird es in meinem Land jedes Jahr durchschnittlich 38 Regenstürme geben. Den Daten zufolge haben Häufigkeit und Intensität extremer Niederschläge deutlich zugenommen und es kommt häufiger zu kurzzeitigen Rekordniederschlagsereignissen.

Mit zunehmender Intensität der Regenfälle werden ihre Auswirkungen und die Folgekatastrophen, die sie auslösen – wie beispielsweise Überschwemmungen, Sturzbäche und Schlammlawinen – immer deutlicher und stellen Regierung und Öffentlichkeit vor ständig neue Herausforderungen bei der Reaktion darauf. Wie ist die Entwicklung starker Regenfälle im Zusammenhang mit dem Klimawandel? Warum können Starkregenvorhersagen trotz des kontinuierlichen technologischen Fortschritts nicht hundertprozentig genau sein ?

Extreme Niederschlagstrends

Unser Land ist ein Land mit starken Regenfällen. Der Regengürtel breitet sich von Süden nach Norden über ein riesiges Gebiet aus und verursacht in unterschiedlichen Regionen unterschiedliche Arten von Regenstürmen – Regenstürme in der Vorflutsaison in Südchina, Regenstürme an der Meiyu-Front in den Flussbecken des Jangtse und des Huaihe und Regenstürme in den Rillen und niedrigen Wirbeln in Nordchina... Die Regenstürme konzentrieren sich hauptsächlich auf die Hochwassersaison von Mai bis August und weisen eine hohe Intensität, hohe Extremwerte, eine lange Dauer und eine große Reichweite auf.

In Südchina kam es auch in diesem Jahr während der Vorflutsaison zu heftigen Regenfällen. Mitte Mai waren die Niederschläge in Südchina (Fujian, Guangdong, Guangxi und Hainan) die höchsten im gleichen Zeitraum seit 1961. Von den ersten zwölf regionalen Regenstürmen dieses Jahres ereigneten sich 11 im Süden, deutlich mehr als die 7,4-mal im gleichen Zeitraum der Vorjahre.

Am 8. Mai kam es in Nanning in der Provinz Guangxi zu schweren Regenfällen und die Bürger trieben ihre Fahrräder auf den Straßen herum. Foto: Xinhua News Agency-Reporter Zhou Hua

Gleichzeitig scheinen starke Regenfälle, eine stereotype „Spezialität“ des Südens, im Norden immer häufiger aufzutreten.

Zheng Zhihai, Chef-Meteorologe des Nationalen Klimazentrums, sagte, dass die Sommerniederschläge in Nordostchina, Nordchina und anderen Orten in den letzten Jahren im überdurchschnittlich hohen interdekadischen Bereich gelegen hätten, insbesondere in Nordchina, wo es seit 2016 sieben Jahre mit höheren Niederschlägen gegeben habe.

Einige dieser Extremereignisse sind sogar noch beeindruckender. Im Juli 2021 kam es in der Provinz Henan zu einer schweren Regenkatastrophe. Die meteorologische Beobachtungsstation Zhengzhou verzeichnete eine stündliche Niederschlagsmenge von 201,9 mm und brach damit den historischen Extremrekord auf dem chinesischen Festland. Im vergangenen Sommer kam es in Peking, Tianjin, Hebei und anderen Orten aufgrund der Restzirkulation des Taifuns Dusurui zu schweren Regenfällen, und viele Orte waren betroffen.

„Die globale Erwärmung wird zu einem höheren Feuchtigkeitsgehalt der Atmosphäre und einem verstärkten Wärmeinseleffekt in den Städten führen, was wiederum die Häufigkeit und Intensität extremer Regenfälle in den Städten erhöhen wird“, sagte Wan Rong, Chefingenieur des Wuhan Heavy Rain Research Institute der China Meteorological Administration. Zwar wird die Erwärmung die Zahl tropischer Wirbelstürme verringern, doch werden ihre Intensität und die damit verbundenen Niederschläge zunehmen.

Man kann sagen, dass sich das erhöhte Risiko extremer Starkregenfälle von der akademischen Forschung zu einer Realität entwickelt hat, mit der wir noch lange Zeit konfrontiert sein werden.

Schwierig, genau zu simulieren

Unvorhersehbare Niederschlagsgebiete und unerwartete Niederschlagsmengen sind oft die Hauptursache für Regensturmkatastrophen. Auch mit der heutigen fortschrittlichen Technologie ist es immer noch unmöglich, genau vorherzusagen, wann und wo starker Regen fällt, was für viele Menschen schwer verständlich ist.

Die Faktoren, die das Auftreten und die Entwicklung von Regenstürmen beeinflussen, sind zahlreich und komplex und der sich ständig ändernde Prozess und die Auswirkungen lassen sich nur schwer genau quantifizieren. Zhou Zhimin, Leiter des Labors für numerische Vorhersage von Starkregen am Wuhan Heavy Rain Research Institute, der sich seit vielen Jahren mit der Erforschung von Starkregen beschäftigt, verglich den Prozess der numerischen Vorhersage von Starkregenmodellen mit der Lösung einer riesigen Menge an Gleichungen.

„Nachdem verschiedene Erfassungsdaten von Satelliten, Radargeräten usw. assimiliert wurden, werden sie in die Gleichungsgruppe eingegeben, um eine erste Lösung zu erhalten, und dann kontinuierlich iteriert.“ Zhou Zhimin sagte , dass die Gleichungsgruppe diese natürlichen Phänomene und Wechselwirkungen aufgrund des unvollständigen Verständnisses des physikalischen Prozesses von Starkregen nicht genau beschreiben könne.

Einerseits kann das Gleichungssystem den tatsächlichen Prozess der Entstehung und Entwicklung von Starkregen nicht vollständig und genau wiedergeben. Darüber hinaus ist in diesem riesigen Gleichungssystem die Zahl der Unbekannten weitaus größer als die Zahl der Gleichungen, sodass es unmöglich ist, eine eindeutige Lösung zu berechnen. Andererseits sind die in diesen Gleichungssatz eingebrachten unbekannten Variablen, also die tatsächlichen Werte der Faktoren, die starken Regen beeinflussen, auch schwer genau zu beobachten.

„Die Formen der Regentropfen bei Regenstürmen an der Küste und an der Pflaumenregenfront sind tatsächlich unterschiedlich. Entlang der Küste gibt es mehr kleine Regentropfen, und der Durchmesser der Regentropfen an der Pflaumenregenfront ist größer, aber diese Unterschiede sind im Modell nicht zu erkennen.“ Zhou Zhimin sagte, dass diese Details auch der Schlüssel zur Genauigkeit der Vorhersagen plötzlicher und lokaler Regenfälle seien.

Dies ist ein Radar, das auf der wissenschaftlichen Versuchsbasis der China Meteorological Administration zur Überwachung starker Regenfälle im Mittellauf des Jangtse in Xianning, Hubei, eingesetzt wird. Foto: Xinhua News Agency-Reporter Huang Yao

Zhong Min, Chef-Meteorologe des Zentralen Meteorologischen Observatoriums Wuhan, der über fast 20 Jahre Erfahrung in der Vorhersage verfügt, glaubt, dass plötzliche, örtlich begrenzte und extreme Regenfälle noch immer einen Engpass bei der Vorhersage darstellen. „Es besteht noch Raum für die Optimierung des numerischen Prognosemodells und unzureichende Echtzeit-Beobachtungsdaten schränken auch die Verbesserung der Vorlaufzeit kurzfristiger Prognosen ein“, sagte Zhong Min.

Tatsächlich haben Wissenschaftler bei der Untersuchung der Mechanismen und Prognosen von Starkregen die Fragen nach dem Was, Warum und Was zu tun ist beantwortet. „Wie ist die tatsächliche Situation, wenn ein Regensturm auftritt? Welche Ursachen und Faktoren spielen eine entscheidende Rolle? Wie wird er sich später entwickeln? Zu diesen drei Fragen haben wir geforscht“, sagte Wan Rong.

Tiefer ins Mikro vordringen

Auf der wissenschaftlichen Versuchsbasis der China Meteorological Administration zur Überwachung von Starkregen im Mittellauf des Jangtsekiang in Xianning, Hubei, erfassen Geräte wie Windprofilradar, Laser-Regentropfenspektrometer und Wolkenhöhenmesser in Echtzeit die physikalischen Parameter des Windes im atmosphärischen Zustand in unterschiedlichen Höhen, die Form der Regentropfen, die Höhe der Wolkenuntergrenze usw. Die etwa 300 Kilometer entfernte Versuchsbasis Dahongshan hat eine Vielzahl meteorologischer Beobachtungsgeräte in Höhen von 211 Metern, 515 Metern, 985 Metern und 1050 Metern stationiert, um ein klares Bild von der Entstehung und Entwicklung von Starkregen zu zeichnen.

Derzeit baut mein Land ein mehrdimensionales System zur Beobachtung von Starkregen auf, das Boden-, Radar-, Satellitenfernerkundung und -sondierung umfasst. Laut Statistik gibt es in den nationalen Wetterdiensten 76.245 automatische Bodenstationen, 9 Wettersatelliten, 252 Wetterradare der neuen Generation, 294 X-Band-Wetterradare, 225 Windprofilradare und 120 Sondierungsstationen.

Dies ist ein Mikrowellenradiometer, das auf der Testbasis Dahongshan in Suizhou, Hubei, installiert ist. Foto: Xinhua News Agency-Reporter Huang Yao

Durch die Verbesserung der inhaltlichen und umfangsmäßigen Genauigkeit der Beobachtungselemente wurden einige bisherige blinde Flecken in der Kognition aufgedeckt.

„Nachdem die Beobachtungsdaten detaillierter wurden, stellten wir fest, dass es einen Jetstream in geringer Höhe unterhalb eines Kilometers gibt, dessen Ausdehnung zwischen zehn und ein- oder zweihundert Kilometern variiert. Sein Ausgang ist normalerweise das Zentrum starker Regenfälle“, sagte Wang Xiaokang, ein Forscher am Wuhan Heavy Rain Research Institute.

Bei dem Weltklasseproblem der Starkregenvorhersage waren präzisere Beobachtungen und eine eingehendere Erforschung der Mechanismen schon immer die Schwierigkeiten und Schwerpunkte der Bemühungen von Wissenschaft und Industrie.

„Wie das Umweltfeld bei starkem Regen beschaffen ist, wie das dynamische Feld und das thermische Feld beschaffen sind, wie die Wasserdampfbedingungen und Geländeeigenschaften beschaffen sind usw., all dies beeinflusst sich gegenseitig und schafft Unsicherheit, daher müssen wir tief in die mikroskopische Forschung und Analyse einsteigen.“ Sagte Wan Rong.

Experten zufolge sei es zur Bewältigung von Regenstürmen nicht nur notwendig, die Genauigkeit von Vorhersagen und Warnungen zu verbessern, sondern auch, die Wasserwirtschaft und die Hochwasserschutzeinrichtungen zu verbessern, den Bau widerstandsfähiger Städte zu fördern und die Kapazitäten zur Katastrophenvorbeugung, -minderung und -hilfe umfassend zu verbessern.

Planung und Produktion

Quelle: Xinhuanet

Herausgeber: Yang Yaping

Korrekturgelesen von Xu Lailinlin