Um Naturkatastrophen zu reduzieren: Wie kann die Wettertechnologie Naturkatastrophen „vorauseilen“?

Am 8. Oktober dieses Jahres führte das Ministerium für Katastrophenschutz gemeinsam mit dem Ministerium für natürliche Ressourcen, der chinesischen Wetterbehörde und anderen relevanten Abteilungen und Einheiten eine Konsultation und Analyse der nationalen Naturkatastrophensituation in den ersten drei Quartalen des Jahres 2023 durch.

In den ersten drei Quartalen war die Naturkatastrophensituation in meinem Land komplex und schwerwiegend. Sie bestand hauptsächlich aus Überschwemmungen, Dürren, Taifune, Wind und Hagel sowie geologischen Katastrophen, wobei es in unterschiedlichem Ausmaß auch zu niedrigen Temperaturen und Frost, Schneekatastrophen, Erdbeben, Sandstürmen sowie Wald- und Graslandbränden kam. Verschiedene Naturkatastrophen haben 89,118 Millionen Menschen in unterschiedlichem Ausmaß betroffen und enorme wirtschaftliche Verluste verursacht.

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Die erste Verteidigungslinie zur Katastrophenvorbeugung und -minderung

Überschwemmungen zählen zu den Naturkatastrophen, die unter allen Katastrophenarten die größte Bedrohung für Menschenleben und Eigentum darstellen und die stärksten Auswirkungen auf die Stabilität der wirtschaftlichen und sozialen Entwicklung haben. [1] Starke Regenfälle sind als meteorologische Katastrophen die direkte Ursache von Überschwemmungen und können auch sekundäre Katastrophen wie Bergstürze, Erdrutsche und Schlammlawinen auslösen. Daher ist die rechtzeitige und wirksame Ausgabe von Frühwarnsignalen für Wetterkatastrophen wie Starkregen und heftige Konvektion der Schlüssel zum Erfolg der Katastrophenvorbeugung und -minderung. Meteorologische Wissenschaft und Technologie sind die Kraftquelle für den Aufbau einer soliden ersten Verteidigungslinie zur Katastrophenvorbeugung und -minderung.

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„Hellsehen“ und „Hellhören“

Um gute Prognosen und Warnungen vor Katastrophen wie Starkregen und heftiger Konvektion erstellen zu können, müssen wir zunächst „alle Richtungen im Auge behalten, in alle Richtungen aufmerksam zuhören, alles genau beobachten und uns selbst und den Feind kennen“. Wettersatelliten und Wetterradare sind die wichtigsten „Augen und Ohren“ des Wettervorhersagers.

Vom erfolgreichen Start des ersten Fengyun-Satelliten meines Landes im Jahr 1988 bis zum erfolgreichen Start von Fengyun-3G am 16. April 2023 an Bord der Trägerrakete Langer Marsch 4B Yao 51 hat mein Land derzeit 21 Wettersatelliten gestartet, von denen sich 9 in der Umlaufbahn befinden, und damit den kommerziellen Betrieb von polarumlaufenden und geostationären Satelliten realisiert. Die Erfassungsdaten der Wettersatelliten von Fengyun sind eine wichtige Hilfe bei der Überwachung von Katastrophen wie Taifunen, schweren Regenfällen, Hagel und Tornados. Insbesondere bei der Überwachung kleiner und mittelgroßer Wettersysteme wie Starkregen, Hagel und Tornados können die hochfrequenten und hochauflösenden Beobachtungsanimationen von Wolkenbildern geostationärer Satelliten den Ursprung, die Bewegung und den Entwicklungsprozess kleiner und mittelgroßer Wettersysteme „erkennen“ und Echtzeitprognosen für kleine und mittelgroße Wettersysteme bereitstellen. Gleichzeitig können Ausmaß, Dauer und Form mesoskaliger Wolken, die durch Satellitenfernerkundung überwacht werden, zur Klassifizierung und Identifizierung von Regenwolken sowie zur Identifizierung konvektiver Wolken und zur Verfolgung kalter Gebiete verwendet werden, was zu einer genaueren und aktuelleren Wetterüberwachung und -vorhersage beiträgt. 【2】

Taifun Dusurui-Wolkensystem

Bildquelle: Fengyun-4B National Satellite Meteorological Center

Auch bei der Erkennung verheerender Wetterereignisse spielt das Wetterradar eine unverzichtbare Rolle. Dabei ist das Wetterradar das wichtigste Mittel zur physikalischen Erfassung der Atmosphäre, der Wolken und des Niederschlags. Die in meinem Land derzeit gebaute neue Generation von Doppler-Wetterradaren ist hauptsächlich auf elektromagnetische Wellenbänder der S- und C-Klasse spezialisiert und eignet sich zur Beobachtung von Regentropfen. Das S-Band-Wetterradar wird hauptsächlich in der regenreichen Ostregion und das C-Band-Wetterradar hauptsächlich in der Westregion eingesetzt. Der Hauptzweck des Wellenformdesigns eines Wetterradars besteht darin, tiefe Konvektionsinformationen von der Atmosphäre mit klarem Himmel bis hin zu Niederschlag und schwerem Konvektionswetter basierend auf verschiedenen strukturellen Eigenschaften sowie der horizontalen und vertikalen Skala von Wettersystemen zu erhalten. 【3】Meteorologen analysierten Radarechomuster auf Grundlage der Zirkulationsbedingungen und Katastrophenmechanismen und fassten Merkmale wie „begrenztes schwaches Echogebiet“, „Bogenecho“ und „Hakenecho“ zusammen, um schwere konvektive Wettersysteme wie Superzellen und Böenlinien zu identifizieren und genauere Prognosen für Katastrophenwetter wie Starkregen, Hagel, Gewitter, Stürme und Tornados zu erstellen. [4] Heutzutage werden mit der schrittweisen Verbesserung der Dualpolarisations-Erkennungstechnologie und der Phased-Array-Erkennungstechnologie die hohe zeitliche und räumliche Auflösung sowie die Fähigkeit zur Erkennung der Partikelmorphologie immer besser. Eine neue Entwicklungsrichtung wird das dualpolarisierte aktive Phased-Array-Wetterradar sein, das die mikrophysikalischen Strukturmerkmale im Inneren des Sturms aufdecken kann.

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Wettervorhersage und -warnung: der „Startschuss“ für Katastrophenvorsorge und -minderung

Wenn Meteorologen auf vielfältige Weise umfangreiche Wetterdaten gesammelt haben und eine erste Vorhersage schwerer Unwetterereignisse treffen können, können uns die wissenschaftlichen und technologischen Errungenschaften bei der Entwicklung von Entstehungsmechanismen und Vorhersagemethoden für Unwetter wie Starkregen und heftige Konvektion dabei helfen, den „Startschuss“ für die Katastrophenvorbeugung und -minderung zu geben.

Die Erforschung von Starkregen spielt in der Atmosphärenforschung meines Landes eine entscheidende Rolle. Zu den wichtigen Wettersystemen, die die starken Regenfälle in China beeinflussen, zählen Jetstreams in Bodennähe, subtropische Hochdruckgebiete, Fronten, tropische Wirbelstürme, südwestliche Tiefdruckgebiete und der nordöstliche Kaltwirbel, der in letzter Zeit zunehmend Aufmerksamkeit erregt hat. Meteorologen haben eingehende Untersuchungen zum Zirkulationshintergrund, zur dynamischen und thermischen Struktur, zu den Auslösebedingungen und den räumlich-zeitlichen Variationsmerkmalen der starken Regenfälle vor der Hochwassersaison in Südchina durchgeführt, die eng mit der ostasiatischen Sommermonsunzirkulation, den von der Pflaumenregenfront aufrechterhaltenen Jianghuai-Pflaumenregen, der kurzfristigen starken Konvektion und den starken Niederschlägen in Nordchina unter der Kopplung mehrskaliger Systeme, den starken Regenfällen im Nordosten vor dem Hintergrund des nordöstlichen Kaltwirbels, den starken Regenfällen im Südwesten, die durch den südwestlichen Tiefdruckwirbel verursacht werden, und den extremen Starkregenkatastrophen durch das Auftreffen von Taifunen/tropischen Wirbelstürmen zusammenhängen. Die zusammengefasste Starkregentheorie hat eine solide wissenschaftliche Forschungsgrundlage für Starkregenvorhersage- und Warndienste geschaffen. 【5】

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mein Land hat schon früh mit numerischen Prognosen begonnen und auch ihre Operationalisierung hat rasche Fortschritte gemacht. Wissenschaftler der älteren Generation, wie Ye Duzheng und Zeng Qingcun, leiteten und förderten die Entwicklung der numerischen Wettervorhersage in China und leisteten wichtige Beiträge zu den mathematischen und physikalischen Grundlagen der Entwicklung numerischer Wettervorhersagemodelle. 【6】Heute hat sich zur quantitativen Abschätzung der Unsicherheit atmosphärischer Vorhersagen eine neue Art numerischer Methode zur Starkregenvorhersage durchgesetzt: die Ensemblevorhersage. Durch die kontinuierliche Optimierung der Algorithmen haben sich die Dienste zur Starkregenvorhersage von der „subjektiven Wetterprozessvorhersage“ zur „quantitativen Niederschlagsvorhersage, die subjektive und objektive Faktoren integriert“ und zur quantitativen Niederschlagswahrscheinlichkeitsvorhersage entwickelt, die Informationen zur Prognoseunsicherheit enthält. Die Prognose- und Warnfrist einiger Starkregenereignisse wurde deutlich verbessert. Für die Verbesserung meteorologischer numerischer Modelle auf 100-Meter-Ebene werden künftig präzisere und vollständigere Beobachtungsdaten sowie entsprechende Datenassimilationstechniken und physikalische Parametrisierungsschemata erforderlich sein. [7] Der Weg ist lang und beschwerlich, aber wir werden bald unser Ziel erreichen.

Auch wenn in der Öffentlichkeit bis heute das Klischee „Wettervorhersagen sind ungenau“ vorherrscht, hat die Entwicklung der meteorologischen Wissenschaft und Technologie die Genauigkeit und Aktualität von Katastrophenvorhersagen und Warnsignalen für meteorologische Katastrophen deutlich verbessert und ermöglicht, dass diese Informationen in Maßnahmen zur Katastrophenvorbeugung und -minderung für Regierungen auf allen Ebenen und für die Öffentlichkeit umgesetzt werden können. „Der Kampf gegen Naturkatastrophen ist eine ewige Frage für das Überleben und die Entwicklung der Menschheit.“ Wir müssen das Frühwarnsystem noch weiter verbessern, die Reaktionsgeschwindigkeit bei Katastrophen erhöhen, das Katastrophenrisikomanagement stärken und Technologie und Wissen nutzen, um unsere eigenen und die Fähigkeiten der Gesellschaft zur Katastrophenvorbeugung und -minderung kontinuierlich zu verbessern.

Quellen:

【1】Das Ministerium für Katastrophenschutz hat die nationale Lage bei Naturkatastrophen in den ersten drei Quartalen 2023 veröffentlicht – Ministerium für Katastrophenschutz der Volksrepublik China (mem.gov.cn)

【2】Gao Hao, Tang Shihao, Han Xiuzhen. Entwicklung und Anwendung von Wettersatelliten von Fengyun[J]. Science and Technology Review, 2021, 39(15): 9-22.

【3】Li Bai. Entwicklung der Wetterradartechnologie Chinas und die damit verbundenen Herausforderungen[J]. Fortschritte in der meteorologischen Wissenschaft und Technologie, 2022, 12(05): 37-46.

[4] Yu Xiaoding, Zheng Yongguang. Forschung und operativer Fortschritt bei schwerem Konvektionswetter im heutigen China[J]. Acta Meteorologica Sinica, 2020, 78(03): 391-418.

[5]Luo Yali, Sun Jisong, Li Ying und andere. Wissenschaft und Prognose von Starkregen in China: Forschungsergebnisse aus 40 Jahren Reform und Öffnung[J]. Acta Meteorologica Sinica, 2020, 78(03): 419-450.

【6】Chen Zhenghong. Allgemeine Geschichte der Meteorologie und Technik (Band 2)[M]. Peking: Meteorological Press, 2020:697-700.

[7] Ma Xiaojiao, Chen Min, Huang Xiangyu, et al. Forschungsfortschritt und Perspektiven der meteorologischen numerischen Simulation im Zentimeterbereich[J]. Chinesisches Journal für Geophysik, 2023, 66(05): 1911-1930.

Autor: Yan Jun, Ingenieur des Zentrums für meteorologische Katastrophenüberwachung und Frühwarnung in Liaoning

Chen Zhenghong, Leitender Ingenieur, Institut für Meteorologische Kaderausbildung der chinesischen Meteorologischen Verwaltung