(6) Sutcliffe, R. C.: Predictability in Meteorology. Arch. Meteor. Geophys. Biokl. A 7,3 (1954).

(7) Charney, J. G.: On the scale of atmospheric motions. Geofys. Publ. 17, Nr. 2 (1948).(8) Schmauß, A.: Das Problem der Wettervorhersage. 5. Aufl. Leipzig (1945), bes.

Kap. 18.

(9) Schumann, T. E. W.: The fundamentals of weather forecasting.. Weather 5, 220 u.248 (1950).

10) Sutcliffe, R. C.: Principles of synoptic weather forecasting. Quart. J. Roy. Meteor.Soc. 78, 291 (1952).

11) Sutton, O. G.: The development of Meteorology äs an exact science. Quart. J. Roy.Meteor. Soc. 80, 328 (1954).

12) Flohn, H.: Solare Vorgänge im Wettergeschehen. Arch. Meteor. Geophys. Biokl.A 3, 303 (1951).

13) Bellamy, J. C.: Automatic processing of geophysical data. In: Landsberg, H.: Ad-vances in Geophysics, l, l New York (1952).

SoHdci'atxIriick aus:Mitteilungen des Deutschen Wetterdienstes Xr. 1O (li>55)

DK 551.509.3

Zur Entwicklung der Wettervorhersage')v o n H e r m a n n F l o h n

(mit 2 Tabellen im Text)

Die systematische Entwicklung der Methoden der numerischen Wettervorhersage,die in den USA, England und in den skandinavischen Ländern in Gang gekommenist, und an der sich der Deutsche Wetterdienst nach Maßgabe seiner Kräfte beteiligt,ist vielleicht das markanteste Ereignis der Meteorologie des 20. Jahrhunderts.Schauen wir zurück auf den Stand der Meteorologie zu Beginn dieses Jahrhunderts,so erscheint das berühmte Programm von V i l h e l m B j e r k n e s (1), vor 50 Jahrenin der Meteorologischen Zeitschrift veröffentlicht, von faszinierender Kühnheit. Da-mals war gerade unabhängig voneinander von A ß m a n n und T e i s s e r e n c d eB o r t die „obere Inversion", die Stratosphäre, gefunden worden; noch fehlte jedesVerständnis für dieses Phänomen. E k h o l m führ te erstmals — nach kaum beach-teten Versuchen von B r o u n o w — in die Synoptik die Druckänderungskarten ein,M a r g u l e s leitete die Energie der Stürme aus der horizontalen Luftdruckvertei-lung ab, und primitive klimatographische Beirachlungen füllten die Spalten unsererZeitschriften. Da konzipiert ein Theoretiker der Physik die Wettervorhersage alsProblem der klassischen Mechanik: Das Problem der Voraussage der künf t igen Zu-stände der Atmosphäre kann mathematisch formuliert und gelöst werden, ohne daßhierzu die Kapazität eine L a p l a c e sehen Dämons herangezogen werden muß. Wiekühn diese Auffassung war, wurde eigentlich erst viel später klar, als man mit Hilfeder dreidimensionalen Analyse einen Einblick in den vierdimensionalen Ablauf desatmosphärischen Geschehens erhielt (mit der Zeit als vierter Koordinate).

Ernsthaften Einspruch gegen die grundsätzliche Form dieser Hypothese erhobennur S c h m a u ß und W i g a n d (2) (1923), die die kolloidal-instabile Natur atmo-sphärischer Vorgänge in den Vordergrund stellten, die in der heutigen Entwicklungeiner quantitativen Wolkenphysik, eine Rolle spielt. Alle übrigen Einwände betrafennicht die Grundvorstellung von V. B j e r k n e s, sondern nur die Frage der prak-tischen Durchführbarkeit des Programms, das zuerst (nach E x n e r) der EngländerL. F. R i c h a r d s on 1922 — wenn auch mit unzureichenden Hi l fsmi t te ln — in An-griff nahm.

Inzwischen ging die Synoptik ihren kurvenreichen Weg weiter. In der ersten Hälftedes 19. Jahrhunderts sah man meteorologische Fragen - ebenso wie der heutige Laie -meist eindimensional, mit der Zeit als einziger Veränderlichen; G o e t h e glaubte, ausdem Vergleich mehrerer gleichzeitiger Lufldruckkurven eine Änderung der Schwer-kraft als Ursache erschließen zu können. Die (zweidimensionale) Isobarensynoplik derZeit nach D o v e hatte ihre Möglichkeiten zu Beginn des ersten Weltkrieges erschöpft.V. B j e r k n e s selbst führte dann mit seinen Mitarbeitern die Begriffe „Front" und„Luftmasse" zum Siege, der in den 30er Jahren bereits vollständig schien. Aber die zu-nehmende Kenntnis der dreidimensionalen Vorgänge führ ten allmählich zwingend zueiner Modifikation dieser Vorstellungen. Das Luftmassenschema aus der Epoche derindirekten Aerologie erwies sich als revisionsbedürftig. Die einst weitverbreitete Vor-stellung von Luftsäulen, die über weite Strecken hin mit nur unwesentlichen Ände-rungen verschoben werden, ist unhaltbar geworden, seil wir die großen vertikalenWindscherungen laufend beobachten, die sich schon aus den längst bekannten Gleich-

*) Erweiterte Fassung von „Grundsätzliche Fragen der Wettervorhersage", zuerst alsVortrag gehalten auf der Berliner Tagung der Meteor. Gesellschaft, 30. Sept. 1953.

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gewichtsbedingungen von M a r g u l e s und S t ü v e ergeben. Heute wissen wir, daßeinmal durch Slrahlungs- und Austauschvorgänge die thermischen Eigenschaften derLuftmassen schnell und grundsätzlich abgewandelt werden („Alterung"), und daß zumanderen ihre vertikale Stabilität durch dynamische Vorgänge — Divergenzen undKonvergenzen und die zugehörigen Vertikalbewegungen von der Größenordnung1-10 cm scc — raschen räumlicn-zeitlichen Änderungen unterliegt. Ein konservativesLuftmassenschema wie das der Typhomologen steht mit dieser Dynamik der wirk-lichen Troposphäre in unlösbarem Widerspruch, aus dem auch alle Versuche mit einemrevidierten Mehr-Frontenmodell (mit 3-8 Hauptluftmassen) nicht herausführen.

Auch der Begriff der Front hat zu lebhaften "Diskussionen Anlaß gegeben, im An-schluß an S c h e r h a g s dialektisch zugespitzte Frage: „Warum gibt es in der Höhekeine Fronten?" Zweifellos gibt es in der Höhe Übergangsschichten von einigen 100 kmBreite, die wir im Anschluß an B e r g e r o n als Frontalzonen bezeichnen; sie sindhäufig — wenn auch nicht immer — diskontinuierlich begrenzt. Dieser Befund, wieihn P a l m e n und J. B j c r k n e s (3) in eindrucksvollen Analysen darstellen, istweitgehend idenusch mit dem, was man früher mit dem Ausdruck Polarfront (oderArktikfront, Tropikfront) bezeichnet hat. Andererseits führ t die starke vertikale undhorizontale Windscherung, die mit der Frontalzone verknüpft ist, zu dem strahlförmi-gen Windmaximuni knapp unter der Tropopause, das als Jet-stream (Strahlströmung)in der heutigen Literatur viel diskutiert wird. In Deutschland war dieses Windmaxi-mum prinzipiell bekannt: es ergab sich als selbstverständliche Folge der thermischenGegensätze in der Frontalzone im Sinne der M a r g u l e s - S t ü v e - sehen Gleich-gewichtsbedingung; ein neuer Begriff erschien uns daher nicht notwendig.

Neu aber war die bewußte Umkehr in der dualen Beziehung zwischen Wind undDruckfeld, wobei R o s s b y die Deutung vom Stromfeld her begann. Mit dieser „Phi-losophie der Chicagoer Schule" wurde die ganze neuzeitliche Entwicklung bis zurnumerischen Vorhersage überhaupt erst möglich, die auf dem Wirbelsatz von R o s s -b y, erweitert von E r t e l, beruht, der eine ähnliche fundamentale Bedeutung hat wieder Zirkulationssatz von V. B j e r k n e s. Ein wichtiger Beitrag zur heutigen Entwick-lung ergibt sich aus dem Befund von H. F a u s t , daß das Windmaximum unterhalbder Tropopause hypergeostrophische Werte aufweist: dieser Befund läßt zentraleFragen der Meteorologie in neuem Licht erscheinen (4). Es ist zweifellos ein VerdienstR a e t h j e n s , schon 1942 (5) die Frage nach der Ursache der Gliederung der Atmo-sphäre in nahezu barotrope Luf.massen und barokline Frontalzonen aufgeworfen zuhaben, nachdem man lange Jahre hindurch diese Tatsache einfach als gegeben hin-genommen hatte. Diese Frage nach dem Verhältnis zwischen Luftmassen und Frontal-zone, die sich erweitert zu der nach der Herkunft der kinetischen Energie der Strahl-ströme, beleuchtet den methodischen Übergang von einer (unzureichenden) thermi-schen Deutung zur Kombination dynamischer und thermodynamischer Gedanken-gänge.

Die Ergebnisse der Rechenexperimente mit verschiedenen Modellen der Atmo-sphäre, die wir als „numerische Vorhersage" bezeichnen, lassen die Bedeutung derDiskontinuitäten in einem neuen Licht erscheinen. Ein grobes Punktnetz mit einerMaschenweite von 300 km in der Horizontalen, 200-300 mb in der Vertikalen, in demdie Diskontinuitäten selbst verschwinden, liefert bereits recht befriedigende Resultate.Alle notwendigen Korrekturen der Analyse beireffen nicht die Fronten der Boden-karte, sondern nur die Konturen der dreidimensionalen, kontinuierlich aufgefaßtenund systematisch ausgeglichenen Luftdruckfelder. Damit rückt der Begriff der Dis-kontinuität erster Ordnung aus dem Mittelpunkt heraus an eine zweit- oder dritt-rangige Stelle. Gewiß behält der Frontbegriff seine Bedeutung für die Deutung be-grenzter Wolkenfelder bei, spielt aber bei der Zyklogenese und Antizyklogenese undbei der Diskussion der allgemeinen Zirkulation keine wesentliche Rolle mehr. Be-griffe, die vor 15-20 Jahren in der Synoptik eine zentrale Stellung einnahmen wieFront und Luftmasse, haben so ihren Sinn gewandelt und an Bedeutung eingebüßt; inder Praxis bedeuten sie kaum mehr als nützliche Veranschaulichungen.

Heule hat die Luf imassensynoptik der Zeit zwischen beiden Wellkriegen ihre Mög-lichkeiten ebenso erschöpft, wie die Isobarensynoptik zu Beginn des ersten Weltkrie-

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dichten Netz von fehlerfreien Beobachtungen (am Boden und in der freien Atmo-sphäre) grundsätzlich und auch technisch möglich. Aber sind unsere Beobachtungenwirklich fehlerfrei? Die Ausschaltung der unvermeidbaren Beobachtungs- und Über-mittlungsfehler durch die Maschine dürfte schwer, praktisch wohl unmöglich sein.Wichtiger aber ist der Hinweis, daß auf dem Ozean eine Verdichtung des heutigenaerologischen Netzes um einen Faktor 10 außerhalb jeder ökonomischen Möglichkeitliegt. Hier werden wir immer bei der Analyse den Zeitfaktor berücksichtigen müssen— das kann die Maschine vielleicht auch —, ebenso aber auch die empirischen Unter-lagen der indirekten Aerologie. Die völlige Ausschaltung des erfahrenen Meteorolo-gen aus dem Weg von der Beobachtung bis zur Serie numerischer Vorhersagekartenwäre nach meiner persönlichen Auffassung — über die man streiten kann — ein Fehl-griff. Eine weitgehende Objektivierung und Verfeinerung der Analysenmethoden istaber — ebenso wie die Beschleunigung und Vereinfachung aller Übermittlungswege —eine notwendige Voraussetzung jeder künft igen Entwicklung. Wir werden in dieserRichtung keine Anstrengungen scheuen dürfen.

Heute befindet sich die Meteorologie in einem Stadium rapider Entwicklung auffast allen Sektoren. Diese ist gekennzeichnet durch einen Übergang von der beobach-tenden Meteorologie zur rechnenden Meteoronomie; über deren grundsätzliche Schran-ken haben wir uns hier Klarheit zu schaffen versucht. Empirie und Theorie müssenhierbei ebenso Hand in Hand gehen, wie experimentelle und theoretische Physik.Diese Forderung verlangt im Bereich der mitteleuropäischen Meteorologie — die dieentschlossene Wendung zur Theorie nur zögernd mitgemacht hat — von manchem dasVerlassen gewohnter Gleise, und eine solche Umstellung geht nie ohne Diskussion vorsich.

Im gegenwärtigen Stadium ist Stillstand gleichbedeutend mit Rückschritt. NeueWege stehen offen: sehen wir zu, daß wir uns den Zutri t t nicht verbauen durch Be-harren auf überholten Traditionen. Die Meteorologie befindet sich mitten auf dementscheidenden Weg zur exakten Naturwissenschaft; O. G. S u t t o n hat in seinerungemein anregend formulierten Ansprache vor der Royal Meteorological Society (11)Möglichkeiten und Grenzen dieser Entwicklung geschildert. Diese Ausführungen sol-len den einen oder anderen Meteorologen, der in der Anspannung des pausenlosenBetriebs abzustumpfen droht, zum Nachdenken anregen, zur Besinnung über Hinter-gründe und Möglichkeiten der künft igen Entwicklung. Diese wird — das darf beialler Zurückhaltung vorausgesagt werden — weder einen Meteorologen überflüssigmachen, noch andere ernsthafte Einsparungen herbeiführen. Aber sie wird im Laufeder Zeit die Leistungsfähigkeit des Wetterdienstes merklich erhöhen. Das allein mußuns veranlassen, diesen Arbeiten in den nächsten Jahren die erste Priorität zuzutei-len. Nur auf diese Weise können wir hoffen, anknüpfend an die einstige Rolle derdeutschen Meteorologie, den Anschluß an die moderne Entwicklung nicht zu ver-säumen.

Literatur

(1) Bjerknes, V.: Das Problem der Wetlervorhersage, betrachtet vom Standpunkt derMechanik und der Physik. Meteor. Z. 21, l (1904).

(2) Schmauß, A., u. Wigand, A.: Die Atmosphäre als Kolloid. Braunschweig (1929).

(3) Bjerknes J., u. Palmen, E., in: Compendium öl Meteorology. Boston (1951), 577.

(4) Faust, H.: Die Strahlströme als Erscheinungen der Nullschicht. Meteor. Rdsch. 7,161 (1954).Hollmann, G.: Zur Frage des Nullschichteffekts und der Strahlströme, Meteor.Rdsch. 7, 166 (1954).

(5) Raethjen, F.: E in führung in die Physik der Atmosphäre. Bd. II. Leipzig - Berlin(1942).

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eine individualisierte Mittel- oder Langfristvorhersage, eine Wettervorhersage an-stelle einer Witterungsvorhersage, auf numerischer Basis ebenfalls ausgeschlossen.

Es ergibt sich also vom Standpunkt der klassischen Mechanik aus wegen der dreiInstabilitäten der Atmosphäre eine grundsätzliche zeitlich-räumliche Einschränkungder numerischen Wettervorhersage. Hierauf hat auch mehrfach in klarer Form T. E. W.S c h u m a n n (Pretoria) (9) hingewiesen, und R. C. S u t c l i f f e unterstrich in seinerausgezeichneten Überschau (10) diese natürlichen Grenzen der Vorhersage ebenso wiein allgemeinerer Sicht O. G. S u t t o n (11). Das Mehrkörperproblem der Himmels-mechanik, dessen geglückte Lösung man so oft dem Meteorologen entgegenhält, be-faßt sich mit stabilen Systemen der Punldmechanik. bei denen eine Kraft — Die Gra-vitation — dominiert (11). Viel schwieriger ist die Lösung des Vielfelderproblems derMeteorologie, auch wenn es sich wegen der inneren Verknüpfung der Felder von Tem-peratur, Luftdruck und Wind in erster Nährung auf das Einfeldproblem der Vorher-sage des dreidimensionalen Luftdruckfeldes zurückführen läßt.

Das B j e r k n e s - Programm kann nur innerhalb der Grenzen durchgeführt wer-den, die durch den vierdimensionalen (x,y,z,t) Abstand der Anfangswerte gegebensind. Augenblicklich verwenden wir nur ein dreidimensionales System von Anfangs-werten (x,y,p = f (z)) zur Zeit t = t«. Damit verzichtet die Rechnung auf die durch Be-obachtung gegebene Kenntnis der historischen Entwicklung für t < tu, die in allenempirischen Vorhersagemethoden ausgiebig benutzt wird. Hier ist noch eine Verbes-serung denkbar, deren mathematische Form H i n k e l m a n n (unveröffentlicht) un-tersucht hat; bei der Unsicherheit der Anfangswerte erscheint eine mathematischeÜberbestimmtheit als ein Schätzungswertes Ziel.

Die numerische Vorhersage gelangt soeben erst in das S'adium der Erprobung; mitdem 1. 12. 1954 beginnt in Stockholm ein mehrmonatiger Großversuch im laufendenDienst, Anfang 1955 ein ebensolcher in Washington. Heute können wir daher Möglich-keiten und Grenzen dieses Verfahrens noch nicht voll überblicken. Noch erscheint eszweckmäßig, bei der Aufklärung der Öffentlichkeit gegenüber zurückhaltend zu sein;der Außenstehende neigt zu einer falschen Einschätzung der Möglichkeiten. Auf demGebiet der Langfristvorhersage werden wir noch für absehbare Zeit auf statistischeMethoden angewiesen sein, wenn auch eine Koppelung statistischer und theoretischerVerfahren aussichtsreich erscheint. Ein sehr wichtiger Punkt kommt hinzu: nach denneuen, statistisch jedenfalls im Prinzip gesicherten Untersuchungen über die Rolleder isolaren Aktivität in der Troposphäre ( D ü 11 u. a.; vgl. (12)) darf die Atmosphärenicht mehr streng als geschlossenes System mit konstanter Energieeinnahme betrach-tet werden, wenn dieser Einfluß auch keinesfalls überschätzt werden darf. Dies be-deutet — neb'en den erwähnten Instabilitäten — eine weitere grundsätzliche Ein-schränkung des B j e r k n e s - Programmes.

Was liefert die numerische Vorhersage? Sie l iefert zunächst eine Serie objektiverVorhersagekarten, abgeleitet unter Vernachlässigung so wesentlicher Dinge wie Er-wärmung und Abkühlung, Kondensation und Niederschlag, die erst in einem späterenStadium vielleicht berücksichtigt werden können. Sie überläßt es dem Meteorologen,daraus eine Wettervorhersage zu machen; selbst die an sich mögliche Ableitung derfür die Vorhersage von Bewölkung und Niederschlag so entscheidenden vertikalenBewegungskomponente — von der Größenordnung cm/sec — hat bei einem Netz von300 km Maschenweite soviele Fehlerquellen, daß eine substantielle Verbesserung derWettervorhersage auf diesem Wege nicht sofort erwartet werden darf. Auch in Zu-kunft werden wir nicht über eine Wahrscheinlichkeitsaussage hinauskommen, derenräumlich-zeitliche Einschränkung durch die oben erwähnten Instabilitäten gegebenist; diese grundsätzliche unüberschreitbare Schranke müssen wir dem Nichtmeteoro-logen immer wieder vor Augen führen.

Eine ganze Kette von Problemen für den praktischen Wetterdienst ergibt sich ausdieser Entwicklung. Wir müssen den viel zu umständlichen Weg von der Beobachtungbis zur Vorhersage beschleunigen. Hierzu gehört — von allen Nachrichtenproblemenhier einmal abgesehen — das Problem einer objektiven mechanisierbaren Analysedes dreidimensionalen Druck- oder Strom Eeldes (13). Eine solche Analyse ist bei einem

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ges. Die Entwicklung der nächsten Jahrzehnte wird — auch wenn wir zunächst nochmeist geostrophisch denken und rechnen — auf dem Begriff des Strömungsfeldes auf-bauen, das sich durch Vektorgrößen wie Gradient, Divergenz und Rotation charakte-risieren läßt. Wir dürfen diese Richtung wohl als Stromfeldsynoptik bezeichnen. Hierbeginnt der Wirkungsbereich des L a p l a c e sehen Dämons in Gestalt der elektroni-schen Hochgeschwindigkeits-Rechenanlage.

Das B j e r k n e s - Programm der numerischen Vorhersage von 1904 besticht nichtnur durch die Klarheit und Kühnheit der Gedankenführung, sondern auch durch dieweite und richtige Vorausschau der Methoden und Probleme. Die Notwendigkeit einernumerischen Differenzenrechnung ist ihm ebenso klar wie die Größenordnung derRaum- und Zeitskala (ein Meridiangrad, eine Stunde). Als Hauptschwierigkeit sieht erdie mathematische Berücksichtigung der Reibung: dieses Problem erscheint auch heutenoch ungelöst, und wir haben nur eine unklare Vorstellung über den Lösungsweg.Sein Optimismus im Hinblick auf die mathematischen Schwierigkeiten erwies sich je-doch als nicht ganz berechtigt. Immerhin ist jetzt — nach den grundlegenden Arbeitenvon R o s s b y , C h a r n e y , E l i a s s e n u. a. — schon manche prinzipielle Schwierig-keit gelöst, und die heute verwendeten Gleichungssysteme sind nach einiger Ein-arbeitung mathematisch nicht allzu schwer zu durchschauen.

Die Ergebnisse der Vorausberechnung des Druckänderungsfeldes für 24 Stundensind schon mit vereinfachten — und damit zweifellos unrealistischen — Modellen derAtmosphäre vielversprechend: Die Korrelationskoeffizienten zwischen beobachteterund berechneter Tendenz liegen im Bereich 0,7 bis 0,9. Damit sind mit einem Schlagdie Ergebnisse der empirischen Vorhersagemethoden (deutsches Verfahren für die24-stündige Bodenvorhersagekarte nach S c h e r h a g 0,72 im Mittel von 6 Jahren) er-reicht. Das ist nach zwei Richtungen hin von Bedeutung:

1) Das empirische Extrapolationsverfahren leistet für die Praxis nicht viel wenigerals die Rechnung mit stark vereinfachten Atmosphärenmodellen. Es verdientdaher nicht die abfällige Bezeichnung „vorsündflutlich", andererseits sind seineEntwicklungsmöglichkeiten nur sehr begrenzt.

2) Bei der großen Zahl noch nicht verwirklichter Möglichkeiten der Verbesserungder numerischen Vorhersage (Verwendung eines voll baroklinen Modells, Be-rücksichtigung der diabatischen — dieser Ausdruck ist sprachlich gegenüber„nichtadiabatisch" vorzuziehen — Effekte und der regional unterschiedlichenReibung) ist für die Zukunft die Überlegenheit eines solchen Verfahrens ge-sichert.

Alle Anstrengungen zur Verbesserung der Kurzfristprognose müssen also aufdieses Gebiet konzentriert werden. Ähnliches gilt auch für die Mittelfristprognose: dieStockholmer Versuche, mit dem barotropen Modell eine 48- und 72-Stundenvorhersagezu erzielen, sind überraschend gut verlaufen, wenn auch ein endgültiges Urteil nochaussteht.

Was dürfen wir von dieser numerischen Vorhersagemethode erwarten? Auf jedenFall liefert sie eine ins Gewicht fallende Verbesserung und Erweiterung der heutigenVorhersagekarte, behebt jedoch nicht die Schwierigkeiten einer lokalen Punktvorher-sage. Ihre zeitliche Ausdehnung ist noch unsicher: das ist eine Frage der Maßstäbe inZeit und Raum. Infolge der Turbulenz der Atmosphäre ( L e 11 a u, S u t t o n ) über-greifen die uns interessierenden Vorgänge räumlich einen Bereich von 8 Zehnerpoten-zen (von l cm bis 1000 km). Diese Skala führt in der Wettervorhersage zu einer charak-teristischen spektralen Einteilung, wie sie ähnlich (unabhängig hiervon) kürzlichS u t c l i f f e (6) vorgetragen hat. Ein solches Spektrum (Tabelle 1) entspricht grund-sätzlich der Einteilung der Klimatologie nach G e i g e r und S c h m i d t (1926).

Mikrosynoptik und Lokalsynoptik entziehen sich dem üblichen Beobachtungsnetz,ebenso wie Mikroklima und Lokal-(Klein-)klima. Die Vorhersage eines Gewitters istgrundsätzlich möglich, aber nur für einen Raum von vielleicht l km Durchmesser miteinem entsprechend dichten Netz von Beobachtungen und für eine Zeitspanne vony. Stunde; mit den üblichen Hilfsmitteln und in der Größenordnung der Regional-synoptik läßt sich nur statistisch eine Gewitterbereitschaft vorhersagen. Ähnliches

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gilt für andere Größenordnungen. Die Böigkeit ist in der Größenordnung der Lokal-synoptik nur statistisch zugänglich; der einzelne Böenstoß ist grundsätzlich nicht vor-hersagbar. Ebenso sind Eintrübung, Niederschlag und Aufheiterung im Bereich derMakrosynoptik nicht mehr vorhersagbar, und dasselbe gilt für Zyklonen und Anti-zyklonen vom Gesichtspunkt der Langfristvorhersage bzw. Globalsynoptik, wo sie alsTurbulenzelemente der allgemeinen Zirkulation aufgefaßt werden. Es gibt verschie-dene Größenordnungen des meteorologischen „Lärms", wie C h a r n e y (7) die klein-räumigen Vorgänge bezeichnet hatte. Jedes Teilgebiet ist als statistisches Kollektiv inden höheren enthalten; eine ins Einzelne gehende Vorhersage ist nur unter den ge-gebenen zeitlich-räumlichen Einschränkungen möglich. Das Wesen der Statistik be-steht (nach S c h r ö d i n g e r ) in dem „weisen Verzicht auf Detailkenntnis". Autdiese grundsätzlichen Schwierigkeiten der Wettervorhersage hat A. S c h m a u ß (8)wiederholt hingewiesen; aber jede Generation von Meteorologen hat sich von neuemmit der Frage auseinanderzusetzen. Wir sehen dieses Problem nicht so sehr mitS c h m a u ß als ein biologisches, sondern als ein statistisches im Sinne der Arbeitenv o n K o l m o g o r o f f , H e i s e n b e r g , L e t t a u , F r e n k i e l u n d anderen über

•das Turbulenzspektrum, also als Problem der theoretischen Physik. Die hier gegebenemaßstäbliche Differenzierung der Wettervorhersage hängt eng zusammen mit derFrage nach der Anwendbarkeit der bekannten Gleichgewichtsbedingungen der Physikder Atmosphäre (5), der statischen Grundgleichung (barometrische Höhenformel), demgeostrophischen Gleichgewicht zwischen Wind und Druckfeld und der Adiabatenglei-chung. Eine erste (nur als Diskussionsbasis gedachte) Überlegung über die volle, ein-geschränkte oder fehlende Gültigkeit dieser Beziehungen (Tabelle 2) zeigt, daß jedesGlied dieser „Hierarchie der meteorologischen Systeme" ( S u t c l i f f e (6)) in speziel-ler Weise diese Gleichgewichtsbeziehungen benutzt; vielleicht liegt hierin die physi-kalische Begründung dieser Differenzierung.

Tab. 2 Gültigkeit der atmosphärischen Gleichgewichtsbeziehungen

(+ = gültig, o = eingeschränkt bzw. teilweise gültig, — = ungültig).

Atmosph. Gleichgewicht:

Mikrosynoptik

Lokalsynoptik

Regionalsynoptik

Makrosynoptik

Globalsynoptik

statisch geostrophisch adiabatisch

Die Vorausberechnung eines künftigen Zustandes der Atmosphäre hängt — wieschon V. B j e r k n e s 1904 erkannt hat — ab von dem Maßstab, mit dem wir denaugenblicklichen Zustand messen. Die Beziehungen zwischen Zeitskala und Raumskalahängen vom meteorologischen Standpunkt aus mit der Eigenschaft der Instabilitätder Atmosphäre — der kolloidalen, der thermodynamischen und der dynamischen In-stabilität — zusammen. Die kleinräumige kolloidale Instabilität der Wolkenluft hat inder numerischen Wettervorhersage keinen ins Gewicht fallenden Einfluß; sie entgehteiner Maschenweite von 300 km. Dem Einwand von S c h m a u ß und W i g a n d kannheute nur mehr begrenzte Bedeutung (im Bereich der Mikrosynoptik, höchstens Lokal-synoptik) z. B. für die Niederschlagsauslösung in einer Wolke zugemessen werden. An-dererseits wird die numerische Vorhersage bei der heutigen zeitlich-räumlichen Ma-schenweite des aerologischen Netzes wegen der thermodynamischen Instabilität nie-mals in der Lage sein, ein Gewitter nach Ort und Zeit vorherzusagen; ähnliches giltfür einen lokalen Nachtfrost. Zyklogenese und Antizyklogenese sind offensichtlich ab-hängig von der dynamischen (horizontalen) Instabilität; aus diesem Grunde erscheint

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