Eine neue Studie von Forschenden der ETH Zürich zeigt, dass GPS-Daten dazu verwendet werden können, heftige Sturmereignisse anzuzeigen.
Simon Zurbrügg
Diese Erkenntnisse könnten dereinst nicht nur Wettervorhersagen präziser machen, sondern auch zur Früherkennung von extremen Wetterereignissen beitragen, teilte die Eidgenössische Technische Hochschule in Zürich (ETH Zürich) am Mittwoch mit.
Stört Signal-Rausch-Verhältnis
Darauf gestossen sind die Forschenden nach einem starken Unwetter in Zürich im Juli 2021. Bei den Messstationen auf dem Dach des Instituts für Geodäsie und Photogrammetrie auf dem Campus Hönggerberg war es zu einem Ausfall der GPS-Auswertung gekommen.
«Wir konnten uns aber zunächst nicht erklären, woran das lag», sagte Studien-Hauptautor Matthias Aichinger-Rosenberger laut der Hochschule. Die Analysen der Daten dieses Sturms im Juli 2021, sowie eines weitere Sturms im Sommer 2021 zeigten, dass solche Unwetter das Signal-Rausch-Verhältnis beeinflussten. Dieses zeigt an, wie stark die Signale sind, die die Erde erreichen.
GPS-Daten empfindlich
«Normalerweise ändert sich die Signalstärke, die wir mit unserer Antenne auf dem Dach messen, nur minimal», sagt Aichinger-Rosenberger. Während die beiden Stürme über die Messstation fegten, nahm dieses Verhältnis signifikant ab, die Qualität der Signale wurde also deutlich schlechter. Als die Stürme vorbei waren, lag das Signal wieder im normalen Bereich, wie die Forschenden in der Studie zeigten.
Die Forschenden sind sich sicher, dass starker Niederschlag für die plötzliche Abnahme des Signal-Rausch-Verhältnisses verantwortlich ist. Noch ist nicht klar, welche Form von Niederschlag – Regen oder Hagel – einen grösseren Einfluss hat und weshalb. Das möchten die Wissenschaftler künftig herausfinden.
Dies ist laut den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern eine grosse Neuigkeit: Bisher ging man davon aus, dass GPS ein wetterunabhängiges System ist. Nun zeigte sich, dass GPS-Daten empfindlich genug sind, um atmosphärische Störungen zu erfassen.
Niederschläge verlässlicher voraussagen
Diese Erkenntnisse eröffnen neue Perspektiven für die Nutzung von Satellitennavigations-Daten in der Meteorologie. «Wir möchten nun mehr Messungen sammeln, um die Vorhersage von Niederschlag in Wettermodellen zu verbessern», sagt Benedikt Soja, Professor für Weltraumgeodäsie. Niederschlag verlässlich vorauszusagen sei immer noch eine grosse Herausforderung. «Viele andere meteorologische Parameter wie zum Beispiel die Temperatur kann man mittlerweile recht gut mit numerischen Wettermodellen vorherbestimmen. Aber beim Niederschlag sind solche Modelle leider oft nicht gut genug», so Soja.
Um die Erkenntnisse der ETH-Forschenden dereinst für die Vorhersage zu nutzen, müssen sie in Bezug zu einem Wettermodell gebracht werden. «Um unsere Beobachtungen auf gewisse Parameter wie den Wasser- oder Eisgehalt in der Luft oder die Zugrichtung des Unwetters übertragen zu können, müssen wir weitere Daten sammeln und auswerten. Diese Erkenntnisse könnten dann in ein computergestütztes Wettermodell einfliessen, was die Vorhersage von Niederschlägen verbessern könnte», sagt Aichinger-Rosenberger.
Wertvoll für den Flugbetrieb
Um ein gutes Früherkennungssystem zu bauen, müsste es aber ein dichteres Netz an Messstationen geben, räumten die Forschenden ein. Damit liesse sich dann aber etwa bestimmen, wohin ein Gewitter genau zieht und mit welcher Geschwindigkeit es sich bewegt. Solche Angaben wären laut den Forschenden etwa für den Flugbetrieb wertvoll.
Dies wollen die Forschenden nun machen: Neben der Verfeinerung der Methode planen die Wissenschaftler, ihre Forschungsarbeit schweizweit und auch auf europäischer Ebene auszuweiten und ihr Netzwerk entsprechend zu erweitern, wie es von der ETH hiess.
