Geschichte der Wettervorhersage

Die Zeitleiste auf einen Blick

Gut 380 Jahre in achtzehn Zeilen. Die Zeilen sind eine Auswahl: Sie folgen den Schritten, die für die heutige Vorhersage in Deutschland wichtig wurden, und lassen vieles weg.

Messen, bevor man vorhersagen kann

Am Anfang stand ein Instrument. 1643 füllte Evangelista Torricelli in Florenz eine Glasröhre mit Quecksilber und stellte sie umgekehrt in eine Schale: Die Säule sank nur bis auf eine Höhe von rund 76 Zentimetern, gehalten vom Gewicht der Luft darüber. Damit ließ sich der Luftdruck messen (Luftdruck) — und bald fiel auf, dass fallender Druck oft schlechtes Wetter ankündigt. Ein einzelnes Barometer sieht aber nur seinen eigenen Ort. Ob ein Tief kommt oder vorbeizieht, verrät es nicht.

Die Temperatur bekam ihre Skalen im 18. Jahrhundert. Anders Celsius schlug seine Einteilung 1742 vor, allerdings verkehrt herum: 0 Grad für siedendes Wasser, 100 Grad für den Gefrierpunkt. Umgedreht wurde sie erst nach seinem Tod.

Messwerte werden erst vergleichbar, wenn alle gleich messen. Genau das versuchte die Societas Meteorologica Palatina, die 1780 in Mannheim unter dem pfälzischen Kurfürsten Karl Theodor entstand: Sie verschickte gleich gebaute Instrumente an Stationen in ganz Europa und darüber hinaus und legte feste Beobachtungszeiten fest. Diese Mannheimer Stunden haben die Klimabeobachtung in Deutschland lange geprägt (Wie Temperatur gemessen wird), und auch die meteorologischen Jahreszeiten aus ganzen Monaten gehen auf die Gesellschaft zurück (Jahreszeiten). Eine ihrer Stationen, der Hohenpeißenberg in Oberbayern, misst seit 1781 und ist heute ein Observatorium des DWD. Die Gesellschaft selbst bestand nur bis 1795.

Als erste Wetterkarten gelten die Arbeiten des Physikers Heinrich Wilhelm Brandes um 1820: Er trug Beobachtungen vieler Orte für denselben Zeitpunkt in eine Karte ein. Nur lag das Wetter, das er zeigte, Jahrzehnte zurück. Solange Messwerte mit der Post reisten, war jedes Messnetz ein Archiv, aber kein Frühwarnsystem.

Der Telegraf und das Wort „Vorhersage“

Mit dem elektrischen Telegrafen änderte sich das: Eine Meldung war nun schneller als jedes Wetter. Nach einem schweren Sturm, der im November 1854 während des Krimkriegs die Flotten im Schwarzen Meer traf, zeigte der französische Astronom Urbain Le Verrier anhand gesammelter Meldungen, dass sich der Sturm vorher über Europa verfolgen ließ. Frankreich baute daraufhin ein Beobachtungsnetz per Telegraf auf, andere Länder folgten. Nun ließ sich das Wetter vieler Orte zur selben Stunde auf eine Karte bringen — die Meteorologie nennt das synoptisch, „zusammen geschaut“ (Wie man eine Wetterkarte liest).

In Großbritannien leitete Robert FitzRoy, früher Kapitän der Beagle auf Darwins Weltreise, ab 1854 eine neue meteorologische Abteilung der Handelsbehörde, den Vorläufer des heutigen Met Office. Nach dem Untergang der Royal Charter in einem Sturm 1859 begann er im Februar 1861 mit Sturmwarnungen für die Häfen, und ab dem 1. August 1861 druckte die Londoner Times seine täglichen Vorhersagen. FitzRoy nannte sie forecasts. In seinem Weather Book von 1863 grenzte er das Wort ausdrücklich von Prophezeiung und Weissagung ab: gemeint sei eine Einschätzung, die sich auf Beobachtung und wissenschaftliche Überlegung stützt. Schon zwei Jahre nach den ersten Zeitungsvorhersagen stand also fest, dass eine Vorhersage keine Gewissheit ist.

Die Vorhersagen irrten sich auch, und die Presse spottete über die Fehlgriffe. Nach FitzRoys Tod 1865 prüfte ein wissenschaftliches Gremium seine Arbeit, fand die Vorhersagen nicht ausreichend begründet, und sie wurden eingestellt; die Sturmwarnungen kehrten bald zurück, die täglichen Vorhersagen erst Jahre später. Die Kritiker hatten einen Punkt, den diese Seite ernst nimmt: Eine Vorhersage, deren Treffer niemand zählt, ist schwer zu verteidigen. Hier wird deshalb gezählt (Trefferquote, Faustregel).

Wetter als Physik: Bjerknes und die Bergener Schule

1904 veröffentlichte der norwegische Physiker Vilhelm Bjerknes in der deutschsprachigen Meteorologischen Zeitschrift einen kurzen Aufsatz mit einem langen Titel: „Das Problem der Wettervorhersage, betrachtet vom Standpunkte der Mechanik und der Physik“. Sein Gedanke: Wenn man den Zustand der Atmosphäre zu einem Zeitpunkt genau genug kennt und die Gesetze kennt, nach denen sich ein Zustand aus dem vorigen entwickelt, dann ist die Vorhersage eine Rechenaufgabe. Beide Bedingungen sind bis heute der Kern jedes Wettermodells — und die erste, den Anfangszustand genau genug zu kennen, ist bis heute nie ganz erfüllt (Wie eine Vorhersage entsteht).

Rechnen konnte Bjerknes die Gleichungen nicht. Praktisch wurde seine Schule auf anderem Weg: Ab etwa 1919 entwickelte eine Gruppe in Bergen um ihn und seinen Sohn Jacob das Bild von Luftmassen, Fronten und dem Lebenslauf eines Tiefs, 1922 zusammengefasst von Jacob Bjerknes und Halvor Solberg. Der Begriff „Front“ gilt als Anleihe bei den Frontlinien des gerade beendeten Weltkriegs. Dieses Bild prägt Wetterkarten bis heute (Luftmassen & Fronten). Vorhergesagt wurde damit aber weiterhin mit Karte, Erfahrung und Augenmaß, nicht mit Gleichungen.

Richardsons Rechnung: der wohl berühmteste Fehlschlag der Meteorologie

Einer versuchte es trotzdem mit Gleichungen. Der britische Mathematiker Lewis Fry Richardson, Quäker und Kriegsdienstverweigerer, fuhr im Ersten Weltkrieg in Frankreich für eine Sanitätseinheit und rechnete nebenher von Hand, was Bjerknes vorgeschlagen hatte. Als Anfangszustand nahm er Beobachtungen vom Morgen des 20. Mai 1910, einem Tag mit ungewöhnlich vielen Messungen aus der Höhe. Die Vorhersage für sechs Stunden und zwei Luftsäulen über Mitteleuropa kostete ihn wochenlange Arbeit.

Das Ergebnis: Der Luftdruck sollte an einem Gitterpunkt in sechs Stunden um 145 hPa steigen. Tatsächlich hatte sich das Barometer an jenem Tag kaum bewegt.

Richardson hätte die Rechnung in der Schublade lassen können. Er veröffentlichte sie 1922 in seinem Buch Weather Prediction by Numerical Process, vollständig, benannte den Fehler als solchen und suchte ausführlich nach seiner Ursache; er vermutete sie in den Anfangswerten des Windes. Der irische Meteorologe Peter Lynch hat die Rechnung Jahrzehnte später wiederholt: Die Methode war im Kern richtig. Die Anfangsdaten passten aber nicht zueinander, Luftdruck und Wind waren nicht im Gleichgewicht, und die Gleichungen machten aus diesem kleinen Widerspruch schnelle Schwerewellen: heftige Schwingungen von Luftdruck und Wind, die das eigentliche Wetter überdeckten. Stimmt man die Anfangsdaten aufeinander ab — Lynch nutzte dazu ein einfaches Glättungsverfahren, heute sorgt vor allem die Datenassimilation dafür, dass Druck und Wind im Anfangszustand zusammenpassen —, kommt ein realistischer Wert von weniger als einem Hektopascal heraus.

Im selben Buch steht Richardsons berühmter Traum: eine riesige Halle wie ein Theater, in der Menschen mit Rechenblättern jeweils ein Stück der Erdkugel rechnen, gelenkt von einem Dirigenten in der Mitte. Er schätzte, dass rund 64.000 Rechnerinnen und Rechner nötig wären, um mit dem Wetter der ganzen Erde Schritt zu halten. Gebaut wurde diese Halle nie; ihre Arbeit erledigen heute Großrechner.

Rechner, Satelliten und ein Zentrum für Europa

Richardsons Traum wurde knapp drei Jahrzehnte später wahr, mit Maschinen statt Menschen. Im Frühjahr 1950 rechneten Jule Charney, Ragnar Fjørtoft und John von Neumann auf dem ENIAC, einem der ersten elektronischen Großrechner, Vorhersagen für 24 Stunden über Nordamerika. Sie hatten aus Richardsons Fehlschlag gelernt und die Gleichungen bewusst so vereinfacht, dass solche schnellen Schwingungen darin gar nicht mehr vorkommen konnten: Gerechnet wurde nur eine einzige Schicht in rund 5,5 km Höhe. Die Rechnung für einen Tag dauerte ungefähr einen Tag — die Vorhersage war kaum schneller als das Wetter selbst. Wenige Jahre später rechneten die ersten Wetterdienste täglich.

Dass es dafür überhaupt Anfangswerte aus der Höhe gab, lag an den Wetterballons, die in den Jahrzehnten zuvor zum Netz ausgebaut worden waren (Radiosonde). Am 1. April 1960 kam der Blick von oben dazu: TIROS-1, der erste erfolgreiche Wettersatellit, schickte Fernsehbilder der Wolken aus dem All. Ein Vorgänger, Vanguard 2 vom Februar 1959, sollte schon die Bewölkung messen, drehte sich aber so ungünstig um die eigene Achse, dass seine Daten kaum zu gebrauchen waren. Heute liefern Satelliten den weitaus größten Teil der Beobachtungen, die in die Modelle eingehen (Wettersatellit).

Um Rechner und Fachleute für mehrtägige Vorhersagen zu bündeln, gründeten europäische Länder, darunter die Bundesrepublik, 1975 das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF). Seine erste Mittelfristvorhersage im Regelbetrieb lief am 1. August 1979. Das heutige Modell des Zentrums, IFS, ist eines der elf Modelle auf der Startseite (Die Wettermodelle).

Deutschland: Seewarte, zwei Wetterdienste, dann einer

In Deutschland kam die Vorhersage über die Küste. Die 1875 gegründete Deutsche Seewarte in Hamburg unter Georg von Neumayer sammelte Beobachtungen und gab Sturmwarnungen für die Schifffahrt heraus — derselbe Anlass wie bei FitzRoy.

Nach dem Zweiten Weltkrieg gingen die Wetterdienste getrennte Wege. Das lässt sich bis heute in den Stationsdaten des DWD nachlesen, die zu jeder Station den Betreiber führen: In Ostdeutschland steht ab dem 1. Januar 1950 der Meteorologische Dienst der DDR, in Westdeutschland ab dem 11. November 1952 der Deutsche Wetterdienst, gegründet per Bundesgesetz. Nach der Wiedervereinigung übernahm der DWD zum 1. Januar 1991 auch die ostdeutschen Stationen. Viele Messreihen laufen über diese Wechsel hinweg weiter; wer eine lange Reihe auswertet, sollte trotzdem wissen, dass Betreiber, Instrumente und manchmal Standorte gewechselt haben (Das DWD-Messnetz).

Auch beim Rechnen war der DWD früh dabei: 1966 nahm er ein Modell in den Tagesbetrieb, das die sogenannten primitiven Gleichungen löste: weit weniger vereinfacht als die ENIAC-Gleichung und im Kern dieselben, mit denen schon Richardson gerechnet hatte. Ganz vollständig sind auch sie nicht, denn sie nähern die senkrechte Bewegung über das hydrostatische Gleichgewicht; ohne diese Näherung rechnen erst jüngere Modelle wie ICON. Die Grundlagen dazu hatte der Meteorologe Karl-Heinz Hinkelmann gelegt. Der DWD gehörte damit zu den ersten Diensten weltweit, die solche Gleichungen im Alltag rechneten. ICON steht ebenfalls unter den elf Modellen der Startseite (Wer macht das Wetter?).

Seit 1992: Die Unsicherheit wird mitgerechnet

In den 1960er-Jahren zeigte Edward Lorenz, dass winzige Anfangsfehler in der Atmosphäre wachsen. Was er dazu wirklich geschrieben hat — und was nicht —, steht auf Vorhersagbarkeit. Die praktische Konsequenz brauchte drei Jahrzehnte: Im Dezember 1992 begannen das ECMWF und der US-Wetterdienst, jede Vorhersage regelmäßig viele Male mit leicht veränderten Startwerten zu rechnen. Ein solches Ensemble ist das amtliche Eingeständnis, dass eine einzelne Rechnung nicht die Zukunft ist, sondern eine von vielen möglichen (Der Ensemble-Fächer). Die Spanne auf der Startseite beruht auf einer verwandten, aber anderen Idee: elf verschiedene Modelle statt vieler Varianten eines Modells (Modellvielfalt).

Der jüngste Schritt ist noch nicht abgeschlossen. 2023 erschienen in Fachzeitschriften KI-Modelle wie Pangu-Weather und GraphCast, die aus Jahrzehnten vergangener Wetterdaten gelernt haben, statt Gleichungen zu lösen. Am 25. Februar 2025 nahm das ECMWF sein eigenes KI-Modell AIFS in den Regelbetrieb, am 1. Juli 2025 folgte eine Ensemble-Fassung. Zwei Dinge gehören zur ehrlichen Einordnung dazu. Erstens: Auch diese Modelle brauchen einen Anfangszustand aus Messungen, und sie haben aus Reanalysen gelernt, die selbst mit Physikmodellen erstellt wurden — Richardsons Lektion über den Anfangszustand gilt für sie genauso. Zweitens: Das ECMWF selbst nennt sein physikalisches Modell weiterhin unverzichtbar, etwa für fein aufgelöste Felder. Wie gut KI-Modelle seltene Extreme treffen, die in ihren Lernjahren kaum vorkamen, ist eine offene Forschungsfrage. Die elf Modelle auf der Startseite sind physikalische Modelle.