Wissenschaft Kompakt

Wie wahrscheinlich ist die Hitzewelle im Westen der USA?



Dem Westen der USA steht eine Frühjahres-Hitzewelle bevor. Wir geben
einen Einblick, wie umfangreiche Datensätze von Wettermodellen
verdichtet werden können, um solche Abweichungen vom klimatologischen
Mittel zu identifizieren.


Je weiter eine Wettervorhersage in die Zukunft reicht, desto stärker
verlässt sie den Bereich der konkreten Einzelprognose und bewegt sich
in Richtung statistischer Abschätzung möglicher Entwicklungen. Der
Grund dafür liegt in der chaotischen Natur der Atmosphäre: Schon
kleine Unsicherheiten in den Anfangsbedingungen können im Laufe der
Zeit zu deutlich unterschiedlichen Wetterverläufen führen. Um diese
Unsicherheit abzubilden, werden in der modernen Wettervorhersage
sogenannte Ensembles verwendet. Dabei wird ein numerisches
Wettermodell viele Male mit leicht veränderten Anfangsbedingungen
gerechnet. Interessiert man sich dann zum Beispiel für die
Wetterentwicklung über Europa in einer Woche, wäre der unmittelbarste
Ansatz, sich jeden einzelnen Modelllauf des Ensembles anzuschauen.

Während dieser Ansatz sämtliche Information der einzelnen
Ensemble-Member erhält, ist er in der Praxis generell weder intuitiv
noch übersichtlich. Zusätzlich zeigt Abbildung 1 nur einen Zeitpunkt
pro Ensemble-Member. Um sich einen Überblick zu verschaffen ist es
also wichtig den Output der vielen Modellläufe zu verdichten, um
relevante Informationen über die mögliche Variabilität der
Wetterentwicklung herauszufiltern - ein zentraler Aspekt in der
heutigen Wettervorhersage.
Ein möglicher Ansatz, der direkt aus Abbildung 1 folgt, ist die
sogenannte Cluster-Analyse. Dabei werden die Ensemble-Mitglieder
anhand bestimmter Fehlermetriken nach ähnlichen Mustern (hier im 500
hPa Geopotenzial) gruppiert, sodass typische Szenarien in der
Wetterentwicklung sichtbar werden. Abbildung 2 zeigt, dass für die
Tage um den 19. März 2026 die Reichweite der möglichen Entwicklungen
vergleichsweise übersichtlich ist, da sich vier repräsentative
Cluster aus den einzelnen Ensemble-Mitgliedern ergeben. Diese Cluster
fassen die wesentlichen Varianten der prognostizierten
Wetterentwicklung zusammen und erleichtern damit die Interpretation
des Ensembles erheblich.

Eine weitere Möglichkeit, die Informationen eines Ensembles zu
verdichten, besteht darin, gezielt auf Extremwerte einzelner
meteorologischer Parameter zu schauen. Einen solchen Ansatz verfolgt
der sogenannte Extreme Forecast Index (EFI) des ECMWF. Der EFI fasst
die Ensemble-Informationen zu einem bestimmten Parameter,
beispielsweise der Temperatur oder des Niederschlags, in einem
einzigen Wert zusammen. Er gibt Aufschluss darüber, wie ungewöhnlich
ein wahrscheinlich bevorstehender Wert im Vergleich zur
klimatologischen Verteilung ist.
Der EFI wird berechnet, indem die Wahrscheinlichkeitsverteilung der
Ensemble-Mitglieder für einen bestimmten Zeitpunkt und Ort mit der
entsprechenden Klimaverteilung verglichen wird. Je stärker und
konsistenter sich die Vorhersagen des Ensembles von der
Klimaverteilung entfernt, desto näher liegt der EFI bei Werten von
plus oder minus 1:
EFI nahe 0: Die prognostizierten Bedingungen liegen im Bereich des
für die Jahreszeit üblichen Modellklimas.
EFI deutlich positiv (z. B. > 0,7): Ein großer Teil der
Ensemble-Vorhersagen liegt im oberen Extrembereich oder jenseits der
klimatologischen Verteilung - ein Hinweis auf ungewöhnlich hohe
Werte.
EFI deutlich negativ: Die Prognose bewegt sich im unteren
Extrembereich, etwa bei ungewöhnlicher Kälte oder sehr niedrigen
Werten.
Der Vollständigkeit halber zeigt Abbildung 3 den EFI für die
Temperatur über Zentral-Europa um den 19. März. Das Signal ist hier
insgesamt nicht stark ausgeprägt, was bedeutet, dass die
prognostizierten Temperaturen größtenteils im normalen Rahmen für die
Jahreszeit liegen. Positive Werte über dem Ärmelkanal und der Biskaya
deuten auf höhere Wahrscheinlichkeiten für lokal ungewöhnlich warme
Bedingungen hin.

Während über Zentral-Europa um den 19. März nur ein schwaches
EFI-Signal für außergewöhnliche Temperaturen sichtbar ist, zeigt sich
über dem Westen der USA im selben Zeitraum ein deutlich
ausgeprägteres Signal. Der EFI weist hier verbreitet Werte um 1 auf,
was auf hohe Wahrscheinlichkeiten für das Auftreten außergewöhnlich
warmer Temperaturen für diese Jahreszeit hinweist. Nachdem das
robuste Signal mithilfe der abstrakten EFI-Kenngröße identifiziert
wurde, lohnt es sich, die zugehörige Wetterlage und konkrete
Temperaturen zu betrachten. Das identifizierte Signal hängt mit einem
ausgeprägten stationären Höhenrücken zusammen, der sich Ende
kommender Woche über dem westlichen Nordamerika etabliert hat
(Abbildung 5). Für Los Angeles in Kalifornien werden über mehrere
Tage hinweg Temperaturen über 30 Grad erwartet, in Phoenix (Arizona)
sogar über 36 Grad. Für weite Regionen im Westen der USA ist das
gleichbedeutend mit einer mehrtägigen Abweichung vom klimatologischen
Temperaturmittel um mehr als 10 Grad!


Dipl.-Met. Thorsten Kaluza

Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 13.03.2026

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