Eine konsolidierte Gewittervorhersage für Europas Luftfahrt
Von Mai bis September 2021 hat der Deutsche Wetterdienst (DWD) als zertifizierter Flugwetterdienst für den deutschen Luftraum im vierten Jahr in Folge am EUMETNET Cross Border Forecast Trial für den Network Manager bei EUROCONTROL teilgenommen.
Der Network Manager wurde durch die Single European Sky (SES)-Verordnungen der Europäischen Union ins Leben gerufen und ist Dreh- und Angelpunkt für die Planung und Koordinierung der Luftfahrt im europäischen Raum. Seine Aufgabe ist die stetige Verbesserung des Verkehrsflusses und der multilateralen Zusammenarbeit zwischen den nationalen Flugsicherungsdienstleistern.
Flugverspätungen als Auslöser
Je ausgelasteter der Luftraum ist, desto stärker ist der Einfluss des Wetters auf die sichere und pünktliche Durchführung des Luftverkehrs. So summierten sich beispielsweise während einer stark konvektiven Wetterlage am 27.07.2019 die Verspätungen aller Flüge im Luftraum der Mitgliedsstaaten von EUROCONTROL auf 229.654 Minuten. Dies wird durch die relativ kleinteilige und staatsgebundene Aufteilung des europäischen Luftraums verkompliziert, die eine zentralisierte Entscheidungsfindung wie beispielsweise in den Vereinigten Staaten kaum möglich macht.
Vor diesem Hintergrund beauftragte der Network Manager bereits nach dem gewitterreichen Frühsommer 2018 EUMETNET, den Verband der nationalen europäischen Wetterdienste, mit der Entwicklung einer gemeinsamen Gewittervorhersage für den europäischen Luftraum, da bisher nur nationale Produkte erstellt wurden, die weder koordiniert wurden noch tatsächlich vergleichbar waren.
Nach dem erfolgreichen Testlauf im Spätsommer 2018 wurde das Produkt in den folgenden Jahren unter aktiver Mitgestaltung des Deutschen Wetterdienstes kontinuierlich weiterentwickelt und auf einen immer größeren Vorhersagebereich ausgedehnt.
Von der Kundenanforderung zum meteorologischen Produkt
Abbildung 1: Die seit 2020 verwendete Risk-Matrix zur kundengerechten Vorhersage von Gewittern (zum Vergrößern klicken) / © Deutscher Wetterdienst
Inhalte der Cross Border-Vorhersagen sind Wetterkarten zu jeweils vier Zeitausschnitten des Folgetages (D-1), die am folgenden Morgen sowie am Mittag aktualisiert werden (D-0, D-0/U). Für jede Vorhersagekarte werden Risikogebiete gezeichnet, die auf das mögliche Auftreten von Konvektion hinweisen. Konvektion ist in der Cross Border-Vorhersage gleichbedeutend mit dem Auftreten von Cumulonimben, da diese von den Luftverkehrsteilnehmern meist gemieden werden, was zu Abweichungen der Flugrouten und somit einer erhöhten Komplexität der Vorgänge im Luftraum führt.
Innovativ hierbei ist die Verwendung einer maßgeblich durch die Experten des DWD entwickelten Risiko-Matrix, welche die Gewittersituation mittels einer Zusammenschau aus Eintrittswahrscheinlichkeit und Wetterausprägung zu erfassen versucht. Sie trägt dabei den Anforderungen von Flugsicherungsdienstleistern Rechnung, indem sie die Kapazitätseinschränkungen je nach Häufung von Gewittern im Luftraum und damit steigende Verspätungsminuten näherungsweise berücksichtigt und durch eine Wahrscheinlichkeitseinschätzung die Entscheidungsfindung unterstützt.
Das Format dieser Gewittervorhersage verdeutlicht, dass die Prognose von konvektiven Ereignissen selten punkt- und termingenau erfolgen kann, sondern vor allem Risikoinformationen beinhaltet. Obgleich der Cross Border Forecast zur Verwendung auf Seiten der Flugsicherungsdienste ausgelegt ist, sind wichtige Informationen zur Flugvorbereitung und Planung enthalten, die die vorhandenen Grundlagen (WAFC, TAFs, etc.) ergänzen können.
Um die Zusammenarbeit der Meteorologinnen und Meteorologen zu vereinfachen, hat der DWD eine Software entwickelt, die eine simultane Wetterkartenerstellung beliebig vieler Meteorologie-Fachleute auf einer Oberfläche ermöglicht. Dieses Tool, EuFoCS (European Forecast Collaboration System), nutzt moderne Cloud-Technologie, ist somit hochverfügbar und hat sich bisher als stabiles Produktionssystem bewiesen, welches die technischen Barrieren der Zusammenarbeit der diversen Teilnehmer überwinden konnte.
Damit konnte für die Fortsetzung des Trials die Zahl der teilnehmenden Wetterdienste von fünf im Jahre 2019 (Deutscher Wetterdienst, UK Met Office, skeyes (Belgien), KNMI (Niederlande), Météo-France) auf nunmehr 13 erhöht (zusätzlich MeteoSchweiz, Austro Control (Österreich), Croatia Control (Kroatien), ARSO (Slowenien), SHMU (Slowakei), OMSZ (Ungarn), AEMET (Spanien) und ITAF (Italien)) und somit die Gebietsabdeckung stark erweitert werden.
Zusammenarbeit über Grenzen hinweg
Gemeinsam führen die zahlreichen Wetterdienste einen neuartigen Arbeitsprozess durch, bei dem jede Organisation die Gewittervorhersage für den eigenen Zuständigkeitsbereich übernimmt, mit allen Nachbarn koordiniert und gegebenenfalls Anpassungen vornimmt. Dabei arbeiten alle Flugwetterberaterinnen und -berater in Echtzeit auf einer gemeinsamen Oberfläche. Seitens des DWDs ist die Flugwetterzentrale (FWZ) Frankfurt beteiligt. Unterstützt durch eine Chatfunktion, Telefonlisten und gemeinsame Arbeitsanweisungen erproben die Flugwetterberaterinnen und -berater somit eine digitale und kollaborative Arbeitsweise, die trotz unterschiedlicher Randbedingungen der europäischen Wetterdienste auf ein gemeinsames, konsistentes Produkt abzielt.
Abbildung 2: Cross Border Forecast-Produkt bei der Gewitterlage am 20.06.2021 (zum Vergrößern klicken) / © Deutscher Wetterdienst
Sobald die Fachleute hohes Gewitterpotenzial vorhersagen, was sich durch rote oder lila Gebiete verdeutlicht, wird der eigentliche Nutzen des Cross Border Forecasts deutlich: In diesen Situationen organisiert der Network Manager gemeinsame Videokonferenzen mit den betroffenen Flugsicherungen, Wetterdiensten und weiteren Entscheidungsträgern und bespricht die möglichen Maßnahmen, um den Wettereinflüssen so gut wie möglich begegnen zu können. Dazu zählen unter anderem Verschiebung von Militärübungen, Bereitschaftsdiensten der Fluglotsen, RAD-Relaxations, oder die Koordination von Steuerungsmaßnahmen der beteiligten Flow Manager. In diesen Konferenzen unterstützen die Meteorologinnen und Meteorologen mit weiterführenden Informationen und Details.
Auch wenn durch die COVID-19-Pandemie die gewohnt hohe Auslastung des europäischen Luftraumes und die damit verbundene Anfälligkeit für weitreichende wetterbedingte Verspätungen aktuell eine Erinnerung ist, wird die Vorhersage tagtäglich erstellt, um die Arbeitsweise zu trainieren und Erkenntnisse für die Folgejahre mit wieder steigenden Verkehrszahlen zu sammeln.
Abbildung 3: Die Cross Border-Gebiete samt gemessener Wetterradar-Reflektivitäten und Blitze am Nachmittag des 20.06.2021 (zum Vergrößern klicken) / © Deutscher Wetterdienst
Der DWD als europäischer Flugwetterdienst
Mit der Durchführung des Cross Border Forecast hat der DWD Flugwetterdienst es ermöglicht, grenzübergreifend und harmonisiert eine sehr spezifische Nutzeranforderung zu bedienen und somit seiner zentralen Rolle im europäischen Luftraum gerecht zu werden. Aufgrund der starken Heterogenität der europäischen Flugwetterdienste ist dies keine Selbstverständlichkeit. Mit großem Elan und viel Flexibilität leisten die Flugwetterberater der FWZ in Frankfurt einen bedeutenden Beitrag zu den Zielen des Single European Sky in den Bereichen Sicherheit, Umwelt, Kapazität und Kosteneffizienz in der europäischen Luftfahrt.
Die Vorhersagekarten werden nach der Erstellung und Vermittlung seitens DWD-Systeme durch EUROCONTROL an alle angeschlossenen Flugsicherungen und einige Fluggesellschaften weitergeleitet. Auch der DWD hat diese Gewittervorhersage in seiner Briefingplattform abgebildet und stellt die Dateien zur direkten Integration in Kundensysteme – als Grafikdateien oder auch die einzelnen Polygone als Vektordaten – zur Verfügung.
