POF - Ein prognostisches Ozonschema für ICON: Ermöglichung von UV-Vorhersagen 

Motivation: 

Ultraviolette (UV) Strahlung der Sonne stellt ein gut belegtes Risiko für die Gesundheit von Menschen dar. Um die Gefahr zu quantifizieren hat die Weltgesundheitsorganisation (WHO) den UV-Index definiert der die UV-Strahlung als ganzzahlige Werte, typischerweise zwischen 1 und 10, darstellt. Der UV-Index hängt von mehreren Einflussgrößen ab, unter Anderem von der  atmosphärischen Ozonsäule. Er wird auf einer Zeitskala von Tagen vorhergesagt um die Öffentlichkeit auf Gesundheitsrisiken durch UV-Strahlung hinzuweisen. Diese Aufgabe übernimmt in Deutschland der Deutsche Wetterdienst (DWD), der dafür sein Wettermodell ICON (ICOsahedral Nonhydrostatic model) in Kombination mit externen Ozonvorhersagen und UV-Strahlungsberechnungen verwendet.

Projekt:

In diesem Projekt wurde eine neue Berechnungsmethode erstellt, die Ozonvorhersagen mit dem LINearisierten OZonprogramm (LINOZ) und UV-Strahlungsberechnungen mit dem Programm Cloud-J verwendet, um UV-Indizes selbstkonsistenter zu berechnen. Beide Programme sind in dem ”Aerosols and Reactive Trace gases”-Modul (ART) enthalten, das Teil von ICON ist.

Ergebnis: 

Es wurde eine Modellkonfiguration erarbeitet, die für einen Testzeitraum von Januar bis April 2025 den UV-Index im Vergleich zu Bodenmessstationen mit einer Genauigkeit von +-1 UV-Indexeinheiten für 94.9% der Daten vorhersagen kann. Ozonsäulen können im Vergleich zu Ozonewatch-Satellitendaten auf der nördlichen Hemisphäre innerhalb einer 5%-Übereinstimmung für einen Vorhersagezeitraum von vier Monaten berechnet werden. Der Sonnenzenitwinkel ist dabei die Einflussgröße, die die größte Variabilität für den UV-Index verursacht (9.2 +- 1.9). Die optische Aerosoldichte (4.1 +- 2.9), Bewölkung (4.7 +- 2.1) und Ozonsäule (4.9 +- 1.9) haben einen schwächeren Effekt auf den UV-Index, noch geringer ist der Effekt von Oberflächenalbedo (3.3 +- 2.9) und Höhe (2.5 +- 2.5). Ein Vergleich zu der operationellen DWD-Vorhersage des UV-Index zeigt eine Übereinstimmung von +- 2 UV-Indexeinheiten für fast alle Datenpunkte mit der Ausnahme von Bergregionen, in denen auch höhere Abweichungen vorkommen.