KI und Satelliten revolutionieren die Unwettervorhersage

Extreme Wetterlagen nehmen zu – neue KI-Modelle und ein hochmoderner Wettersatellit sollen Starkregen, Gewitter und Luftverschmutzung präziser erfassen. Zwei aktuelle Projekte zeigen, wie Forschung und Raumfahrttechnik Frühwarnung und Klimamonitoring grundlegend verbessern.

Extreme Wetterereignisse wie Starkregen treten weltweit immer häufiger auf. Eine verlässliche Einschätzung solcher Ereignisse kann Leben retten und Sachschäden begrenzen. Forschende des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) stellen nun eine Methode vor, die grob aufgelöste globale Wetterdaten mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) in hochpräzise Niederschlagskarten umwandelt – ortsunabhängig, schnell und ressourcenschonend. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift npj Climate and Atmospheric Science veröffentlicht.

KI schärft globale Regenkarten

"Starkregen und Überschwemmungen sind in vielen Regionen der Welt heute deutlich häufiger als noch vor wenigen Jahrzehnten", sagt Dr. Christian Chwala, Experte für Hydrometeorologie und Maschinelles Lernen am Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU), dem Campus Alpin des KIT in Garmisch-Partenkirchen. "Bisher fehlten jedoch an vielen Orten die Daten, um solche Extremereignisse regional zuverlässig abzuschätzen."

Genau hier setzt sein Forschungsteam mit einer neu entwickelten KI an: Sie kann präzise globale Niederschlagskarten aus grob aufgelösten Informationen generieren. Damit entsteht ein bislang einzigartiges Werkzeug zur Analyse und Abschätzung von Extremwetter – auch für datenarme Regionen, etwa im globalen Süden.

Realistische Simulationen bis auf zwei Kilometer

Für ihre Methode nutzen die Forschenden historische Daten von Wettermodellen, die den globalen Niederschlag in einer räumlichen Auflösung von rund 24 Kilometern und mit stündlicher Taktung beschreiben. Das generative KI-Modell SpateGAN-ERA5 wurde jedoch nicht nur mit diesen Daten trainiert, sondern lernte zusätzlich aus hochaufgelösten Wetterradarmessungen in Deutschland, wie sich Niederschlagsmuster und Extremereignisse auf unterschiedlichen räumlichen Skalen verhalten.

"Unser Modell erzeugt nicht einfach eine nachgeschärfte Version der Eingangsdaten, sondern mehrere physikalisch plausible, fein aufgelöste Niederschlagskarten", erläutert Luca Glawion vom IMK-IFU, der das System im Rahmen seiner Promotion im Forschungsprojekt SCENIC entwickelte. "So werden Details bis zu einer Auflösung von zwei Kilometern im Zehn-Minuten-Takt sichtbar. Gleichzeitig liefert das Modell Informationen über die statistische Unsicherheit, was insbesondere für regionale Starkregenereignisse relevant ist."

Validierungen mit Wetterradardaten in den USA und in Australien zeigen zudem, dass sich die Methode unter sehr unterschiedlichen klimatischen Bedingungen anwenden lässt. "Gerade in den besonders vulnerablen Gebieten fehlen oft die Ressourcen für eine engmaschige Wetterbeobachtung", sagt Dr. Julius Polz vom IMK-IFU. "Mit unserem Ansatz können wir künftig auch dort viel zuverlässiger abschätzen, wo Starkregen und Überschwemmungen drohen." Die KI-Methode könne nicht nur im Katastrophenfall zur Warnung beitragen, sondern auch langfristige Präventionsmaßnahmen wie den Hochwasserschutz unterstützen.

Neuer Satellit startet in Florida

Aus der Raumfahrt kommt eine weitere technologische Verstärkung: Am 1. Juli 2025 startete der neue Satellit Meteosat Third Generation (MTG) Sounder 1 vom Kennedy Space Center in Florida. Er ist der erste europäische geostationäre Wettersatellit mit einem Infrarot-Sounder-Instrument. Zudem trägt er das Copernicus Sentinel-4 UV-Visible-Near-Infrared-Spektrometer zur europaweiten stündlichen Messung der Luftverschmutzung.

Die Deutsche Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) begleitet das Programm im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr. Entwickelt wurde die MTG-Baureihe im Auftrag der Europäischen Organisation zur Nutzung meteorologischer Satelliten (EUMETSAT) durch die Europäische Weltraumorganisation (ESA). Insgesamt sind sechs Satelliten geplant, die in den kommenden 25 Jahren kontinuierlich Wetterdaten liefern sollen.

Präzisere Warnungen und bessere Prognosen

"Die Daten des MTG-S1 werden uns konkret dabei helfen, Auftreten, Ort und Intensität konvektiver Stürme – also Gewitter, Sturmereignisse mit hohen Niederschlagsmengen oder Hagel – noch präziser vorherzusagen", erklärt Prof. Dr. Sarah Jones, Präsidentin des Deutschen Wetterdienstes.

Indem die Informationen sowohl in regionale als auch in globale Vorhersagemodelle einfließen, lassen sich Kurzfrist- und Mehrtagesprognosen künftig enger verzahnen. Das verbessert die Vorhersagequalität insgesamt. Auch das Klimamonitoring sowie nachgelagerte Produkte und Dienstleistungen profitieren langfristig von der neuen Satellitengeneration.

"Mit der neuen Generation meteorologischer Satelliten hat eine neue Ära der Wettervorhersage begonnen", sagt Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstand und Generaldirektor der Deutschen Raumfahrtagentur. "Durch die stündlichen Messungen wird Sentinel-4 überwachen, wie Luftverschmutzung über Europa entsteht und sich in der Atmosphäre ausbreitet", sagt Dr. Diego Loyola vom DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung. "Diese Daten helfen dabei, die Öffentlichkeit vor Luftverschmutzung zu warnen und umfassende epidemiologische Studien zu den Auswirkungen auf die Gesundheit durchzuführen."

Fazit

Satellitengestützte Beobachtung und künstliche Intelligenz verbinden sich zu einem leistungsfähigen System aus Datenerhebung, Analyse und Anwendung. Das schafft eine deutlich verbesserte Grundlage für Frühwarnsysteme, Katastrophenschutz, Klimamonitoring und langfristige Anpassungsstrategien – in Europa ebenso wie in besonders vulnerablen Regionen weltweit.