Die Illusion der Berechenbarkeit: Warum sich Wetter-Apps widersprechen und uns mit präzisen Zahlen in die Irre führen

Ein Smartphone, drei Wetter-Apps und drei völlig unterschiedliche Vorhersagen für denselben Ort. Welcher App soll man glauben? (Bildquelle: Adobe Firefly, KI-generiert; Prompt: Alexander Köpf)

Wer kennt das nicht? Am Morgen verspricht die eine Wetter-App für den Nachmittag Sonne, die nächste kündigt Regen an, und eine dritte meldet Gewitter.

Dabei beziehen sich alle drei auf denselben Ort und denselben Tag.

Auf den ersten Blick wirkt das widersprüchlich. Schließlich sehen Wettervorhersagen doch so präzise aus. Sie nennen nicht nur grobe Temperaturbereiche, sondern Werte bis auf ein Grad genau. Außerdem berechnen sie Regenwahrscheinlichkeiten in ebenso exakten Prozenten und teilen den Tag in einzelne Stunden.

Doch eine genaue Zahl ist eben nicht automatisch eine sichere Aussage – das täuscht.

Denn die Apps zeigen nicht wirklich, wie das Wetter wird. Stattdessen berechnen sie Wahrscheinlichkeiten.

Jede Vorhersage beginnt mit Lücken

Am Anfang stehen immer Messwerte.

Wetterstationen erfassen Temperatur, Luftdruck, Feuchtigkeit und Wind. Satelliten beobachten Wolken und Luftmassen. Radargeräte registrieren Niederschlag. Hinzu kommen Messungen von Schiffen, Flugzeugen, Bojen und Wetterballons.

Zusammen ergibt sich so ein Bild der Atmosphäre. Von Vollständigkeit kann aber keine Rede sein.

Denn oft liegen etliche Kilometer zwischen den verschiedenen Messpunkten. Zwar unterhält der Deutsche Wetterdienst hierzulande mehrere Messnetze mit insgesamt Tausenden Beobachtungsstellen, doch nicht jede davon misst alle relevanten Größen.

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Außerdem ist das Netz weder gleichmäßig verteilt, noch erfasst es jeden Ort.

Dazu ist jede Messung mit einer gewissen Unsicherheit verbunden. Die Wetterdienste versuchen zwar, die vielen Beobachtungen zu einem möglichst plausiblen Anfangszustand zusammenzusetzen, ganz exakt kann das allerdings nie sein.

Anschließend teilen Computer die Atmosphäre in ein dreidimensionales Raster. Sie berechnen für jede Zelle, wie sich Temperatur, Luftdruck, Feuchtigkeit und Wind entwickeln könnten.

Das nennen wir ein Wettermodell. Doch davon gibt es nicht nur eines.

Verschiedene Modelle, verschiedene Zukünfte

Zu den bekanntesten globalen Vorhersagemodellen gehören ICON vom Deutschen Wetterdienst, das europäische IFS und das amerikanische GFS. Sie berechnen Entwicklungen der Atmosphäre für die ganze Erde und ermöglichen Vorhersagen für viele Tage, während kleinere, regionale Modelle spezifische Gegebenheiten wie Berge, Küsten oder lokale Windsysteme genauer abbilden.

Eine höhere Auflösung bedeutet allerdings nicht, dass jede Vorhersage zutreffend ist. Denn auch vergleichsweise engmaschige Raster sind am Ende nur Vereinfachungen.

Globale Modelle arbeiten oft mit einer horizontalen Gitterweite von neun bis dreizehn Kilometern. Eine typische Sommergewitterwolke misst aber manchmal nur zwei oder drei Kilometer. Sie fällt für den Computer schlicht durch das Netz.

Vorgänge wie diese kleinräumige Wolkenbildung, Turbulenzen und einzelne Schauer lassen sich daher nicht lückenlos erfassen. Sie müssen näherungsweise beschrieben und geschätzt werden – das nennt man Parametrisierung.

Die Auflösung lässt sich allerdings nicht beliebig erhöhen. Betriebskosten und Rechenleistung stellen materielle Grenzen dar. Und selbst wenn alles sauber ineinandergreift und ein Modell ein Gewitter grundsätzlich richtig berechnet, kann es sein, dass es sich um ein paar Kilometer verschätzt.

Die Simulation wäre dann zwar plausibel, aber eben nicht für den ursprünglich anvisierten Ort.

Das Wetter hält sich schlicht nicht an die Auflösung der Modelle.

Kleine Unterschiede werden größer

Wettervorhersagen unterliegen aber noch grundlegenderen Grenzen wie dem chaotischen Verhalten der Atmosphäre.

Schon kleine Abweichungen bei Temperatur, Feuchtigkeit oder Wind können sich im Verlauf summieren und zu Entwicklungen führen, die deutlich vom echten Geschehen abweichen. Dieses Phänomen wird gerne mit dem sogenannten Schmetterlingseffekt veranschaulicht:

Kann der Flügelschlag eines Schmetterlings in Brasilien einen Tornado in Texas auslösen?

Um diese Unsicherheiten sichtbar zu machen, lassen Meteorologen dasselbe Modell mehrfach mit leicht veränderten Startbedingungen laufen. Durch diese Ensembleläufe lässt sich abschätzen, wie empfindlich die Prognose auf Unwägbarkeiten reagiert.

Dabei werden die Ergebnisse in sogenannten Spaghettidiagrammen übereinandergelegt und verglichen. Liegen sie eng beieinander, gilt die Vorhersage als stabil. Driften sie jedoch auseinander wie lose Spaghetti, wächst die Bandbreite an möglichen Entwicklungen.

In den Wetter-Apps ist von dieser Bandbreite in der Regel aber nur wenig oder nichts zu sehen. Dort bleibt es bei vermeintlich exakten Zahlen und Symbolen: Sonne, Wolke, Regen oder Schnee.

Auch dieselben Daten können anders aussehen

Selbst zwei Apps, die dasselbe Wettermodell verwenden, müssen nicht dieselbe Prognose anzeigen.

Denn die Anbieter übernehmen nicht einfach die Rohdaten der Wetterdienste, sondern bearbeiten sie unter Umständen statistisch nach. Womöglich beziehen sie dazu lokale Messstationen mit ein oder verrechnen mehrere Modelle miteinander, um einen Mittelwert anzugeben.

Zudem werden Wettermodelle täglich mehrfach neu durchgespielt. Es kann also sein, dass eine App bereits den aktuellsten Lauf berücksichtigt, während eine andere noch die älteren Daten zeigt.

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Dazu kommt: Wettermodelle liefern keine kleinen Sonnensymbole, sondern berechnen Wolkenbedeckung, Niederschlagsmenge, Wind, Temperatur und Regenwahrscheinlichkeit. Erst die Apps versuchen, daraus ein leicht verständliches Bild zu machen.

Dabei kommt es darauf an, wie die jeweiligen Rahmenbedingungen aussehen. Werden mehrere Sonnenstunden und ein kurzer Schauer erwartet, kann eine App im Überblick eine Sonne zeigen, weil es überwiegend trocken bleibt. Eine andere zeigt hingegen eine Wolke, weil es möglicherweise Regen gibt.

Beide können auf ähnlichen oder gar denselben Daten beruhen. Das Symbol beantwortet lediglich eine andere Frage.

Aber auch die Nutzer spielen eine Rolle. So wird etwa die Niederschlagswahrscheinlichkeit besonders häufig falsch interpretiert. Eine Angabe von 80 Prozent bedeutet weder, dass es an 80 Prozent des Tages regnet, noch dass 80 Prozent der entsprechenden Region nass werden.

Sie beschreibt vielmehr, wie wahrscheinlich es ist, dass am angegebenen Ort und im genannten Zeitraum eine festgelegte Menge Niederschlag fällt.

Der Deutsche Wetterdienst formuliert es folgendermaßen: Bei vergleichbaren Wetterlagen hat es in der Vergangenheit in acht von zehn Fällen geregnet. Gemeint sind ähnliche meteorologische Bedingungen, nicht dasselbe Kalenderdatum in früheren Jahren.

Wie lange und wie stark es regnet, geht aus dem Prozentwert allerdings nicht hervor. Ein kurzer Schauer kann mit derselben Wahrscheinlichkeit eintreten wie mehrere Stunden Regen.

Die erwartete Niederschlagsmenge ist da schon aussagekräftiger. Sie wird meist in Millimetern angegeben, wobei ein Millimeter einem Liter Wasser pro Quadratmeter entspricht. Dennoch entspringt auch diese Zahl einem Prognosemodell und nicht einer Messung der Zukunft.

Besonders groß können die Abweichungen bei Schauern und Gewittern ausfallen. Während es an einem Ort entgegen der Vorhersage trocken bleibt, können nur wenige Kilometer weiter große Wassermassen niedergehen, obwohl dort nur ein paar Tropfen erwartet wurden.

Stundenprognosen, Regenmenge und Niederschlagswahrscheinlichkeiten erzählen deshalb meist mehr als eine einzelne Wolke mit drei Tropfen.

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Je kleiner das Ereignis, desto schwieriger die Prognose

Schauer, Gewitter, Nebel oder die genaue Schneegrenze können sich schnell und unvorhersehbar entwickeln sowie nur wenige Kilometer betreffen. Temperatur und großräumiger Wind lassen sich dagegen meist zuverlässiger vorhersagen als der exakte Ort eines Gewitters.

Und natürlich gilt: Je weiter der Zeitpunkt entfernt liegt, desto weniger sinnvoll ist die Frage, ob es um 15 Uhr an einem bestimmten Ort regnen wird.

Dem Deutschen Wetterdienst zufolge gelten Prognosen bis zu 72 Stunden als recht zuverlässig. Die amerikanische NOAA wiederum betont, dass Fünf-Tage-Vorhersagen ungefähr 90 Prozent Treffsicherheit hätten und Sieben-Tage-Prognosen 80 Prozent.

Bei allem, was über eine Woche hinausgeht, ist der Trend daher wichtiger als die konkrete Aussage. Die Fragen lauten dann: Wird die Wetterlage eher stabil oder wechselhaft? Steigt das Gewitterrisiko generell? Kommt tendenziell eine warme, kalte oder stürmische Phase?

Für die kommenden Minuten und wenige Stunden ist ein Regenradar außerdem oft hilfreicher als die Tagesübersicht – das bietet allerdings nicht jede App an. Und bei schweren Unwettern sollte man auf die amtlichen Warnungen zurückgreifen. Denn sie informieren gezielt über konkrete Gefahren und mögliche Folgen.

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Der Widerspruch ist selbst eine Information

Wenn unterschiedliche Apps denselben Trend anzeigen, ist dieser meist aussagekräftiger als eine präzise Stundenangabe. Sagen alle einen warmen, wechselhaften Tag voraus, unterscheiden sich aber bei Zeitpunkt und Ort der Schauer, liegt der Widerspruch womöglich nur in der Darstellung.

In diesen Fällen gehört die Unsicherheit nicht zu den Fehlern der Prognose, sondern ist ein Teil von ihr.

Wetter-Apps widersprechen sich daher nicht zwangsläufig, weil die eine gut und die andere schlecht arbeitet. Sie verwenden oft unterschiedliche Modelle, aktualisieren ihre Daten zu verschiedenen Zeiten und übersetzen komplexe Berechnungen nach eigenen Regeln in einfache Symbole.

Das Problem ist deshalb eher, dass die Symbole eindeutiger wirken, als die Zukunft es tatsächlich ist.

18 Grad, 37 Prozent Regenwahrscheinlichkeit und ein Gewitter um 16 Uhr sehen aus wie Ergebnisse einer exakten Gleichung. Und es stimmt auch: Dahinter stecken komplexe Mathematik, Physik und enorme Rechenleistung.

Aber selbst der beste Algorithmus berechnet keine Gewissheit. Er berechnet Möglichkeiten.

Vielleicht ist daher nicht die Wetter-App am ehrlichsten, die am überzeugendsten eine eindeutige Vorhersage trifft, sondern die, die erkennen lässt, wie viele Zukünfte noch möglich sind.