Einschlag mit Ansage

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Die bei Gewitter auftretenden Blitze stellen eine nicht zu unterschätzende Gefahr da. Mehrere Millionen Mal im Jahr schlagen die Stromstöße aus dem Himmel ein – und bedrohen technische Geräte, Wälder, ganze Häuser, Tiere und Menschen. Eine genaue Vorhersage, wann und wo es losgeht, ist bislang allerdings nur schwer möglich.

Maschinelles Lernen und historische Daten

Wissenschaftler der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) nutzen deshalb nun Verfahren aus dem Bereich des maschinellen Lernens (ML) sowie weitere Techniken aus der Künstlichen Intelligenz, um Blitze in einem Radius von 30 Kilometern auf 10 bis 30 Minuten genau vorherzusagen. Dabei verwendeten sie Informationen, die seit vielen Jahren historisch von ganz normalen Wetterstationen erfasst werden.

Für ihr Erkennungs- und Vorhersageverfahren werteten die EPFL-Forscher die Daten von zwölf Schweizer meteorologischen Erfassungsanlagen aus insgesamt zehn Jahren aus. Sie stammten aus städtischen Regionen ebenso wie aus dem ländlichen Bereich und dem Gebirge. Mit den vier Wetterparametern Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und atmosphärischer Druck sowie den Geodaten über die meteorologischen Vorkommnisse erstellten die Forscher die Algorithmen, mit denen sie mit fast 80-prozentiger Genauigkeit Blitzeinschläge vorhersagen können.

Genauigkeit könnte gesteigert werden

Künftig dürfte diese Präzision noch zunehmen – sowohl im Bezug auf Vorhersagezeitraum als auch Ortsbestimmung. Dabei kommt es auf die Menge der vorhandenen Daten an, die dem ML-Algorithmus zur Verfügung stehen. Je besser die Datenlage, desto genauer die Mustererkennung und desto präziser die Vorhersagen.

Das Spannende an dem Verfahren ist, dass es universell einsetzbar sein soll – nur die entsprechenden meteorologischen Standarddaten müssen vorhanden sein, die in vielen Regionen der Erde bereitstehen. "Es kann überall verwendet werden", so die Forscher. Es sei das erste Mal, dass es einem System gelungen ist, die Vorhersage von Blitzeinschlägen aus einfachen meteorologischen Informationen zu erlauben – basierend auf Echtzeitberechnungen. "Die Methode eröffnet eine einfache Möglichkeit, ein komplexes Phänomen vorherzusagen."

Futuristische Ideen

Das EPFL ist auch an einem weiteren Projekt beteiligt, dass deutlich stärker nach Science-Fiction klingt, als ein "simples" verbessertes Vorhersagemodell. Das European Laser Lightning Rod Project (LLR) soll es in einigen Jahren mittels präziser Laserstrahlen erlauben, Blitzeinschläge künftig besser zu kontrollieren. Der Laser dient dabei quasi als Verlängerung herkömmlicher Blitzableiter. Dabei werden Kurzimpulse im Bereich mehrerer Terawatt in die Atmosphäre geschickt, an denen sich die Blitze ausrichten und selbst ableiten.

So soll es möglich werden, Blitze während eines Gewitters gezielt auszulösen und aus Erdbereichen fernzuhalten, für die eine akute Gefährdung vorliegt. Die EPFL-Forscher wollen ihren neuen Vorhersagealgorithmus nutzen, um dem LLR-Projekt bei der Ausrichtung zu helfen.

(bsc)