Von einem Pilotprojekt zu EAS10
Das Mediterranean Forecasting System begann als europäisches Pilotprojekt von 1998 bis 2001, dessen Ziel es war zu zeigen, dass sich Zehn-Tage-Vorhersagen für das gesamte Becken nahezu in Echtzeit erstellen lassen. Es richtete Schiffslinien ein, die alle 12 Seemeilen Temperatursonden absetzten, eine verankerte Beobachtungsstation, die Nutzung der Satellitenaltimetrie, sobald sie eintraf, und ein Beckenmodell mit 1/8°. Ab Januar 2000 erzeugte es einmal pro Woche eine Analyse und eine 10-Tage-Vorhersage. Sein Qualitätsdokument datiert die Analysen und Vorhersagen des Systems noch immer ab 2000.
Ein zweites Projekt, MFSTEP, lief von März 2003 bis Juni 2006. Sein Modell hatte ein Gitter von 1/16°, etwa 6,5 km, und 72 Schichten, in einer großen, an ihren Rändern geschlossenen Atlantikbox. Es ging während einer Demonstration von September 2004 bis März 2005 in den operationellen Betrieb und hatte, wie Pinardi und Coppini 2010 schrieben, seither nicht mehr aufgehört, mit einer Zehn-Tage-Vorhersage an jedem Tag. 2009 berichteten Oddo und Kollegen von einem Zwillingsexperiment über 2004–2007: Dieselbe Atlantikbox, geöffnet und in ein globales Ozeanmodell eingebettet, verbesserte den Salzgehalt des Atlantikwassers, das ins Mittelmeer einströmt, und das jahreszeitliche Steigen und Fallen des dortigen Meeresspiegels.
Dann kamen die Wellen, zuerst 2010 aus dem Modell WAM, das dem Ozean seinen Widerstandsbeiwert lieferte, dann 2013 eine Kopplung in beide Richtungen mit WaveWatch-III und 2015 der Dienst unter Copernicus Marine. Der Schritt zum heutigen Gitter kam 2017: 1/24° in der Horizontalen, 141 Schichten gegenüber 72, 39 Flüsse. Die Dardanellen wurden 2019 zu einem offenen Rand, und die Atmosphäre wechselte im Dezember 2020 zu den 1/10°-Feldern des ECMWF. Die Gezeiten kamen im Mai 2021 mit Version EAS6, verzeichnet als größere Änderung des Modellsystems. Coppini und Kollegen, die das System bis 2020 bewerteten, führten einen Teil seines Salzgehaltsfehlers noch immer auf die fehlenden Gezeiten bei Gibraltar zurück.
Seit 2022 kommt jeden November eine neue Version. EAS7 verbesserte 2022 die Gezeiten und änderte die Reibung in den Straßen von Gibraltar und Messina. EAS8 wechselte 2023 zu NEMO v4.2 und einem neueren WaveWatch-III, verbunden durch den Koppler OASIS, und begann, In-situ-Daten in der Atlantikbox zu assimilieren. EAS9 übernahm 2024 tägliche Flussabflüsse aus EFAS, Gleiter und feinere Altimetrie. EAS10 brachte am 25. November 2025 eine neue Vorhersagekette, ein neues Assimilationsschema und einen neuen Rand an den Dardanellen. Das Mittelmeerzentrum von Copernicus Marine wird vom CMCC geführt, mit HCMR, OGS und CINECA als Konsortialmitgliedern.
Die Wissenschaft: kleine Gezeiten, enge Meerengen, eine Atlantikbox
MedFS ist eine regionale Konfiguration von NEMO v4.2, auf einem Gitter von 1/24° und 141 Schichten, mit einem Zeitschritt von 180 Sekunden. Die Oberfläche bewegt sich frei und nichtlinear, und die Schichten dehnen sich mit ihr (z-star-Koordinaten); die über die Tiefe gemittelte Strömung wird getrennt berechnet, in kürzeren Schritten, sodass schnelle Wellen an der Oberfläche aufgelöst werden. Die vertikale Durchmischung hängt von der Richardson-Zahl ab, die Reibung am Meeresboden folgt einer logarithmischen Schicht. Der Meeresboden geht vom 30-Sekunden-Gitter von GEBCO aus, gefiltert und dann an kritischen Stellen von Hand geändert: nahe den Straßen von Gibraltar und Messina, zwischen den Inseln der östlichen Adria und am Rand der Atlantikbox.
Die Gezeiten werden im Modell berechnet, nicht hinzugefügt. Das Gezeitenpotenzial wirkt im gesamten Gebiet für die 8 wichtigsten Partialtiden des Mittelmeers, und an den atlantischen Rändern treten die Gezeiten als Wasserhöhen aus FES2014 und als Strömungen aus dem Modell TUGO ein. SMOC arbeitet anders: Es addiert eine Gezeit aus FES2014 zu einer ohne Gezeiten berechneten Zirkulation. Die Gezeiten sind hier klein, im westlichen Becken typischerweise 0,2 bis 0,3 m, aber sie zählen: In einem Zwillingsexperiment mit einer früheren Version dieser Konfiguration, mit und ohne Gezeiten, fanden McDonagh und Kollegen die winterliche Mischungsschicht über dem größten Teil des Beckens tiefer, namentlich dort, wo Tiefen- und Zwischenwasser entsteht, und im westlichen Mittelmeer bildete sich mehr Tiefenwasser.
Die Atlantikbox ist um des Mittelmeers willen da: Das Qualitätsdokument sagt, das Modell reiche in den Atlantik hinein, um den Austausch in der Straße von Gibraltar besser aufzulösen. Sie ist die Übergangszone des Modells zum globalen System, eingebettet in dessen Tagesfelder mit 1/12° und 50 Schichten. Dasselbe Dokument schließt bei der Abdeckung die Biskaya und das Schwarze Meer aus, während das verbreitete Gitter im Süden der Biskaya Wasser hat, bis 45,15°N. Am anderen Ende wird das Marmarameer nicht modelliert: Seit EAS10 liefert ein hochauflösendes Modell der türkischen Meerengen Temperatur, Salzgehalt und Meeresspiegel an den Dardanellen, und eine tägliche Klimatologie aus einem einfacheren Marmara-Modell liefert die Geschwindigkeiten.
Der Ozean ist stündlich in beide Richtungen mit WaveWatch-III v6.07 gekoppelt, auf demselben Gitter und mit demselben Zeitschritt. NEMO sendet die Differenz zwischen Luft- und Meerestemperatur sowie seine Oberflächenströmung, an der die Wellen refraktiert werden. Das Wellenmodell sendet ein Feld zurück, den neutralen Widerstandsbeiwert, mit dem der Schub des Windes auf das Wasser berechnet wird. Die Oberflächenströmung entspricht der ersten Schicht des Modells, bei 1,02 m: Saily WR fand sie bis auf 0,0001 m/s gleich der obersten Schicht der 3D-Felder, über 24 Stunden im November 2026, bei Gibraltar, bei Messina und westlich von Gibraltar.
Wie ein Modelllauf berechnet wird
Der tägliche Zyklus beginnt um 08:00 UTC. Er rechnet die drei vorangegangenen Tage mit den Beobachtungen neu, eine Assimilation alle 24 Stunden, und die Analyse, mit der er endet, startet eine 240-stündige Vorhersage, die den laufenden Tag und die nächsten neun abdeckt. Das Lieferziel von Copernicus Marine ist 16:00 UTC; am 6. November 2026 wurde die stündliche Oberflächenströmung um 13:05 UTC geschrieben. Ein wöchentlicher Zyklus beginnt montags um 12:00 UTC und wird dienstags um 16:00 UTC geliefert: Er geht 15 Tage zurück, um die beste verfügbare Altimetrie zu übernehmen, überarbeitet die ersten 7 als beste Analyse und die letzten 8 als angepasste, und auch er endet in einer 10-Tage-Vorhersage.
OceanVar2, das 3D-Var-Schema des CMCC, korrigiert das Modell mit Temperatur- und Salzgehaltsprofilen von Argo-Floats, Gleitern und den XBT-Sonden von Schiffen sowie mit der Meeresspiegelanomalie entlang der Bahnspuren der Satelliten Altika, Cryosat, Jason, HY-2 und Sentinel-3 und 6. Seine Hintergrundfehler ändern sich jeden Monat an jedem Gitterpunkt und stammen aus einer 30-jährigen Reanalyse. Der neue Operator dieser Version führt die Altimetrie näher an die Küste. In der Atlantikbox werden nur die In-situ-Profile übernommen, keine Altimetrie. Die Meeresoberflächentemperatur von Satelliten kommt auf anderem Weg herein: Sie korrigiert die Wärmeflüsse. Unter den assimilierten Daten erscheint keine gemessene Strömung: Verankerungen und HF-Radare bleiben außen vor, für die Validierung.
Über dem Meer treiben die 1/10°-Felder des ECMWF das System über Bulk-Formeln an, stündlich für die ersten 3 Vorhersagetage, alle 3 Stunden für die nächsten 3, alle 6 Stunden für die letzten 4 und für die Analyse. Nach dem dritten Tag wird eine stündliche Strömung also nicht von einem stündlichen Wind angetrieben; das Wellenmodell nimmt dieselben Felder. Das Flusswasser kommt aus 39 Flüssen: tägliche Abflüsse aus EFAS v5.0 für 38 davon, eine monatliche Klimatologie für den Nil. Auf der Atlantikseite nehmen die Ränder die Tagesfelder des globalen Systems, mit hinzugefügten Gezeiten.
Das Produkt enthält Stundenmittel, die laut Handbuch jeweils auf die halbe Stunde zentriert sind, viertelstündliche Momentaufnahmen an der Oberfläche bis 4 Tage im Voraus, Tagesmittel ohne die Gezeiten und Monatsmittel, mit einem rollierenden Zwei-Jahres-Archiv. Alle Felder werden nach einer Interpolation in der Mitte der Gitterzelle geliefert. Das Rechteck hat 489.060 Gitterpunkte: Wie Saily WR im November 2026 gezählt hat, sind etwa 225.300 davon Wasser, und ein Drittel dieser Punkte, 75.653, liegt westlich von 6°W im Atlantik.
Auf See
MedFS deckt das gesamte Mittelmeer ab, von der Alboransee bis zur Levante, mit der Adria und der Ägäis, und im Atlantik die Küsten Portugals und Galiciens, die kantabrische Küste bis Arcachon und Madeira. Die Kanaren und die Bretagne liegen außerhalb, und es endet an den Dardanellen. Sein Gitter zeichnet mehr von diesen Gewässern als ein globales: In einem Quadrat von ±0,08° hat MedFS, wie Saily WR im November 2026 gemessen hat, bei Gibraltar 14 Wasserpunkte gegenüber 4 bei SMOC, vor dem Cap Corse 12 gegenüber 2, an den Dardanellen keinen gegenüber 4. Vom 6. November 12:00 UTC bis zum 8. November 12:00 UTC lag die stärkste Strömung in einem solchen Quadrat bei Gibraltar bei 4,50 Knoten gegenüber 3,07 für die Gesamtströmung von SMOC, vor dem Cap Corse bei 1,00 gegenüber 0,34, in der Straße von Sizilien aber bei 0,63 gegenüber 1,01. Diese Zahlen zeigen einen Abstand zwischen zwei Modellen, nicht, welches recht hat.
Die Validierung der Produzenten, über 2022, ist bei den Gezeiten als Wasserhöhe am belastbarsten. An 98 Pegeln beträgt die mittlere quadratische Abweichung 1,03 cm für die wichtigste Partialtide, M2, 0,54 cm für S2, 0,41 cm für K1 und 0,29 cm für O1; an den 35 in früheren Studien verwendeten Pegeln beträgt die mittlere Distanz für M2 1,21 cm, gegenüber 1,60 und 1,53 cm bei zwei früheren Modellen. Die modellierten M2-Amplituden fallen zu niedrig aus, wo M2 am stärksten ist (Steigung 0,86), und im Golf von Gabes weichen sie von den globalen TPXO9-Gezeiten um mehr als 4 cm ab, wo M2 über 25 cm liegt. Diese Zahlen erzählen vom Steigen und Fallen des Meeres, nicht von seinem Strom.
Der Strom selbst stützt sich auf weit weniger. Nahe der Oberfläche weichen Tagesmittel mit einer mittleren quadratischen Abweichung von 0,13 m/s (0,25 Knoten) von 12 küstennahen verankerten Bojen und von 0,15 m/s (0,29 Knoten) von 4 HF-Radaren ab, bei Geschwindigkeiten meist unter 0,3 m/s, mit Korrelationen von 0,46 und 0,27; das Modell bleibt hinter den stärkeren beobachteten Geschwindigkeiten zurück (Steigungen 0,69 und 0,48). Die Produzenten nennen die statistische Robustheit dieser Analyse schlecht. Ein Tagesmittel glättet die Gezeiten weg; auf ihren Karten steht kein Instrument bei Gibraltar, Messina oder Bonifacio, auch nicht in der Atlantikbox, die zudem keine Zeile in den Genauigkeitstabellen hat; und es wird keine Vorhersagegüte nach Vorhersagezeitraum angegeben. Bei Gibraltar stimmt der Nettotransport über 2019–2022 mit Messungen von 2004 bis 2009 überein (0,042 Sv gegenüber 0,038), aber in jeder Richtung transportiert das Modell über ein Drittel mehr: 1,10 Sv gegenüber 0,81 ostwärts, 1,06 gegenüber 0,78 westwärts.
Ein Gitter von etwa 4 km kann die engsten Meerengen nicht zeichnen. Messina verengt sich auf etwa 3 km über einer Schwelle von etwa 100 m Tiefe; auf einem Netz mit Maschen bis hinab zu 50 m berechneten Cucco und Kollegen dort bei Springtide bis zu 2,4 m/s und beschreiben bis zu 2,5 m/s, etwa 4,9 Knoten, mit Wirbeln hinter den Kaps. Imray nennt bis zu 5 Knoten, mit Wirbeln und Strudeln. Das stärkste Stundenmittel von MedFS innerhalb von ±0,08° um Messina lag in den beiden oben genannten Tagen bei 2,82 Knoten, ein Fenster, das über Springtiden weder das eine noch das andere sagt. In den Diagrammen der Produzenten zur Gezeitenphase gehören die Pegel im Gebiet von Messina zu denen, die am weitesten von der Geraden entfernt liegen. In einer Meerenge oder in Landnähe bleiben Gezeitenstromatlanten und Seehandbücher die Referenz.
MedFS in Saily WR
Saily WR übernimmt die stündliche Oberflächenströmung von MedFS aus dem öffentlichen Speicher von Copernicus Marine, auf ihrem eigenen Gitter, über 240 Stunden ab 00:00 UTC am Tag jedes Laufs. Ein Server lädt jeden neuen Lauf herunter, sobald er veröffentlicht ist, und die Seite „Daten“ zeigt live, mit welchem Lauf von MedFS die App arbeitet, wie weit er reicht und welches Rechteck er abdeckt. Der Speicher versieht jedes Stundenmittel mit der Stunde, mit der es beginnt; daher ist jede geschriebene Stunde die halbe Summe der beiden Stundenmittel um sie herum, und eine Spitze wird ein wenig geglättet. Gegenüber den viertelstündlichen Momentaufnahmen, über 24 Stunden im November 2026, senkte dies die mittlere quadratische Abweichung bei Gibraltar von 0,22 auf 0,09 m/s und bei Messina von 0,10 auf 0,02 m/s. Wie es die Copernicus-Marine-Lizenz verlangt, werden die Daten überall genannt, wo sie angezeigt werden: „E.U. Copernicus Marine Service Information (CMEMS)“.
Es gibt nichts zu wählen: In seinen Gewässern segelt eine Route von selbst in MedFS, über SMOC. Jenseits seiner 240 Stunden oder wo keiner der vier MedFS-Punkte um die Route herum Wasser hat, nimmt die Route SMOC. Eine Gitterzelle, die Land berührt, behält MedFS, allein aus ihren Punkten mit Wasser: Auf SMOC, ein gröberes Gitter, wechselt die Route nur in einem Hafen oder einer Durchfahrt, die MedFS nicht sieht. Das Handbuch von Copernicus erwähnt keine Wellendrift in dieser Strömung, während SMOC sie ausdrücklich hinzufügt.
Am Rand des Gebiets, namentlich bei 45,15°N im Atlantik und bei 17,29°W, wechselt eine Route ohne Übergang von einer Strömung zur anderen, sodass die Strömung, auf die sie trifft, dort springen kann. Zwischen 45,15°N und den 46°N von AMM15 segelt sie in SMOC. Die Zusammenfassung der Route nennt jede Strömung, die sie durchquert hat, der Reihe nach, zum Beispiel „MedFS, dann SMOC“; bei einer Route, die in mehreren gesegelt ist, nennt die Routentabelle, auf dem Bildschirm und gedruckt, die Quelle jedes Schlags, und die CSV-Datei hat eine Spalte „Strömungsquelle“. Auf der Routenkarte zeigt die Ebene „Strömung“ MedFS in seinen Gewässern und SMOC um sie herum.
Stellt Copernicus die Veröffentlichung ein, bleibt der letzte Lauf bis zu seinem letzten Schritt in Gebrauch, auch wenn er Tage alt ist. Auf einem langen Törn, dessen Zeitschritt Stunden dauert, behält ein Schlag über seine ganze Länge einen einzigen Strömungswert, obwohl ein Gezeitenstrom innerhalb davon kentern kann, sodass die in einer Meerenge gewonnene Zeit überschätzt werden kann. Bei sehr schwachem Wind gegen den Strom kann eine Route außerdem vor ihrem Ziel enden. Und Saily WR hat die Strömung von MedFS nicht mit Beobachtungen verglichen. Ein Router nutzt jedes detailliertere Feld aus, ob richtig oder falsch: Nichts hier besagt, dass eine in MedFS gesegelte Route näher an der Wahrheit liegt als eine in SMOC gesegelte, und die Atlantikbox ist die Übergangszone des Modells, kein Gebiet, in dem seine Strömung validiert wurde.
Quellen
- The Mediterranean ocean forecasting system: first phase of implementation (1998–2001), Pinardi et al., Annales Geophysicae (2003)
- Operational oceanography in the Mediterranean Sea: the second stage of development, Pinardi und Coppini, Ocean Science (2010)
- A high-resolution free-surface model of the Mediterranean Sea, Tonani et al., Ocean Science (2008)
- A nested Atlantic-Mediterranean Sea general circulation model for operational forecasting, Oddo et al., Ocean Science (2009)
- A 1/24 degree resolution Mediterranean analysis and forecasting physical system for the Copernicus Marine Service: description and skill assessment, Clementi et al., Abstract der EGU General Assembly (2018)
- The Mediterranean Forecasting System – Part 1: Evolution and performance, Coppini et al., Ocean Science (2023)
- The characteristics of tides and their effects on the general circulation of the Mediterranean Sea, McDonagh et al., Ocean Science (2024)
- Hydrodynamic modelling of coastal seas: the role of tidal dynamics in the Messina Strait, Western Mediterranean Sea, Cucco et al., Natural Hazards and Earth System Sciences (2016)
- Product User Manual for MEDSEA_ANALYSISFORECAST_PHY_006_013, issue 2.5, Copernicus Marine Service (2025)
- Quality Information Document for MEDSEA_ANALYSISFORECAST_PHY_006_013, issue 2.6, Copernicus Marine Service (2025)
- Mediterranean Sea Physics Analysis and Forecast, Copernicus Marine Service (2026)
- Currents, 2D, hourly: the dataset's catalogue entry, Copernicus Marine Service (2026)
- Mediterranean – Monitoring Forecasting Centre (MED MFC), Copernicus Marine Service (2026)
- Product User Manual for GLOBAL_ANALYSISFORECAST_PHY_001_024, issue 2.4, Copernicus Marine Service (2026)
- Service commitments and licence, Copernicus Marine Service (2026)
- Mastering the Strait of Messina: Navigating the Mediterranean's most famous currents, Imray