Hybrides probabilistisches Vorhersageschema für postfrontale

Schauerniederschläge

Tanja Weusthoff, Thomas Hauf

Institut für Meteorologie und Klimatologie

Leibniz Universität Hannover

PQP- Workshop Bonn, 23.Oktober 2006

• Kaltluftsektor hinter einer Kaltfront postfrontales Gebiet• Relativ homogene, zellulare Struktur auf Satelliten- und Radarbild erkennbar• Räumliche Struktur durch einfache analytische Gesetzmäßigkeiten beschreibbar

(Theusner, 2006)• Einteilung der Regengebiete anhand Maximazahl (Ein-, Mehrzeller), Cluster

multi cellsingle cell

Beobachtung

Cluster = abgeschlossenes Regengebiet im Radarbild, das ein oder mehrere Maxima der Reflektivität / Regenraten enthält

PC-Komposit, 09. Mai 1997, 13:15 UTC

NOAA AVHRR, 09. Mai 1997, 13:18 UTC

1. Analyse postfrontaler Schauer und Ableitung von Gesetzmäßigkeiten (z.B. Verteilungsfunktionen, Flächenverteilung)

2. Verbesserung des Verständnisses der Struktur und Entwicklung von Schauern

3. Entwicklung eines Vorhersageschemas für postfrontale Schauerniederschläge:• Deterministische Vorhersage der forcierenden synoptischen Bedingungen

Bestimmung des Regengebietes

• Probabilistische Vorhersage verschiedener statistischer Größen (z.B. Anzahl der Regengebiete, gesamte beregnete Fläche, Gebietsniederschlag, Wahrscheinlichkeit des Auftretens lokalen Niederschlags ...)

4. Validation von DWD Vorhersagen ( Wird die Schauerstruktur von hoch auflösenden Modellen richtig wiedergegeben?)

Zielsetzung

Auszug aus den Ergebnissen

aus …

Ergebnisse

1. … der Analyse der geometrischen Struktur

2. … der Analyse der Regenraten

Häufigkeitsverteilung der Maximazahl Größenverteilung

1. Analyse der geometrischen Struktur

Räumliche Verteilung innerhalb Deutschlands•z.B. der mittleren Clustergröße

• Selbstähnliche Verteilung über ganzen Tag: b = constant

• Variation von Tag zu TagLognormalverteilung für jede Maximazahl

Homogene Verteilung bis auf Küste und Mittelgebirge

Potenzgesetz:

N(p) = N0 pb

Durchmesser des der Fläche entsprechenden aquivalenten Kreises

Maximazahl

Ein

zell

er

Se

ch

sze

lle

r

Methode 1:

Verfolgung der einzelnen Cluster

Tracking

2. Analyse der Regenraten

Bsp. Einzelzelle

35 min

Ergebnis:

Informationen über die zeitliche Entwicklung konvektiver Schauer,

Lebenszyklus und Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Clustern

single cellmulti cell

RZ-Komposit, 24. September 2004, 10:15 UTC

2. Analyse der Regenraten

Methode 1:

Verfolgung der einzelnen Cluster

Tracking

Methode 2:

Analyse der Momentanaufnahmen der

Niederschlagsraten hinsichtlich Verteilung,

Tagesgang etc.

Methode 2. Analyse der Momentanaufnahmen

rr ~ p²

rr ~ p

Einzeller Zweizeller

…

Fünfzeller

Die Regensumme jeder einzelnen Zelle wächst ~ p die Regensumme des gesamten Clusters wächst ~ p²

Methode 2. Analyse der Momentanaufnahmen

p = 1 bis 10

Die Regensumme jeder einzelnen Zelle wächst nicht die Regensumme des gesamten Clusters wächst ~ p

p > 10

Verstärkung der Effektivität der einzelnen Zellen durch Zusammenschluss

Keine weitere Verstärkung der Effektivität der einzelnen Zellen

aa ~ p²

aa ~ p

Methode 2. Analyse der Momentanaufnahmen

Ausblick

• Analytische Beschreibung der Gesetzmäßigkeiten• Analytische Beschreibung der (zeitlichen) Entwicklung konvektiver Zellen

unter Einbeziehung der Regenraten

• Untersuchung des synoptischen Einflusses auf die statistischen Eigenschaften Diplomarbeit

• Kombination der bisherigen Erkenntnisse zur Erstellung des Vorhersagemodells

• Test des Vorhersageschemas

• Vergleich der Ergebnisse der Analyse mit den Messungen aus COPS • Validierung von Modellvorhersagen• Gegebenenfalls Einbindung des Vorhersageschema in die Testumgebung

von Ninjo

Veröffentlichungen: Weusthoff, 2005 (Diplomarbeit): „Beiträge zur Entwicklung eines stochastischen Niederschlagsmodells zur Simulation

postfrontaler Schauer“Weusthoff, 2006 (Paper in Vorbereitung): „Development of convective shower cells under post-frontal conditions“Theusner, 2006 (Dissertation in der Endphase): „An investogation on small scale precipitation structures“

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Tanja Weusthoffweusthoff@muk.uni-hannover.de