Statistical-dynamical methods for scale dependent model evaluation and short term precipitation forecasting

(STAMPF / FU-Berlin)

Zielsetzung von STAMPF:

Ist eine skalenabhängige Evaluierung der Niederschlagsvorhersagen der COSMO-DE/EU Modelle unter Verwendung dynamischer und statistischer Parameter mit Berücksichtigung

von Wolkeneigenschaften.

Antragsteller: U. Cubasch, P. Névir, E. Reimer

Mitarbeiter: A. Claußnitzer, I. Langer

Statistical-dynamical methods for scale dependent model evaluation and short term precipitation forecasting

(STAMPF / FU-Berlin)

ARBEITSPAKET I

Entwicklung einer Modell unabhängigen Nieder-schlagsanalyse zur Modell-Verifikation unter Ein-beziehung von Wolkentypen abgeleitet aus MSG-Daten und der GOP-Daten. Erstellung einer hochaufgelösten Niederschlagsanalyse für Berlin

aus 5min Daten. ARBEITSPAKET II

Identifikation der physikalischen Prozesse, die für die Defizite in der QPF verantwortlich sind, unter Verwendung theoretischer Konzepte.

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(STAMPF / FU-Berlin)

ARBEITSPAKET IVorhersage Fehler (MAE) des konvektiven und skaligen

Niederschlags in der Vorhersage vom LM und FUB-7 km Analyse/ Vergleich COSMO-DE

Workstep: Berechnung des MAE für COSMO-DE/EU Vorhersagen für 2007 unter Einbeziehung der GOP-Daten.

Deutschland, Sommer: 2004/2007

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(STAMPF / FU-Berlin)

Hochaufgelöste Niederschlagsanalyse für Berlin: 500m

Stationsdaten vom:

- Deutscher Wetterdienst,

- Berliner Wasserbetriebe,

- Stadtmessnetz (FU- Berlin)

Niederschlagsmessungen:

• 75 Stationen (1 Std.)

• 57 Stationen (5 min.)

Ziel: Analyse konvektiver Niederschlagsereignisse

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(STAMPF / FU-Berlin)

Ergebnis: Durch die Darstellung des Pareto-exponenten werden Extremniederschläge besser erfasst. .

Pareto exponent

Hochaufgelöste Niederschlagsanalyse für Berlin: 500m/5min

Jahressumme: 2002

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(STAMPF / FU-Berlin)

Θ= Potentielle TemperaturB= Bernoulli-FunktionΠ= Ertels Potentielle Vorticity

Prozessorientierter Evaluationsparameter

)z,y,x(

),B,(1DSI

DSI = 0 stationär, adiabatisch, reibungsfrei, trocken

DSI ≠ 0 instationär, diabatisch, reibungsbehaftet, feucht

Ergebnis: Niederschlag korreliert gut mit dem DSI

ARBEITSPAKET II

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(STAMPF / FU-Berlin)

Korrelation zwischen I DSI I, COSMO-DE und der FUB-Niederschlagsanalyse (Mittelwerte für Deutschland)

Workstep: Berechnung der Korrelation zwischen |DSI| und Nieder-schlag für das Jahr 2007 unter Verwendung der GOP-Daten für Deutschland. Vergleich der beiden Modelle COSMO-DE/-EU.

Sommer 2007 (JJA)

COSMO-DE, 24h forecast

FUB-Analysis

PrecipitationCOSMO-DE

PrecipitatonFUB-Analysis

Absolute value: |DSI|COSMO-DE

S: 0.88W: 0.89

S: 0.71W: 0.67

S: 0.58W: 0.62

20072006/07

DSIRR

RRDSI

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(STAMPF / FU-Berlin)

Vertikal-Integral des |DSI| als „Dynamische Wolke“: IOP 9

Ergebnis: In der COSMO-DE Auflösung von 2.8 km große Konvektions-zellen können im Vertikal-Integral des IDSII sichtbar gemacht werden. Workstep: Berechnung des DSI für verschiedene konvektive Fälle der IOP im Vergleich mit Beobachtungen. Frage: Welche vertikale Mittelung des DSI gibt die beste Korrelation mit dem beobachteten Niederschlag ?

IOP 9

IOP-9

20.07.2007

14 UTCPrecipitation Radar (DWD) I DSI I-Integral: 3-7 km

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(STAMPF / FU-Berlin)

Theorie: Niederschlagsbänder und Enstrophiekaskade

Workstep: Testen der Hypothese, dass die typische Elongation der Niederschlagsbänder mit der direkten Kaskade (zu kleinen Skalen) der Ertelschen potentiellen Enstrophie auf isentropen Flächen verbunden ist. Methode: Vergleich der berechneten Spektren auf isentropen Flächen von kinetischer Energie, Enstrophie, Niederschlag als Funktion der Wellenzahl.

2D Vorticity-Gleichung (bekannt) 3D primitive Gleichungen (neu)

Enstrophie

Kaskade

Frage: Gibt es eine direkte Kaskade der Ertelschen potentiellen Enstrophie zu kleinen Skalen auf Isentropen Flächen?

Stromfunktion

Vorticity

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(STAMPF / FU-Berlin)

DSI Bestimmung aus Beobachtungsdaten für IOP-Fallstudien

Wind, Temperatur und Geopotential in 1 km Auflösung

Projekt-Vernetzung Was liefern wir:

Hochaufgelöste FUB-Niederschlagsanalyse von Berlin (500m) im Rahmen der GOP- 2007.

Kooperationen:

Quest (Fischer): Vergleich der FUB-Niederschlagsanalyse mit den Resultaten des Tracking von konvektiven Wolkensystemen.

Hense: Vergleich der verschiedenen Interpolationsmethoden für 2007Was brauchen

wir: