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QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach Parametrisierung der Verdunstung in einem 2-Momenten-Schema Axel Seifert Deutscher Wetterdienst, Offenbach Geschäftsbereich.

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1 QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach Parametrisierung der Verdunstung in einem 2-Momenten-Schema Axel Seifert Deutscher Wetterdienst, Offenbach Geschäftsbereich Forschung und Entwicklung Referat FE13 “Numerische Modelle” Deutscher Wetterdienst GB Forschung und Entwicklung

2 QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach Evaporation of raindrops: A problem in convective rain Especially in convective precipitation the raindrop size distribution f(D) is highly variable and not necessarily exponential. A better description is a Gamma distribution: f(D) = N 0 D μ exp(-λD) Zhang et al. (2001) measured μ vs. λ λ = λ(q r ) in mm -1 Problem: μ and N 0 are highly variable and have a strong impact on evaporation and sedimentation (see also Zhang et al. 2006) high q r low q r  Two-moment schemes do not necessarily solve (all) our problems!

3 QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach Evaporation of raindrops: Two-moment parameterization Liquid water content: …and something looking like a bulk ventilation coefficient Number concentration: DSD parameters:

4 QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach Evaporation of raindrops: An idealized ‘convective’ rain event Simulation using a 1D rainshaft model with a homogenous cloud as initial condition. f(D) = N 0 D μ exp(-λD) The shape of the raindrop size distribution can be parameterized as a function of the slope parameter with Seifert (2005, JAS)

5 QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach The shape parameter of the raindrop distribution Adding evaporation to the problem leads to more scatter in the µ-λ-relation. Using a µ-D-relation instead allows to distinguish large and small mean diameters Low µ for D ≈ 1 mm: „breakup/coalescence regime“ Large µ for D >> 1 mm: „gravitational sorting regime“ Large uncertainty for small mean diameters: evaporation, gravitational sorting,… Seifert (2007, submitted)

6 QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach The size effect of evaporation Using the spectral bin model, an empirical parameterization of the size effect of evaporation can be derived: with Seifert (2007, submitted)

7 QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach Results of the revised two-moment scheme in a 1D rainshaft model Comparison of the spectral bin and the two-moment bulk model for an strong rain event (rain rate R, mean diameter D m and shape parameter µ ) Seifert (2007, submitted)

8 QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach COSMO 4.0 mit 2-Momenten-Mikrophysik Axel Seifert Deutscher Wetterdienst, Offenbach Geschäftsbereich Forschung und Entwicklung Referat FE13 “Numerische Modelle” Deutscher Wetterdienst GB Forschung und Entwicklung

9 QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach Seifert and Beheng two-moment scheme Prognostic equations for mass densities number concentrations of 5 different species cloud droplets rain drops cloud ice snow (aggregates) graupel/hail Seifert and Beheng (2006)

10 QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach New Version by Blahak, Noppel, Beheng and Seifert Now with 6 different species cloud droplets rain drops cloud ice snow (aggregates) graupel hail Including a special treatment of hail formation and wet growth Complicated, expensive … and unpublished!

11 QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach Arbeiten zum/am 2-Momentenschema: Fallstudie 20. Juli 2007 Hier ergibt das 2-Momentenschema eine bessere Vorhersage der Sekundärkonvektion und damit des akkumulierten Niederschlags. Radar GSCP=4GSCP=2733 precipitation in mm 3.5 mm / 89 mm2.8 mm / 78 mm3.3 mm / 81 mm

12 QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach Arbeiten zum/am 2-Momentenschema: Fallstudie 20. Juli 2007 Erhöht man im Graupelschema die Regentropfenverdunstung, so ergibt sich auch eine (etwas) stärkere Sekundärkonvektion. Radar GSCP=4 GSCP=4, µ=0GSCP=2733 precipitation in mm 3.5 mm / 89 mm2.8 mm / 78 mm2.7 mm / 60 mm3.3 mm / 81 mm

13 QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach Arbeiten zum/am 2-Momentenschema: Fallstudie 20. Juli 2007 Das 2-Momentenschema zeigt eine deutliche Sensitivität bzgl. der Variation der CCN-Konzentration (2713=clean, 2733=intermediate, 2723=polluted). Radar GSCP=2713 GSCP=2733GSCP=2723 precipitation in mm 3.5 mm / 89 mm3.3 mm / 64 mm3.3 mm / 81 mm3.5 mm / 73 mm

14 QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach Arbeiten zum/am 2-Momentenschema: Fallstudie 23. Juni 2007 Das 2-Momentenschema zeigt eine deutliche Sensitivität bzgl. der Variation der CCN-Konzentration (2713=clean, 2723=polluted). Radar GSCP=4 GSCP=2713GSCP=2723 precipitation in mm 4.5 mm / 39 mm2.2 mm / 53 mm2.5 mm / 59 mm1.8 mm / 46 mm

15 QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach Arbeiten zum/am 2-Momentenschema: Fallstudie 10. Nov Das 2-Momentenschema zeigt eine deutliche Sensitivität bzgl. der Variation der CCN-Konzentration (2713=clean, 2723=polluted). Regnie GSCP=4 GSCP=2713GSCP=2723 precipitation in mm 11.8 mm / 86 mm10.7 mm / 114 mm9.7mm / 124 mm8.4 mm / 73 mm


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