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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Parameterisation of the Rain Drop.

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Präsentation zum Thema: "Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Parameterisation of the Rain Drop."—  Präsentation transkript:

1 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Parameterisation of the Rain Drop Size Distribution Dr. rer. nat. Martin Hagen, Patrick Tracksdorf 9 th of July 2009, AQUARadar Meeting, Bonn

2 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Table of Content - Introduction continuing from last meeting - Theoretical and Practical Framework On the Raindrop Size Distribution - Conclusions and Outlook Radar Reflectivity Z hh (dBZ)

3 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Example special observation period 3 rd of August 2006

4 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Example special observation period 3 rd of August 2006

5 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Example special observation period 3 rd of August 2006

6 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Theoretical and Practical Framework

7 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)

8 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Theoretical and Practical Framework

9 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Theoretical and Practical Framework

10 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)

11 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Example special observation period 3 rd of August 2006

12 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Theoretical and Practical Framework Estimates obtained from the Rain Drop Size Distribution: - Rain Rate [mm/h] - Liquid Water Content [mm³/m³] - Radar Reflectivity Factor [mm 6 /m³] - D 0 diameter of the median drop volume [mm]

13 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Theoretical and Practical Framework Parameterisation of the Rain Drop Size Distribution: - exponential Drop Size Distribution, Marshall and Palmer, Gamma Drop Size Distribution, Ulbrich and Atlas, modified Gamma Drop Size Distribution, Seliga and Bringi, with: - N 0 Intercept parameter [1/m³mm] - Slope parameter [1/mm] - µ Shape parameter - D 0 diameter of the median drop volume [mm] - D eq equi-volumetric drop diameter [mm]

14 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Theoretical and Practical Framework Wielenbach 3 rd of August 2006

15 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Theoretical and Practical Framework Wielenbach 3 rd of August 2006

16 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Theoretical and Practical Framework Lichtenau 3 rd of August 2006

17 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Lichtenau 3 rd of August 2006

18 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Theoretical and Practical Framework Lichtenau 3 rd of August 2006

19 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Theoretical and Practical Framework Lichtenau 3 rd of August 2006

20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Theoretical and Practical Framework Lichtenau 4 th of August 2006 Example 2

21 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Theoretical and Practical Framework Lichtenau 4 th of August 2006 Example 2

22 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Theoretical and Practical Framework Lichtenau 4 th of August 2006 Example 2

23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Lichtenau 4 th of August 2006 Example 2 Theoretical and Practical Framework

24 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Parameter Variation: Parameter JOSS-WALDVOGEL LichtenauPARSIVEL Lichtenau Z=a * R b Exp. MPExp.GammaZ=a * R b Exp. MPExp.Gamma Standard (all) 00:00 – 23:59 TV: Gunn Kinzer a = b = 1.42 N 0 = 8000 = 3.87 N 0 = 1486 = 2.75 N 0 = 9835 = 2.03 µ = 4.4 a = 186 b = 1.53 N 0 = 8000 = 4.14 N 0 = 1816 = 2.95 N 0 = 5915 = 1.62 µ = 4.0 reduced 11:00 – 12:30 a = 319 b = 1.19 N 0 = 8000 = 3.54 N 0 = 1523 = 2.46 N 0 = 8206 = 1.85 µ = 3.9 a = 244 b = 1.24 N 0 = 8000 = 3.69 N 0 = 2975 = 2.86 N 0 = 9300 = 1.53 µ = 3.8 reduced 07:00 – 08:00 a = b = 1.71 N 0 = 8000 = 4.14 N 0 = 804 = 2.41 N 0 = 2806 = 1.31 µ = 3.5 a = 293 b = 1.95 N 0 = 8000 = 4.38 N 0 = 1388 = 2.77 N 0 = 1544 = 0.83 µ = 2.9 all 00:00 – 23:59 Terminal Velocity Atlas (1973) a = b = 1.42 N 0 = 8000 = 3.83 N 0 = 1669 = 2.79 N 0 = 8056 = 1.72 µ = 4.1 a = 196 b = 1.53 N 0 = 8000 = 4.08 N 0 = 2161 = 3.04 N 0 = 3859 = 1.17 µ = 3.5 reduced 11:00 – 12:30 Atlas (1973) a = 335 b = 1.19 N 0 = 8000 = 3.51 N 0 = 1688 = 2.48 N 0 = 7424 = 1.62 µ = 3.8 a = 247 b = 1.23 N 0 = 8000 = 3.63 N 0 = 3654 = 2.99 N 0 = 7568 = 1.21 µ = 3.6 reduced (filter off) 11:00 – 12:30 a = 320 b = 1.20 N 0 = 8000 = 3.56 N 0 = 1423 = 2.43 N 0 = 8287 = 1.93 µ = 3.9 a = 235 b = 1.24 N 0 = 8000 = 3.69 N 0 = 2975 = 2.86 N 0 = 9300 = 1.53 µ = 3.8 Lichtenau 3 rd of August 2006

25 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Parameter Variation: Parameter JOSS-WALDVOGEL WielenbachJOSS-WALDVOGEL Lichtenau Z=a * R b Exp. MPExp.GammaZ=a * R b Exp. MPExp.Gamma reduced 00:00 – 07:00 a = 217 b = 1.47 N 0 = 8000 = 3.94 N 0 = 2975 = 3.26 N 0 = 5471 = 0.83 µ = 3.8 a = 234 b = 1.23 N 0 = 8000 = 3.79 N 0 = 2225 = 2.93 N 0 = = 1.79 µ = 4.4 reduced 00:00 – 00:50 a = 269 b = 1.69 N 0 = 8000 = 3.96 N 0 = 1903 = 2.94 N 0 = 564 = -0.9 µ = 1.9 a = 329 b = 1.86 N 0 = 8000 = 4.37 N 0 = 767 = 2.69 N 0 = 800 = 0.33 µ = 2.7 reduced 01:10 – 05:00 a = 191 b = 1.53 N 0 = 8000 = 3.75 N 0 = 4388 = 3.35 N 0 = 928 = -0.8 µ = 1.9 a = 228 b = 1.25 N 0 = 8000 = 3.60 N 0 = 2777 = 2.91 N 0 = = 1.74 µ = 4.4 reduced 06:00 – 07:00 a = 306 b = 1.17 N 0 = 8000 = 5.79 N 0 = 177 = 3.05 N 0 = 12.8 = -2.7 µ = 0.7 a = --- b = --- N 0 = 8000 = 19 N 0 = 302 = 2.99 N 0 = 66.1 = -0.8 µ = 1.4 Lichtenau 4 th of August 2006

26 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Conclusions and Outlook Parameterisation of the Rain Drop Size Distribution using polarimetric weather radar measurements, Disdrometer and Rain Gauge Algorithm development for operational weather radars Quantitative Areal Precipitation Estimation by Radar 7290 min 15 min

27 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Thank You for Your Attention! Questions? Parameterisation of the Rain Drop Size Distribution Dr. rer. nat. Martin Hagen, Patrick Tracksdorf 9 th of July 2009

28 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Parameterisation of the Rain Drop Size Distribution Dr. rer. nat. Martin Hagen, Patrick Tracksdorf 9 th of July 2009, AQUARadar Meeting, Bonn

29 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) curriculum vitae Name: Patrick Tracksdorf PhD student at the German Aerospace Center DLR, Institute of Atmospheric Physics, Cloud Physics and Traffic Meteorology ( ), Project AQUARadar DLR Supervisor: Dr. rer. nat. Martin Hagen University Supervisor: Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Madhukar Chandra Working Title: Time-domain and frequency-domain properties of polarimetric weather radar signals, Chemnitz University of Technology ( ) Chemnitz University of Technology, Faculty of Electrical Engineering and Information Technology, Professorship of Microwave Engineering and Photonics Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Madhukar Chandra Student Research Assistant (01/ /2005) Scientific Staff Member (04/ /2008) University Education: Chemnitz University of Technology matriculation: course of studies: Information Technology (Dipl.-Ing.) branch of studies: Information and Communication Technology

30 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Author Information Dr. rer. nat. Martin Hagen, Patrick Tracksdorf German Aerospace Center DLR, Institute of Atmospheric Physics, Cloud Physics and Traffic Meteorology Postal Address: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtz Gemeinschaft e.V. (DLR) Institut für Physik der Atmosphäre Wolkenphysik und Verkehrsmeteorologie Münchner Straße 20 D-82234, Oberpfaffenhofen-Wessling Corresponding Author: Patrick Tracksdorf

31 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) References Marshall and Palmer, 1948, The distributions of raindrops with size, J. Meteor. 5 Ulbrich and Atlas, 1983 Natural variations in the analytical form of the raindrop size distribution, J. Climate Appl. Meteor. 22 Seliga and Bringi, 1974 Potential use of radar differential reflectivity measurements at orthogonal polarisations for measuring precipitation, J. Appl. Meteor. 15 Joss & Waldvogel, 1967, Ein Spektrograph für Niederschlagstropfen mit automatischer Auswertung, Pure Appl. Geophys. 68

32 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Parameterisation of the Rain Drop Size Distribution Dr. rer. nat. Martin Hagen, Patrick Tracksdorf 9 th of July 2009, AQUARadar Meeting, Bonn

33 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Example special observation period 3 rd of August 2006

34 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Theoretical Framework

35 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Theoretical Framework Estimation of the parameters of the Rain Drop Size Distribution: - Method of Moments, Waldvogel, Method of Moments, Tokay and Short, 1996 Gamma Rain Drop Size Distribution, Parameters, N 0, D 0,, µ used: x=[3,4,6]

36 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V. Institut für Physik der Atmosphäre (WuV) Parameterisation of the Rain Drop Size Distribution Dr. rer. nat. Martin Hagen, Patrick Tracksdorf 9 th of July 2009, AQUARadar Meeting, Bonn


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