Statistical-dynamical methods for scale dependent model evaluation and short term precipitation forecasting (STAMPF / FU-Berlin) Zielsetzung von STAMPF:

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1 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

2 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.

3 Statistical-dynamical methods for scale dependent model evaluation and short term precipitation forecasting (STAMPF / FU-Berlin) ARBEITSPAKET I Vorhersage 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

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

5 Statistical-dynamical methods for scale dependent model evaluation and short term precipitation forecasting (STAMPF / FU-Berlin) Ergebnis: Durch die Darstellung des Pareto-exponenten werden Extremniederschläge besser erfasst.. Pareto exponent Hochaufgelöste Niederschlagsanalyse für Berlin: 500m/5min Jahressumme: 2002

6 Statistical-dynamical methods for scale dependent model evaluation and short term precipitation forecasting (STAMPF / FU-Berlin) Θ= Potentielle Temperatur B= Bernoulli-Funktion Π= Ertels Potentielle Vorticity Prozessorientierter Evaluationsparameter DSI = 0 stationär, adiabatisch, reibungsfrei, trocken DSI 0 instationär, diabatisch, reibungsbehaftet, feucht Ergebnis: Niederschlag korreliert gut mit dem DSI ARBEITSPAKET II

7 Statistical-dynamical methods for scale dependent model evaluation and short term precipitation forecasting (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 Precipitation COSMO-DE Precipitaton FUB-Analysis Absolute value: |DSI| COSMO-DE S: 0.88 W: 0.89 S: 0.71 W: 0.67 S: 0.58 W: 0.62 2007 2006/07 DSI RR DSI

8 Statistical-dynamical methods for scale dependent model evaluation and short term precipitation forecasting (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 I DSI I 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 UTC Precipitation Radar (DWD) I DSI I-Integral: 3-7 km

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

10 Statistical-dynamical methods for scale dependent model evaluation and short term precipitation forecasting (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 2007 Was brauchen wir: