Abschlusstreffen des Projektes AQUARadar 25.03.2017 06:45 Aktueller Sachstand und Ausblick zur quantitativen Niederschlagsbestimmung mittels Boden- und Radarmessungen von Dipl.-Met. Elmar Weigl (DWD-Hydrometeorologie) beim Abschlusstreffen des Projektes AQUARadar der Universität Bonn am 10. Juli 2009 in Bonn KU 4 – 07/2009 – Folie 1 von 26 Datei: 20090602_Modellierertreff_Weigl

25.03.2017 06:45 Aktueller Sachstand und Ausblick zur quantitativen Niederschlagsbestimmung mittels Boden- und Radarmessungen Einführung Produktübersicht (RADOLAN und RADVOR-OP) Fachliches Monitoring von RADOLAN Untersuchungen zu Starkniederschlagsereignissen mittels RADOLAN Ausblick KU 4 – 07/2009 – Folie 2 von 26 Datei: 20090602_Modellierertreff_Weigl

25.03.2017 06:45 Aktueller Sachstand und Ausblick zur quantitativen Niederschlagsbestimmung mittels Boden- und Radarmessungen Einführung Produktübersicht (RADOLAN und RADVOR-OP) Fachliches Monitoring von RADOLAN Untersuchungen zu Starkniederschlagsereignissen mittels RADOLAN Ausblick KU 4 – 07/2009 – Folie 3 von 26 Datei: 20090602_Modellierertreff_Weigl

Niederschlagsüberwachung im DWD Fernerkundung: Wetter- satelliten im All (oben: polar umlaufend in ~800 km Höhe; unten: geostationär in ~36000 km Höhe) in situ: Regenmesser auf Erdboden (1-2 m über der Erdoberfläche) Fernerkundung: Boden- gestütztes Wetterradar -> WZN -> RADOLAN -> CM-SAF KU 4 – 07/2009 – Folie 4 von 26

Bodengestützte Messnetze Radarbeobachtungen 25.03.2017 06:45 Vor- und Nachteile der verschiedenen Niederschlagsüberwachungsmethoden: Bodengestützte Messnetze + direkte quantitative Messung + lange Messreihen vorhanden + teils hohe zeitliche Auflösung (1 min) - begrenzte räumliche Repräsentanz - unregelmäßige Stationsverteilung - nur teilweise zeitnah übermittelt - hoher Bearbeitungsaufwand Radarbeobachtungen - indirekte Beobachtung - diverse Fehlerquellen - Quantifizierung aufwendig + flächendeckend + hohe räumliche Auflösung (1 km) + hohe zeitliche Auflösung (5 min) + zeitnah verfügbar Satellitenbilder und -daten + sehr hilfreich zur Analyse der Großwetterentwicklung und in Gebieten ohne ausreichende Abdeckung mit Boden- bzw. Radardaten + nutzbar als Hintergrundinformation, z.B. zur Fehlererkennung - unterschiedliche Instrumente und Plattformen, daher klimatologisch nur bedingt nutzbar - indirekte Beobachtungen, nur bedingt für Niederschlag geeignet - flächendeckend, aber (teils sehr) geringere Auflösung KU 4 – 07/2009 – Folie 5 von 26 Datei: 20090602_Modellierertreff_Weigl

25.03.2017 06:45 Aktueller Sachstand und Ausblick zur quantitativen Niederschlagsbestimmung mittels Boden- und Radarmessungen Einführung Produktübersicht (RADOLAN und RADVOR-OP) Fachliches Monitoring von RADOLAN Untersuchungen zu Starkniederschlagsereignissen mittels RADOLAN Ausblick KU 4 – 07/2009 – Folie 6 von 26 Datei: 20090602_Modellierertreff_Weigl

(RADOLAN und RADVOR-OP) 25.03.2017 06:45 Produktübersicht (RADOLAN und RADVOR-OP) Radarniederschlagsanalyse (RADOLAN) - Teil 1: nicht-angeeichte RADOLAN-Vorstufe nur auf Basis von fünf-minütlichen Radarniederschlagsdaten - Teil 2: angeeichte RADOLAN-Produkte incl. Nutzung der aktuell verfügbaren stündlichen Ombrometerdaten Radarniederschlagsvorhersage (RADVOR-OP) - Radar-Nowcasting bis zwei Stunden KU 4 – 07/2009 – Folie 7 von 26 Datei: 20090602_Modellierertreff_Weigl

Teil 1: Nicht-angeeichte RADOLAN-Vorstufe Übersicht aller in Echtzeit verfügbaren operationellen RADOLAN-Produkte Teil 1: Nicht-angeeichte RADOLAN-Vorstufe verfügbar nach zeitliche Auflösung Inhalt Produkt- kennung Anwendung 2 Min. 5 Min. Original Radardaten in qualitativen rvp-6-Einheiten RX KONRAD, CellMOS, EuRadCom 3 Min. Radardaten nach Abschattungskorrektur und nach Anwendung der verfeinerten Z-R-Beziehungen in Niederschlagshöhen umgerechnet RZ Radarwetter, quantitatives RADAR-Nowcasting Mitteleuropäische quantitative Radardaten: räumliche Ausdehnung auf alle Deutschland beeinflussende Fluss-Einzugsgebiete EZ Quantitative Niederschlagsanalyse (Mitteleuropa) qualitätsgeprüfte Radardaten nach Abschattungskorrektur und nach Anwendung der verfeinerten Z-R-Beziehungen in Niederschlagshöhen umgerechnet / Qualitätsflags RY/QY COSMO-DE, AutoWARN 60 Min. (alle 5 Min.) RZ auf eine Stunde aufsummiert RH Warnwesen, AutoWARN 7 Min. EZ auf eine Stunde aufsummiert EH Warnwesen KU 4 – 07/2009 – Folie 8 von 26

Teil 2: Angeeichte RADOLAN-Produkte verfügbar nach zeitliche Auflösung Inhalt Produkt- kennung Anwendung 30 Min. 60 Min. vorangeeichte Radardaten nach Anwendung eines Faktors RB RANIE, SNOW angeeichte Radardaten: Endergebnis der Aneichung nach Durchführung der gewichteten Mittelung aus zwei Standardverfahren RW HVZ, quant. RADAR-Nowcasting, Landwirtschaft, Auswertung 40 Min. Mitteleuropäische quantitative Radardaten: räumliche Ausdehnung auf alle Deutschland beeinflussende Fluss-Einzugsgebiete EB/EW Quantitative Niederschlagsanalyse (Mitteleuropa) 40 – 60 Min. 6h/12h/24h (alle 60 Min.) aufsummierte, angeeichte Radardaten SQ/SH/ SF Warnwesen, HVZ 60 – 120 Min. Radardaten nach Merginganeichung/ angeeichte Radardaten: Endergebnis der Aneichung nach Durchführung der gewichteten Mittelung aus zwei Standardverfahren und dem Mergingverfahren RL/RU HVZ 18 – 25 h 60 Min./24h „nach-angeeichte“ Radardaten: Endergebnis der Aneichung nach Durchführung der gewichteten Mittelung aus zwei Standardverfahren „RW2“, „SF2“ KU 4 – 07/2009 – Folie 9 von 26

Übersicht aller in Echtzeit verfügbaren RADVOR-OP-Produkte im prä-operationellen Testbetrieb verfügbar nach zeitliche Auflösung Inhalt Produkt- kennung Anwendung 4 Min. 5 Min. Qualitativ-quantitative, vorhergesagte Radardaten auf der Basis der RZ-Produkte von RADOLAN; Vorhersage bis 2h RV Radarwetter, quantitatives RADAR-Nowcasting 60 Min. (alle 15 Min.) RV auf eine Stunde aufsummiert; Vorhersage bis 2h RS 6 Min. Quantifizierte, vorhergesagte Radardaten auf der Basis der RW-Produkte von RADOLAN und der RS-Produkte; Vorhersage bis 2h RQ HVZ KU 4 – 07/2009 – Folie 10 von 26

Einführung von RADOLAN-ME: Erweiterung der mitteleuropäischen quantitativen Radarkomposits (5min, 1h) und Aneichung mit mitteleuropäischen Ombrometerdaten Ist: Integration der Radardaten Belgiens, Frankreichs, der Niederlande und der Schweiz in die nationale RADOLAN-Prozesskette; nur Aneichung mit nationalen Ombrometer-messnetzen (DWD und Bundesländer) und „internationalen SYNOP‘s“ Soll: Integration weiterer Radars aus den Nachbarstaaten im N, E und SE von Deutschland und Aneichung mit allen nationalen Ombrometermessnetzen KU 4 – 07/2009 – Folie 11 von 26

Einführung von RADOLAN-ME: EW-Produktbeispiel vom 25.05.2009, 17:50 UTC: links: nationaler; rechts: mitteleuropäischer Ausschnitt KU 4 – 07/2009 – Folie 12 von 26

25.03.2017 06:45 Aktueller Sachstand und Ausblick zur quantitativen Niederschlagsbestimmung mittels Boden- und Radarmessungen Einführung Produktübersicht (RADOLAN und RADVOR-OP) Fachliches Monitoring von RADOLAN Untersuchungen zu Starkniederschlagsereignissen mittels RADOLAN Ausblick KU 4 – 07/2009 – Folie 13 von 26 Datei: 20090602_Modellierertreff_Weigl

Fachliches Monitoring von RADOLAN 25.03.2017 06:45 Fachliches Monitoring von RADOLAN KU 4 – 07/2009 – Folie 14 von 26 Datei: 20090602_Modellierertreff_Weigl

Fachliches Monitoring Vor- und Nachteile der verschiedenen Aneichverfahren Auswertung vom 10.06.2008, 18:50 UTC in der Oberpfalz Gerade bei extrem kon-vektiven Ereignissen zeigen sich die unterschiedlichen Schwächen der verschiede-nen Aneichverfahren: Subjektiv am besten schneidet hier das vorangeeichte Produkt RB ab. Während das aus den beiden Standardverfahren be-rechnete RW sowohl die räum-liche Verteilung verzerrt als auch die Intensität auf über 300 mm/h aufbläht, werden mit dem Mer-ging-Produkt RL zwei weitere Zellen vollkommen unterdrückt. Beim vermeintlich besten, objektiv aus allen drei Aneichverfahren verschnittenem RU („best of three“) wird die südöstliche Zelle auch „verschmiert“. Ombrometer Radar, original (RH) Radar, vorangeeicht (RB) Radar, „merging“ (RL) Radar, „RL+RW“ (RU) Radar, angeeicht (RW) KU 4 – 07/2009 – Folie 15 von 26

Fachliches Monitoring Seit Dezember 2007 werden drei verschiedene Aneichverfahren im operationellen Routinebetrieb erstellt Vergleich der zu täglichen Niederschlagswerten aufsummierten, stündlichen Radarkomposits RA, RM, RW, RL und RU mit vier konventionellen Niederschlags-stationen auf Basis täglicher Werte (verschiedene Schwellenwerte) für vier Monate schlechtere POD für RL ab 5 mm/d, schlechtere RMSE für RL und RU (generell) KU 4 – 07/2009 – Folie 16 von 26

25.03.2017 06:45 Aktueller Sachstand und Ausblick zur quantitativen Niederschlagsbestimmung mittels Boden- und Radarmessungen Einführung Produktübersicht (RADOLAN und RADVOR-OP) Fachliches Monitoring von RADOLAN Untersuchungen zu Starkniederschlagsereignissen mittels RADOLAN Ausblick KU 4 – 07/2009 – Folie 17 von 26 Datei: 20090602_Modellierertreff_Weigl

Untersuchung des Starkniederschlages in Dortmund am 26.07.2008 ► RADOLAN-Auswertungen für die Zeitspanne von 15 bis 18 Uhr MESZ: Abb. von oben nach unten zeitlich angeordnet: 15-16, 16-17 und 17-18 MESZ bzw. von links nach rechts: Niederschlagsver-teilung aus Boden-, Original-Radar- und kombinierten Boden-Radar-Messungen (RADOLAN, angeeicht) MESZ  Boden  Original-Radar  Radar,angeeicht  15-16  16-17 17-18 Foto: WDR; entnommen aus Berliner Wetterkarte vom 30.07.2008 ► In NRW noch kein Zugriff auf das verdichtete Landes- und/oder Wasserverbände-Messnetz ► Räumliche Niederschlagsstruktur kann nur mittels Radar wieder-gegeben werden KU 4 – 07/2009 – Folie 18 von 26

Untersuchung des Starkniederschlages in Dortmund am 26.07.2008 ► RADOLAN-Auswertungen für die Zeitspanne von 15 bis 18 Uhr MESZ im Vergleich mit den Bodenmesswerten der meteomedia-Station Dortmund-Universität und der Station Dortmund-Marten der Emschergenossenschaft Zeit (MESZ)   RADOLAN-Pixel bzw. Station 1h-RR-Wert (15-16) 1h-RR-Wert (16-17) 1h-RR-Wert (17-18) 3h-RR-Wert (15-18) DO-Uni aus RADOLAN (Boden) 0,3 10,1 1,6 12,0 DO-Uni aus RADOLAN (Original-Radar) 100,1 126,9 71,9 298,9 DO-Uni aus RADOLAN (Radar-angeeicht) 43,1 66,5 19,0 128,6 Station DO-Uni (meteomedia) 50,3 125,2 24,7 200,2 Station Waltrop 0,0 2,7 5,4 8,1 Station Bochum 0,5 12,1 0,7 13,3 Station Gevelsberg 0,8 Station DO-Marten (EG; jeweils ca. zwei km westlich und nördlich von DO-Uni) bzw. RADOLAN (Radar-angeeicht) 42,0 43,0 55,6 58,2 12,9 20,1 110,5 121,3 ► Sowohl die gemessenen 1h- (von 16-17) und 3h-Werte der Station DO-Uni als auch die aus RADOLAN ermittelten Werte übertreffen bei weitem die Jährlichkeit von 100 Jahren ► Die extrem hohe räumliche Variabilität dieses „Jahrhundertereignisses“ spiegelt sich bereits bei den Werten der beiden Niederschlagsstationen innnerhalb Dortmund wieder KU 4 – 07/2009 – Folie 19 von 26

Untersuchung des Starkniederschlages in Poxdorf am 21.07.2007 Angeeichte Tageswerte des Niederschlags mit maximalem Wert von 146,1 mm gegenüber einem maximal an der Station Bräuningshof gemessenem Wert von 167,2 mm in der Poxdorfer Zelle Entfernung zu den nächsten Radars jeweils ca. 100 km (südlich von Neuhaus bzw. westlich von Eisberg) Und genau im südwestlichen Teil dieser Zelle, also abgewandt von beiden Radars, liegt Bräuningshof  klassischer Fall von Niederschlags-dämpfung KU 4 – 07/2009 – Folie 20 von 26

Untersuchung des Starkniederschlages in Poxdorf am 21.07.2007 Angeeichte Tageswerte des Niederschlags mit Werten über 100 mm für die Zeitspanne vom 21.07.07, 05:50 bis 22.07.07, 05:50 UTC nur knapp östlich der nächst gelegenen Online-Aneichstation Möhrendorf-Kleinsee-bach mit einem Stationswert von 73,5 mm. Nur in 2 km Entfernung befindet sich in Bräuningshof eine Offline-Station des AGV „Mittlere Regnitz“, die einen Tageswert von 167,2 mm gemessen hat. Tägliche Niederschlagshöhen (RR) der Stationen mit zugehörigen RADOLAN-Werten: RH = Radar-Original, RB = Radar-vorangeeicht, RW = Radar-“best-angeeicht“ Bräuningshof Wellerstadt Poxdorf Hagenau Effeltrich Baiersdorf „Point“ Baiersdorf „In der Huth“ KU 4 – 07/2009 – Folie 21 von 26

Untersuchung des Starkniederschlages in Poxdorf am 21.07.2007 An 2 (von 8) Stationen (Bräuningshof; Baiersdorf „In der Huth“) sind sogar die Original-Radarwerte niedriger als die Stationswerte; nur an 2 Stationen (Wellerstadt; Möhrendorf) sind die „best-angeeichten“ wirklich die „besten“! Relative Fehler (s. Grafik) von RADOLAN zu den gemessenen Werten der acht Stationen und im Mittel  Genauigkeit von RADOLAN (Volumen- messung) zur punktuellen Stationsmessung am Ort einer Aneichstation: ca. 10%; vorangeeichte Werte (RB) sind im Mittel für diesen Fall und für dieses Gebiet am besten! Ähnlichkeit zum Dort- munder Ereignis: sowohl die extrem starken Gradienten von 110,5 auf 200,2 mm/3h (DO) auf 3 km bzw. von 73,5 auf 167,2 mm/6h auf 2,5 km als auch extrem hohe Werte werden während des RADOLAN-Prozesses geglättet bzw. gemindert. Teilweise sind sogar die hohen Original-Radarwerte am „besten“! Aneichstation KU 4 – 07/2009 – Folie 22 von 26

25.03.2017 06:45 Aktueller Sachstand und Ausblick zur quantitativen Niederschlagsbestimmung mittels Boden- und Radarmessungen Einführung Produktübersicht (RADOLAN und RADVOR-OP) Fachliches Monitoring von RADOLAN Untersuchungen zu Starkniederschlagsereignissen mittels RADOLAN Ausblick KU 4 – 07/2009 – Folie 23 von 26 Datei: 20090602_Modellierertreff_Weigl

Ausblick Genauigkeit, Verifikation und Klimatologie von RADOLAN 25.03.2017 06:45 Ausblick Genauigkeit, Verifikation und Klimatologie von RADOLAN Stetisierung als verbessertes Kompositverfahren Vervollständigung von RADOLAN-ME: Radars im N (DK), E (PL, CZ, …) und SE (A, …) zusätzliche Ombrometer im benachbarten Ausland weitere Online-Stationen für die Aneichung durch Kooperationspartner KU 4 – 07/2009 – Folie 24 von 26 Datei: 20090602_Modellierertreff_Weigl

Ausblick Erweiterung der Produktpalette von RADOLAN-ME: 25.03.2017 06:45 Ausblick Erweiterung der Produktpalette von RADOLAN-ME: EX-Produkt (analog zum RX) EY-Produkt (analog zum RY) Unterscheidung in fest und flüssig beim Radar- Nowcasting (RE-Produkt) Operationalisierung des quantitativen Radar-Nowcastings KU 4 – 07/2009 – Folie 25 von 26 Datei: 20090602_Modellierertreff_Weigl

Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Dipl.-Met. Elmar Weigl Frankfurter Strasse 135 63 067 Offenbach/Main Email: Elmar.Weigl@dwd.de radolan@dwd.de Internet: www.dwd.de/RADOLAN www.dwd.de/radvor-op KU 4 – 07/2009 – Folie 26 von 26