Erzeugung und Validierung wahrscheinlichkeitsbasierter Niederschlagsvorhersagen mit dem GME unter Verwendung von Breeding- und Ensemble-Kalman-Methoden Schwerpunktprogramm 1167 der DFG Quantitative Niederschlagsvorhersage Andreas Hense, Jan Keller (Uni Bonn) Werner Wergen, Andreas Rhodin (DWD) Luis Kornblueh (MPIfM)

SPP Kick-Off-Meeting 23./ , Bonn Erzeugung und Verifikation wahrscheinlichkeitsbasierter Niederschlagsvorhersagen mit dem GME Motivation Vorhersagezeitraum: 3-5 Tage –Vorhersagen von sich aus wahrscheinlichkeitsbehaftet –Wahrscheinlichkeiten nur durch Ensembles vorhersagbar Ensemble-Vorhersagen erstellen und verifizieren (für praktischen Einsatz) Entwicklung und Anwendung neuer Methoden und Techniken

SPP Kick-Off-Meeting 23./ , Bonn Erzeugung und Verifikation wahrscheinlichkeitsbasierter Niederschlagsvorhersagen mit dem GME Ziele des Projektes Erstellen eines –Ensemble-Vorhersage-Systems (EPS) basierend auf dem GME –Ensemble-Kalman-Filter-Systems (EnTKF) unter Verwendung von Ensembles und 3D-Var –Validierungssystems basierend auf Standard-Scores erweitert durch change-of-support-Modell

SPP Kick-Off-Meeting 23./ , Bonn Erzeugung und Verifikation wahrscheinlichkeitsbasierter Niederschlagsvorhersagen mit dem GME Ziele des Projektes Weiterentwicklung –von verification scores auf Basis von Bayesischer Statistik oder positiv-definiter Funktionen –der Formulierung der Ensemble-Kalman-Methode (Bayesischer Ansatz, nicht-gausssche PDFs) besseres Verständnis der Auswirkungen von nicht- gaussschen und nicht-kontinuierlichen Fehlern auf Datenassimilation und Verifikation

SPP Kick-Off-Meeting 23./ , Bonn Erzeugung und Verifikation wahrscheinlichkeitsbasierter Niederschlagsvorhersagen mit dem GME Entwicklung mit PUMA (einf. globales Modell) –Ensemble-Initialisierung: Breeding-Technik Rossby-Mode-Forcing (Wind-Masse-Balance) –Einführung einer gewichteten Energienorm (kinetische und verfügbare pot. Energie) –Untersuchung zur Initialisierung der einzelnen Ensemble Member paarweise Initialisierung Orthogonalisierung der Bred-Vektoren bisherige Arbeit Grundlagen EPS

SPP Kick-Off-Meeting 23./ , Bonn Erzeugung und Verifikation wahrscheinlichkeitsbasierter Niederschlagsvorhersagen mit dem GME bisherige Arbeit Grundlagen EPS Breeding-Pattern als Basis für Initialstörung

SPP Kick-Off-Meeting 23./ , Bonn Erzeugung und Verifikation wahrscheinlichkeitsbasierter Niederschlagsvorhersagen mit dem GME bisherige Arbeit Grundlagen EPS Störungswachstum nach Orthogonalisierung der BV

SPP Kick-Off-Meeting 23./ , Bonn Erzeugung und Verifikation wahrscheinlichkeitsbasierter Niederschlagsvorhersagen mit dem GME bisherige Arbeit GME EPS GME-Infrastruktur angepasst für Ensemble- Betrieb EPS-System für GME eingerichtet Integration der Breeding-Technik in das GME EPS

SPP Kick-Off-Meeting 23./ , Bonn Erzeugung und Verifikation wahrscheinlichkeitsbasierter Niederschlagsvorhersagen mit dem GME bisherige Arbeit EnTKF Implementiert für das GME –basierend auf der 3D-Var des DWD

SPP Kick-Off-Meeting 23./ , Bonn Erzeugung und Verifikation wahrscheinlichkeitsbasierter Niederschlagsvorhersagen mit dem GME bisherige Arbeit Verifikation Bayesische Verifikationsmethode entwickelt Brier-Skill-Score –Tagssummen des Niederschlags jeweils für einen Tag und für jede Gitterbox –Bootstrapping zur Bestimmung des BSS –change-of-support zur Vergleichbarkeit von Punktmessungen und Gitterwerten Entwicklung erster Skill-Scores basierend auf Wahrscheinlichkeitsverteilungen

SPP Kick-Off-Meeting 23./ , Bonn Erzeugung und Verifikation wahrscheinlichkeitsbasierter Niederschlagsvorhersagen mit dem GME bisherige Arbeit Verifikation Brier-Skill-Score –Messwerte DWD –Modell ECWMF

SPP Kick-Off-Meeting 23./ , Bonn Erzeugung und Verifikation wahrscheinlichkeitsbasierter Niederschlagsvorhersagen mit dem GME Nächste Schritte EPS Nächste Schritte – EPS Erweiterung der Energienorm durch Feuchte Test und Tuning

SPP Kick-Off-Meeting 23./ , Bonn Erzeugung und Verifikation wahrscheinlichkeitsbasierter Niederschlagsvorhersagen mit dem GME Nächste Schritte EnTKF zur Zeit: Erweitern des GME EPS durch Kombination von Breeding- und 3D-Var basiertem System Tuning und Tests des erweiterten Systems

SPP Kick-Off-Meeting 23./ , Bonn Erzeugung und Verifikation wahrscheinlichkeitsbasierter Niederschlagsvorhersagen mit dem GME Nächste Schritte Verifikation Weiterentwicklung der BSS-Berechnung für Ensemble-Vorhersagen multivariate Statistik zur Erkennung systematischer Fehler Entwicklung weiterer wahrscheinlichkeits- basierter Verifikations-Scores

SPP Kick-Off-Meeting 23./ , Bonn Erzeugung und Verifikation wahrscheinlichkeitsbasierter Niederschlagsvorhersagen mit dem GME Ausblick EPS –Quasi-operationeller Betrieb während COPS/IOP EnTKF –Verbesserung bei der Bestimmung der Fehlerkovarianzmatrix des Hintergrundfeldes mit dem hybriden EnTKF/3D-Var System