Description: Aktuelle Wettermodelle haben Schwierigkeiten die räumliche Niederschlagsverteilung von konvektiven Wolkensystemen korrekt zu modellieren, was die Vorhersage der Niederschlagsintensität und -dauer erschwert. Ziel dieses Projekts ist es zu untersuchen, wie Eispartikeleigenschaften die Entwicklung stratiformer Niederschlagsregionen innerhalb konvektiver Systeme beeinflussen. Hierzu schlagen wir die synergetische Nutzung zweier polarimetrischer Radarsysteme vor, des C-Band POLDIRAD des DLR in Oberpfaffenhofen und des Ka-Band MIRA-35 der LMU in München. Zum einen werden dazu Details der Eismikrophysik mittels einer neuen Methode beleuchtet. Zum anderen werden die Konvektionszellen mit Hilfe des operationellen DWD Radarnetzwerks verfolgt, um zeitliche Entwicklung und horizontalen Kontext zu erfassen. Für die konkreten Beobachtungstage werden wir die räumliche Entwicklung zwischen konvektiven und stratiformen Regionen mit hochaufgelösten Wettermodellläufen mit unterschiedlichen Mikrophysik-Schemata vergleichen. Ziel dieses Vergleichs ist es zu verstehen, warum die meisten Schemata die Radarreflektivität in konvektiven Regionen noch immer überschätzen und warum gleichzeitig zu wenig stratiformer Niederschlag produziert wird.In Phase 1 konnten wir die Machbarkeit koordinierter C- und Ka-Band Messungen an den beiden Standorten demonstrieren und einen Algorithmus zur Ableitung von Eispartikeleigenschaften entwickeln. Dabei konnten wir ein tieferes Verständnis der bestehenden Mehrdeutigkeiten gewinnen, welche durch die unbekannte Eispartikeldichte verursacht werden. Gleichzeitig wurden für die zahlreichen Beobachtungstage entsprechende Wettermodellläufe mit fünf unterschiedlichen Mikrophysik-Schemata durchgeführt, um die Variabilität klassischer Parameter (z.B. Anzahl, Höhe und räumliche Verteilung der Zellkerne) zwischen den Schemata zu analysieren. In Phase 2 wollen wir unsere Methoden aus Phase 1 weiterentwickeln, um noch unbekannte Größen wie die Eispartikeldichte und die räumliche Struktur des Gesamtsystems bestehend aus konvektivem Zellkern und stratiformen Teil zu erfassen. Dies ermöglicht es uns zu untersuchen wie mikrophysikalische Prozesse wie Bereifung und Aggregation Eispartikel modifizieren und damit deren Transport in den stratiformen Niederschlagsbereich beeinflussen. Um bestehende Mehrdeutigkeiten einzugrenzen, werden wir dazu Messungen der Fallgeschwindigkeit und der linearen Depolarisation mit einbeziehen. Diese Höhen-Zeit-Schnitte werden mit den Zell-Trajektorien in einem Datensatz von etwa 100 konvektiven Tagen zeitlich wie statistisch in Verbindung gebracht, um die beobachtete und modellierte Mikrophysik im konvektiv-stratiformen Übergang einzuordnen. Dazu wird die Verfolgung von Zellen in Messung und Modell auf die umgebende stratiforme Niederschlagsregion ausgeweitet. Die Kombination der horizontalen und vertikalen Perspektive ist dabei eine wesentliche Neuerung unseres Ansatzes im Vergleich zu bisherigen Studien.
Types:
SupportProgram
Origins:
/Bund/UBA/UFORDAT
Tags:
München
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Bewölkung
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Räumliche Entwicklung
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Niederschlagsintensität
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Synergistische Wirkung
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Fischer-Tropsch-Verfahren
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Messstellennetz
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Radar
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Zellkern
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Datenverbund
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Fahrzeugreifen
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Topographie
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Bohrkern
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Daten
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Evolution
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Messdaten
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Studie
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Wettervorhersage
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Wolke
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Modellierung
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Fernerkundung
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Niederschlag
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Partikel
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Raumstruktur
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Wetter
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Bram-Verfahren
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Koordinate
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Netz
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Region:
Nordrhein-Westfalen
Bounding boxes:
6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895°
License: cc-by-nc-nd/4.0
Language: Deutsch
Organisations
Time ranges:
2018-01-01 - 2025-06-30
Alternatives
-
Language: Englisch/English
Title: Investigation of Convective Evolution towards stratiform Precipitation using simulatiOns and poLarimetric radar observations at C- and Ka-band (IcePolCKa - Phase 2)
Description: Current weather models struggle to capture the spatial structure of precipitation created by convective cloud systems which biases the prediction of rainfall intensity and duration. This project aims to investigate how ice cloud microphysics influence the development of stratiform precipitation regions within convective cloud systems. To that end we propose to exploit the synergy of two polarimetric radars, the C-band POLDIRAD at DLR, Oberpfaffenhofen, and the Ka-band MIRA-35 at LMU, Munich to constrain hydrometeor properties in the convective- stratiform transition. On the one hand, we will shed new light on ice particle properties using an enhanced remote sensing technique. On the other hand, we will follow individual cell track motions using the operational DWD weather radar network to capture the temporal and horizontal evolution of cells. The spatial structure in the observed cases will be compared to high-resolution weather model runs (WRF) using different microphysics schemes. To advance the scientific understanding why most current models still overestimate radar reflectivity in convective regions and underestimate stratiform rainfall, we will consolidate our observational insights with the cell tracking perspective in model runs and operational DWD weather radar data. In phase 1 of this project, we have proven the feasibility of coordinated C- and Ka-band measurements at the two locations and developed an ice microphysics retrieval. We also developed an in-depth understanding of the remaining ambiguities and limitations which are connected to the unknown ice particle bulk density. We have performed WRF runs of the numerous observation days with five different microphysics schemes to analyze the variability of classical parameters (e.g. cell number, height and distribution of cell cores) between the schemes using a tracking approach. By extending our methods developed in Phase 1, we intend to capture previously unaccounted parameters like the ice particle density and the spatial structure of the convective and stratiform region at large. We aim to deepen the scientific understanding how microphysical processes like riming and aggregation modify hydrometeor properties which influence their detrainment from convective into stratiform regions. To this end, we plan to augment our existing retrieval with fall speed and linear depolarization measurements to further constrain hydrometeor properties. These time-height measurements will be systematically contextualized with the tracked cells in the DWD network data to compile an aggregated statistic of the convective to stratiform transition during 100 convective days. The analysis of cell characteristics will be extended to include surrounding stratiform precipitation regions to analyze the development and the interaction of related regions over time. This combination of the horizontal and vertical perspective will be a major novelty of our approach compared to previous studies.
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