Bodenmessungen von DSDswährend der SOPVon Martin Leeb, DLR Oberpfaffenhofen

Überblick:

Teil 1: Eigenes Forschungsgebiet: Polarimetrisches Radar1. Bestimmung der Regenrate

2. Bestimmung von DSDs

Normierung von DSDs

Teil 2: Bodenmessungen von DSDs während der SOP1. Verwendete Geräte

2. Korrekturmethoden

3. Gerätevergleich

4. Zusammenfassung

Bestimmung der Regenrate durch Polarimetrie

Regression mit verschiedenen Ansätzen:

Entwicklung eines Algorithmus zur Bestimmung der Regenrate mit polarimetrischem C-Band Radar:

Dämpfungskorrektur durch KDP

Identifikation verschiedener Hydrometeore durch LDR

Qualitätskontrolle

Operativer Einsatz

)CZDR(B

)CZDR(B

CB

10KDPAR

10ZAR

ZDRZAR

Bestimmung von DSDs durch Polarimetrie

Berechnung der Parameter von DSD-Verteilungen (Marshall-Palmer, Gamma) aus polarimetrischen Größen.

Aktuell: Normierung von DSDs:

Sempere-Torres et. al. [1994,1998]:

Darstellung von DSDs innerhalb eines Niederschlagsereignisses in Abhängigkeit von nur einer Referenzvariable (z.B. Z, R, LCW …) und einer für das ganze Ereignis gültigen Verteilungsfunktion (hier mit R als Referenzvariablen):

Testud et. al. [2001]:

Normierung der Parameter von DSD-Verteilungsfunktionen. Parameter bekommen physikalische Bedeutung bzw können leichter aus polarimetrischen Größen abgeleitet werden:

Beispiel Gammaverteilung: N0, λ, μ -> N0* (Y-Abschnitt einer

Exponentialverteilung mit gleichem LWC, Dm (mean particle size), μ (Beschreibung der Form der DSD)

)g(DR R R)N(D, - N(D) -

Ausblick

Zweifache Normierung von DSDs:

DSDs können in Abhängigkeit von 2 Referenzvariablen bestimmt werden, die durch polarimetrische Radargrößen abgeleitet werden können.

Normierte DSD ist allgemeingültig, d.h. unabhängig von Niederschlagsart.

Literatur: Uijlenhoet et. al. [2003a][2003b], Lee et. al. [2004]

Bodenmessung von DSDs während der SOP

Gerätespezifikationen

Joss-Waldvogel-Disdrometer (JWD):

Mechanischer Sensor

20 Durchmesserklassen von 0.3 mm bis 5.6 mm

Messfläche = 50 cm2

Parsivel:

Optischer Sensor

32 Durchmesserklassen von 0 mm bis 26 mm

32 Geschwindigkeitsklassen von 0 bis 20.8 m/s

Messfläche = 54 cm2

Korrekturmethoden

Joss-Waldvogel-Disdrometer:

Fehlerquellen:

Totzeit: Löst ein Tropfen einen Impuls aus, kann in der Zeit, in der die Membran in die Ausgangsposition zurückkehrt, kein weiterer Tropfen registriert werden.

Bei zu starkem Niederschlag bildet sich ein Wasserfilm auf der Membran, der kleine Tropfen „schluckt“.

Korrektur:

Totzeitkorrektur: Ein Tropfen der Klasse j erzeugt eine Totzeit für alle k Klassen, wenn jk 0.85DD

)25.0D(85.0

Dlnn

t

035.0expnn

j

kD

D85.0Dkj

*j

min

jk

Korrekturmethoden

Parsivel:

Fehlerquelle:

Spritzwasser vom Gehäuse fällt durch die Messzone

Korrektur:

Auswahl der Tropfen über die Fallgeschwindigkeit

(Terminal Velocity nach Gunn und Kinzer)

Beide Geräte:

Fehlerquelle:

Zu kleine Messfläche/zu kleines Zeitintervall

Korrektur:

Zeitliche Mittelung über mehrere Messungen

Gerätevergleich

Zusammenfassung

Insgesamt detektiert das Parsivel mehr Tropfen, vor allem für Durchmesser < 1 mm

Zwischen 1 mm und 3 mm Durchmesser schätzt das JWD die Anzahl der Tropfen höher ein (Verschiebung in der Größenzuordnung)

Bei moderatem Niederschlag ergibt sich aus den JWD-Messungen eine höhere Regenrate als beim Parsivel, vermutlich wegen Punkt vorher

Für starke konvektive Niederschläge reichen die Durchmesserklassen des JWD nicht aus (alle Tropfen > 5.1 mm kommen in die gleiche Klasse)

Bei starken konvektiven Niederschlägen werden beim JWD keine bzw. zu wenig kleinen Tropfen erkannt

Ende

Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit