Deutscher Wetterdienst Abteilung Hydrometeorologie KU 4 – 07/2009 – Folie 1 von 26 Aktueller...

KU 4 – 07/2009 – Folie 1 von 26

Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie

Aktueller Sachstand und Ausblick zur quantitativen Niederschlagsbestimmung mittels

Boden- und Radarmessungenvon

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 2 von 26


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




Einführung




Ausblick

KU 4 – 07/2009 – Folie 4 von 26


Niederschlagsüberwachung im DWD

in situ: Regenmesser auf Erdboden (1-2 m über der Erdoberfläche)

Fernerkundung: Boden-gestütztes Wetterradar

Fernerkundung: Wetter-satelliten im All (oben: polar umlaufend in ~800 km Höhe; unten: geostationär in ~36000 km Höhe)

-> WZN -> RADOLAN -> CM-SAF

KU 4 – 07/2009 – Folie 5 von 26


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 6 von 26




Einführung




Ausblick

KU 4 – 07/2009 – Folie 7 von 26


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 8 von 26


Übersicht aller in Echtzeit verfügbarenoperationellen RADOLAN-Produkte

verfügbar nach

zeitliche Auflösung

InhaltProdukt-kennung

Anwendung

2 Min. 5 Min. Original Radardaten in qualitativen rvp-6-Einheiten RX KONRAD, CellMOS, EuRadCom

3 Min. 5 Min.Radardaten nach Abschattungskorrektur und nach Anwendung der verfeinerten Z-R-Beziehungen in

Niederschlagshöhen umgerechnetRZ

Radarwetter, quantitatives RADAR-

Nowcasting

5 Min. 5 Min.Mitteleuropäische quantitative Radardaten: räumliche

Ausdehnung auf alle Deutschland beeinflussende Fluss-Einzugsgebiete

EZQuantitative

Niederschlagsanalyse (Mitteleuropa)

5 Min. 5 Min.qualitätsgeprüfte Radardaten nach Abschattungskorrektur und nach Anwendung der verfeinerten Z-R-Beziehungen in

Niederschlagshöhen umgerechnet / QualitätsflagsRY/QY COSMO-DE,

AutoWARN

5 Min.60 Min. (alle 5 Min.)

RZ auf eine Stunde aufsummiert RH Warnwesen, AutoWARN

7 Min.60 Min. (alle 5 Min.)

EZ auf eine Stunde aufsummiert EH Warnwesen

Teil 1: Nicht-angeeichte RADOLAN-Vorstufe

KU 4 – 07/2009 – Folie 9 von 26


verfügbar nach



Anwendung

30 Min. 60 Min. vorangeeichte Radardaten nach Anwendung eines Faktors RB RANIE, SNOW

30 Min. 60 Min.angeeichte Radardaten: Endergebnis der Aneichung nach

Durchführung der gewichteten Mittelung aus zwei Standardverfahren

RW

HVZ, quant. RADAR-Nowcasting,

Landwirtschaft, Auswertung

40 Min. 60 Min.Mitteleuropäische quantitative Radardaten: räumliche

Ausdehnung auf alle Deutschland beeinflussende Fluss-Einzugsgebiete

EB/EWQuantitative

Niederschlagsanalyse (Mitteleuropa)

40 – 60 Min.6h/12h/24h

(alle 60 Min.)

aufsummierte, angeeichte RadardatenSQ/SH/

SFWarnwesen, HVZ

60 – 120 Min. 60 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“

HVZ

Teil 2: Angeeichte RADOLAN-Produkte

KU 4 – 07/2009 – Folie 10 von 26


Übersicht aller in Echtzeit verfügbaren RADVOR-OP-Produkte im prä-operationellen Testbetrieb

verfügbar nach



Anwendung

4 Min. 5 Min.Qualitativ-quantitative, vorhergesagte Radardaten auf der Basis der RZ-Produkte von RADOLAN; Vorhersage bis 2h RV


Nowcasting

5 Min.60 Min.

(alle 15 Min.)RV auf eine Stunde aufsummiert; Vorhersage bis 2h RS


Nowcasting

6 Min.60 Min.

(alle 15 Min.)

Quantifizierte, vorhergesagte Radardaten auf der Basis der RW-Produkte von RADOLAN und der RS-Produkte;

Vorhersage bis 2hRQ HVZ

KU 4 – 07/2009 – Folie 11 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 12 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 13 von 26




Einführung




Ausblick

KU 4 – 07/2009 – Folie 14 von 26



KU 4 – 07/2009 – Folie 15 von 26


Fachliches MonitoringVor- und Nachteile der verschiedenen Aneichverfahren

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“.

Radar, original (RH)Ombrometer Radar, vorangeeicht (RB)

Radar, angeeicht (RW)Radar, „merging“ (RL) Radar, „RL+RW“ (RU)

Auswertung vom 10.06.2008, 18:50 UTC in der Oberpfalz

KU 4 – 07/2009 – Folie 16 von 26


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)

Fachliches Monitoring

KU 4 – 07/2009 – Folie 17 von 26




Einführung




Ausblick

KU 4 – 07/2009 – Folie 18 von 26


Untersuchung des Starkniederschlages in Dortmund am 26.07.2008

► In NRW noch kein Zugriff auf das verdichtete Landes- und/oder Wasserverbände-Messnetz

► Räumliche Niederschlagsstruktur kann nur mittels Radar wieder-gegeben werden

► 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

KU 4 – 07/2009 – Folie 19 von 26


► 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 0,0 0,0 0,8 0,8

Station DO-Marten (EG; jeweils ca. zwei km westlich und nördlich von DO-Uni)

bzw.RADOLAN (Radar-angeeicht)

42,0

bzw.43,0

55,6

bzw.58,2

12,9

bzw.20,1

110,5

bzw.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

Untersuchung des Starkniederschlages in Dortmund am 26.07.2008

KU 4 – 07/2009 – Folie 20 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 21 von 26


Untersuchung des Starkniederschlages in Poxdorf am 21.07.2007Angeeichte 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.

Bräuningshof Wellerstadt Poxdorf

Hagenau Effeltrich Baiersdorf „Point“

Baiersdorf „In der Huth“

Station RR RH RB RWBräuningshof 167,2 151,7 107,4 99,3Wellerstadt 89,3 122,5 101,2 94,0Poxdorf 159,8 179,3 130,5 119,0Hagenau 146,9 172,0 120,3 110,4Effeltrich 150,8 210,9 146,0 131,6Baiersdorf "Point" 110,4 120,9 93,4 87,9Baiersdorf "In der Huth" 148,1 138,0 106,8 99,2Möhrendorf-Kleinseebach 73,5 113,2 88,7 82,8Mittel 130,8 151,1 111,8 103,0

Tägliche Niederschlagshöhen (RR) der Stationen mit zugehörigen RADOLAN-Werten: RH = Radar-Original, RB = Radar-vorangeeicht, RW = Radar-“best-angeeicht“

KU 4 – 07/2009 – Folie 22 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“!

-50%

-40%

-30%

-20%

-10%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

Bräuningshof Wellerstadt Poxdorf Hagenau Effeltrich Baiersdorf"Point"

Baiersdorf "Inder Huth"

Möhrendorf-Kleinseebach

Mittel

RH-RR (rel.) RB-RR (rel.) RW-RR (rel.)

Aneichstation

KU 4 – 07/2009 – Folie 23 von 26




Einführung




Ausblick

KU 4 – 07/2009 – Folie 24 von 26


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 25 von 26


• 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

Ausblick

KU 4 – 07/2009 – Folie 26 von 26


Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

Kontakt: Dipl.-Met. Elmar WeiglFrankfurter Strasse 135

63 067 Offenbach/Main

Email: [email protected]

[email protected]

Internet: www.dwd.de/RADOLAN

www.dwd.de/radvor-op

Deutscher Wetterdienst Abteilung Hydrometeorologie KU 4 – 07/2009 – Folie 1 von 26 Aktueller...

Documents

Transcript of Deutscher Wetterdienst Abteilung Hydrometeorologie KU 4 – 07/2009 – Folie 1 von 26 Aktueller...