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Projekt
Synergie eines effizienten polarimetrischen Radarvorwärtsoperators und eines hochentwickelten Klassifizierungsalgorithmus zur verbesserten Repräsentierung von Hydrometeoren im ICON-Modell (Operation Hydrometeors Part II)
Antragstellerinnen / Antragsteller
Dr. Ulrich Blahak; Privatdozentin Silke Trömel, Ph.D.
Fachliche Zuordnung
Physik und Chemie der Atmosphäre
Förderung
Förderung seit 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 408027387
In Phase 1 lieferte "Operation Hydrometeors" für das Schwerpunktprogramm einen effizienten polarimetrischen Vorwärtsoperator als wichtige Voraussetzung der Verschmelzung von Radarpolarimetrie und numerischer Atmophärenmodellierung. Der nicht-polarimetrische “Efficient Modular VOlume RADar Operator” (EMVORADO) wurde unter Annahme von ellipsenförmigen Hydrometeoren um die Berechnung synthetischer Polarisationsparameter bei Wetterradarwellenlängen erweitert und ist sowohl in Form von Online-Implementierungen in den Wettervorhersagemodellen COSMO und ICON als auch als eigenständiges Programm verfügbar. Des Weiteren haben wir, basierend auf einem Clustering der polarimetrischen Variablen, einen ausgefeilten und robusten Algorithmus zur Hydrometeor-Klassifikation (HMC) entwickelt. Neben der Klassifizierung des dominierenden Hydrometeortyps bietet er zusätzlich die Möglichkeit, die anteiligen Massenverhältnisse der Hydrometeortypen an einem Ort zu schätzen, und zwar sowohl auf Basis polarimetrischer Radarbeobachtungen als auch auf Basis synthetischer Variablen, welche durch die Anwendung von EMVORADO auf ICON-Simulationen erhalten werden. Mit den entwickelten Werkzeugen haben wir polarimetrische Signaturen und Hydrometeore in stratiformen Regen unter Verwendung einer dualen Strategie ausgewertet, die synergistisch die hochentwickelte Hydrometeorklassifizierung und -Quantifizierung mit dem direkten Vergleich von multivariaten beobachteten und synthetischen polarimetrischen Radarparametern kombiniert. Die Analysen lieferten bereits einige Verbesserungen der Zwei-Momenten-Wolkenmikrophysik-Parametrisierung in ICON.In Phase 2 werden die entwickelten Werkzeuge weiter verfeinert, um ihre Anwendbarkeit zu erweitern. Wir verbessern das Schmelzschema in EMVORADO, koppeln möglicherweise auch eine Streudatenbank an und verfeinern unsere neue HMC weiter, um Hydrometeor-Cluster über die 0°C-Grenze hinweg zu ermöglichen. Mit diesen Entwicklungen und der Anwendung unserer dualen Strategie evaluieren und verbessern wir die Darstellung von drei weiteren wichtigen polarimetrischen Signaturen, die auf verschiedene Modellschwächen hinweisen: (1) Säulen mit erhöhter differentieller Reflektivität ZDR weisen den Weg zu einer besseren Darstellung des Gefrierprozesses von Regentropfen, (2) das ZDR in Bodennähe liefert Informationen zur besseren Parametrisierung der Regentropfengrößenverteilung, und (3) polarimetrische Variablen in der Zone bevorzugten Dendritenwachstums liefern die Informationen zur Verbesserung und Erweiterung der Darstellung von mikrophysikalischen Eisprozessen wie z.B. die sekundäre Eisproduktion im Modell. Schließlich werden wir zwei von der Polarimetrie abgeleitete Informationen für die indirekte Datenassimilation in ICON ausnutzen: wir assimilieren ZDR-Säulenobjekte und/oder die aus unserer neuen HMC abgeleiteten Massenverhältnisse der Hydrometeortypen in geeigneter Form, höchstwahrscheinlich als kategorische Ranginformationen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
