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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
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
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
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
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 4 von 26
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
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
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
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
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
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 7 von 26
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
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
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
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
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
verfügbar nach
zeitliche Auflösung
InhaltProdukt-kennung
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
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
Übersicht aller in Echtzeit verfügbaren RADVOR-OP-Produkte im prä-operationellen Testbetrieb
verfügbar nach
zeitliche Auflösung
InhaltProdukt-kennung
Anwendung
4 Min. 5 Min.Qualitativ-quantitative, vorhergesagte Radardaten auf der Basis der RZ-Produkte von RADOLAN; Vorhersage bis 2h RV
Radarwetter, quantitatives RADAR-
Nowcasting
5 Min.60 Min.
(alle 15 Min.)RV auf eine Stunde aufsummiert; Vorhersage bis 2h RS
Radarwetter, quantitatives RADAR-
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
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
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
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
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
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
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 14 von 26
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
Fachliches Monitoring von RADOLAN
KU 4 – 07/2009 – Folie 15 von 26
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
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
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
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
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
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 18 von 26
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
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
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
► 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
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
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
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
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
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
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
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
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 24 von 26
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
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
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
• 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
Deutscher WetterdienstAbteilung Hydrometeorologie
Danke für Ihre Aufmerksamkeit!
Kontakt: Dipl.-Met. Elmar WeiglFrankfurter Strasse 135
63 067 Offenbach/Main
Email: [email protected]
Internet: www.dwd.de/RADOLAN
www.dwd.de/radvor-op