Original paper

A study on the small scale precipitation structure over Germany using the radar network of the German Weather Service

Theusner, Michael; Hauf, Thomas

Meteorologische Zeitschrift Vol. 13 No. 4 (2004), p. 311 - 322

published: Sep 2, 2004

DOI: 10.1127/0941-2948/2004/0013-0311

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ArtNo. ESP025011304005, Price: 29.00 €

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Abstract

Radar composite images of the German Weather Service's (DWD) radar network are used to investigate the spatial and temporal structure of convective rain areas in postfrontal situations. Thirty-nine days were selected and the respective postfrontal convective rain fields were analysed based on over 3000 radar images, yielding altogether approximately 140000 individual rain areas. Basic parameters of the latter within the convective area such as number of rain areas, occupied area and number of reflectivity peaks contained within one single rain area were determined. Then their diurnal variation and spatial distribution within Germany were investigated. The study focuses on single cells (rain areas with one reflectivity peak) and clusters (rain areas with two or more reflectivity peaks), with the latter being defined as consisting of several interconnected convection cells. Number and area of rain areas follow the expected, typical convective diurnal cycle with a maximum around noon. The number ratio of single cells and clusters, however, remains almost constant over the day. This surprising result may be explained as an equilibrium state between growing single cells, the development of single cells into clusters and decaying of single cells and clusters. Similar results are found for the area covered by single cells or clusters. While single cells dominate in terms of number, clusters provide most of the precipitating area. Single convective cells and small clusters preferably occur over mountain ranges but also along the North Sea coast. Large clusters with more than 9 reflectivity maxima are almost exclusively found along the North Sea coast in an area of about 200 km width.

Kurzfassung

Radarkompositbilder des Deutschen Wetterdienstes (DWD) wurden dazu benutzt, die räumliche und zeitliche Struktur von konvektiven Niederschlagsstrukturen in post-frontalen Situationen zu untersuchen. Neununddreißig Tage wurden ausgesucht und die dazugehörigen post-frontalen konvektiven Niederschlagsgebiete in über 3000 Radarbildern analysiert. Dabei ergaben sich insgesamt etwa 140000 individuelle, zusammenhängende Niederschlagsgebiete, bzw. Wolken mit im Radar erkennbarem Niederschlag. Für diese wurden Basisparameter wie die Anzahl, Fläche und die Zahl der Reflektivitätsmaxima innerhalb der Wolke bestimmt, sowie ihr Tagesgang und die räumliche Verteilung innerhalb Deutschlands untersucht. Die Niederschlagsgebiete wurden in Einzelzellen (mit einem Reflektivitätsmaximum) und Zellcluster unterteilt, wobei die letzteren als aus mehreren zusammenhängenden Zellen bestehend definiert sind. Die Anzahl und die Fläche der Niederschlagsgebiete folgen alle einem erwarteten, typischen konvektiven Tagesgang mit einem Maximum um die Mittagsstunden. Das Anzahlverhältnis zwischen Einzelzellen und Clustern bleibt jedoch während des ganzen Tages fast konstant. Der Grund dafür ist unklar, könnte aber durch ein Gleichgewicht zwischen wachsenden Einzelzellen, Zusammenwachsen von Zellen zu Clustern und dem Zerfall von Zellen und Clustern erklärt werden. Ähnliches ergibt sich auch für die von den Zellen oder Clustern überdeckte Fläche. Während Einzelzellen im Hinblick auf ihre Anzahl dominieren, so stellen die Cluster jedoch den Großteil der Niederschlagsfläche. Einzelzellen und kleine Zellcluster treten dabei bevorzugt über Gebirgszügen aber auch an der Nordseeküste auf. Große Zellcluster mit 10 oder mehr Reflektivitätsmaxima werden fast ausschließlich in einem ~200 km breiten Streifen entlang der Nordseeküste gefunden.