Original paper

Spatial characteristics of radar-derived convective rain cells over southern Israel

Karklinsky, Matan; Morin, Efrat

Meteorologische Zeitschrift Vol. 15 No. 5 (2006), p. 513 - 520

published: Nov 17, 2006

DOI: 10.1127/0941-2948/2006/0153

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Abstract

Weather radar data contain detailed information about the spatial structures of rain fields previously unavailable from conventional rain gauge networks. This information is of major importance for enhancing our understanding of precipitation and hydrometeorological systems. This study focuses on spatial features of convective rain cells in southern Israel where the climate ranges from Mediterranean to hyper-arid. Extensive data bases from two study areas covered by radar systems were analyzed. Rain cell features were extracted such as center location, area, maximal rain intensity, spatial integral of rain intensity, major radius length, minor radius length, ellipticity, and orientation. Rain cells in the two study areas were compared in terms of feature distributions and the functional relationships between cell area and cell magnitude, represented by maximal rain intensity and spatial integral of rain intensity. Analytical distribution functions were fitted to the empirical distributions and the log-normal function was found to fit well the distributions of cell area, maximal rain intensity and major and minor radius lengths. The normal distribution fits well ellipticity empirical distribution, and orientation distribution was well-represented by the normal or uniform distribution functions. The effect of distance from the Mediterranean coastline on cell features was assessed. A maximum of cell rain intensity at the coastline and maximum cell density 15 km inland from the coastline were found. In addition, a gradual change of cell orientation was observed with a northwest-southeast orientation 30 km from the coastline at the Mediterranean Sea and to almost a west-east orientation 30 km from the coastline inland.

Kurzfassung

Wetterradardaten enthalten detailierte Informationen über die räumlichen Strukturen von Regengebieten, die bisher von konventionellen Messnetzen nicht zur Verfügung standen. Diese Informationen sind von großer Bedeutung für die Verbesserung unseres Verständnisses vom Niederschlag und hydrometeorologischer Systeme allgemein. Diese Studie konzentriert sich auf die räumlichen Eigenschaften konvektiver Regenzellen in Südisrael, wo das Klima von mediterran bis hyper-arid reicht. Umfangreiche Datenbanken aus zwei von Radarsystemen überwachten Untersuchungsgebieten wurden ausgewertet. Dabei wurden Eigenschaften von Regenzellen wie Zentrumslage, Fläche, maximale Regenintensität, räumliches Integral der Regenintensität, Hauptradiuslänge, kleine Radiuslänge, Elliptizität und Lage aus den Daten extrahiert und bestimmt. In beiden Untersuchungsbereichen wurden Regenzellen bezüglich ihrer Haupteigenschaften und den funktionalen Beziehungen zwischen Zellengröße (Mächtigkeit) und Fläche, dargestellt durch maximale Regenintensität und räumliches Integral der Regenintensität, miteinander verglichen. Analytische Verteilungsfunktionen wurden auf die empirischen Verteilungen hin angepasst und die Lognormalfunktion, welche die Verteilungen des Zellenbereichs, der maximalen Regenintensität und der Haupt- und kleinen Radiuslängen wiedergibt, wurde ermittelt. Die Normalverteilung gibt die Elliptizität gut wieder, empirische Verteilung und Lagebestimmung wurden durch die Normalverteilungs- oder die Einheitsverteilungsfunktion ebenfalls gut dargestellt. Der Einfluss des Abstandes von der Mittelmeerküste auf die Zelleigenschaften wurde bestimmt. Die Untersuchungen ergaben ein Maximum der Regenintensität innerhalb der Zellen auf Höhe der Küstenlinie und eine maximale Zellendichte 15 Kilometer landeinwärts. Darüberhinaus wurde eine stufenweise Änderung der Zellenausrichtung von einer ursprünglich Nordwest/Südostlage über dem Meer bei 30 Kilometer Abstand zur Küstenlinie zu einer fast West/Ostlage 30 Kilometer landeinwärts beobachtet.