Original paper

A pragmatic approach for downscaling precipitation in alpine-scale complex terrain

Früh, Barbara; Schipper, Janus Willem; Pfeiffer, Andreas; Wirth, Volkmar

Meteorologische Zeitschrift Vol. 15 No. 6 (2006), p. 631 - 646

published: Dec 20, 2006

DOI: 10.1127/0941-2948/2006/0137

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ArtNo. ESP025011506006, Price: 29.00 €

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Abstract

A statistical method is presented to downscale precipitation from a mesoscale atmospheric model simulation. The algorithm consists of two steps. First, local subscale variability is estimated based on a high resolution observed climatology. Second, there is a bias correction, which constrains the downscaled model climatology to be equal to the observed climatology on the coarse grid. Combining both steps results in a local scaling factor for each day of the climatological year. The method is applied to the upper Danube catchment which encompasses part of the European Alps and which is characterized by highly complex orography. The subgrid-scale variability described by the first part of the algorithm partly reflects the underlying orography, especially the narrow alpine valleys. The bias correction leads to a redistribution of precipitation on the catchment scale and accounts for the model deficiency producing too much precipitation in the inner alpine regions and too little at the edges of the Alps. An evaluation with regard to the simulated and observed daily precipitation indicating the significant potential of the method is presented.

Kurzfassung

Der simulierte Niederschlag eines mesoskaligen atmosphärischen Modells wird mittels einer statistischen Methode skaliert. Der verwendete Algorithmus besteht aus zwei Teilen: Zunächst wird die subskalige Variabilität mit Hilfe einer hochaufgelösten, beobachteten Klimatologie abgeschätzt. Anschließend wird eine Bias-Korrektur ausgeführt, welche die skalierte Modell-Klimatologie an die beobachtete Klimatologie auf dem gröberen Gitter anpasst. Die Kombination beider Schritte führt zu einem lokalen Skalierungsfaktor für jeden Tag des klimatologischen Jahres. Diese Methode wird auf das Einzugsgebiet der oberen Donau angewendet, welches einen Teil der europäischen Alpen umfasst und durch eine äußerst komplexe Orographie charakterisiert ist. Die subskalige Variabilität, welche durch den ersten Teil des Algorithmus beschrieben wird, spiegelt teilweise die darunterliegende Orographie wieder. Besonders deutlich ist dies in den engen Alpentälern sichtbar. Die Bias-Korrektur führt zu einer Umverteilung des Niederschlags im gesamten Einzugsgebiet und berücksichtigt die Modellunzulänglichkeit zu viel Niederschlag im inneren und zu wenig Niederschlag am Rand der Alpen zu simulieren. Eine Evaluation dieser Methode im Bezug auf den simulierten und beobachteten täglichen Niederschlag wird vorgestellt. Diese Evaluation zeigt das erhebliche Potenzial der Methode.