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Verification of precipitation from regional climate simulations and remote-sensing observations with respect to ground-based observations in the upper Danube catchment

Früh, Barbara; Bendix, Jörg; Nauss, Thomas; Paulat, Marcus; Pfeiffer, Andreas; Schipper, Janus W.; Thies, Boris; Wernli, Heini

Meteorologische Zeitschrift Vol. 16 No. 3 (2007), p. 275 - 293

published: Jun 21, 2007

DOI: 10.1127/0941-2948/2007/0210

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Abstract

An evaluation of precipitation fields for four selected months simulated by the regional climate model AtmoMM5 and provided by the satellite retrieval method AtmoSat is presented. As reference, observations at 5 km resolution on a daily and monthly basis are used. We applied conventional verification tools (root mean square error, grid-point based categorical error scores, etc.) as well as the new error score SAL, which separately considers aspects of the structure, amplitude and location of the precipitation field in a predefined area. We also discussed the advantages and disadvantages of each of the scores. The aim of our evaluation was to unfold the strengths and weaknesses of AtmoMM5 and AtmoSat to calculate daily and monthly high resolution precipitation. As a result we found that the catchment averaged monthly mean precipitation is simulated with an acceptable accuracy by both methods. The spatial pattern of the monthly precipitation (typically with a precipitation maximum in the alpine foreland) can only be reproduced by AtmoMM5. Regarding the daily precipitation, our evaluation revealed that both methods still need improvement. The deviations to the observations increase with decreasing precipitation amount resulting in large uncertainties in case of very dry conditions. Overall, we can conclude that AtmoMM5 is better suited to simulate precipitation at 5 km resolution on a daily basis than AtmoSat.

Kurzfassung

Diese Studie beschreibt eine Evaluation der Niederschlagsfelder am Beispiel von vier ausgewählten Monaten, welche zum einen mit dem regionalen Klimamodell AtmoMM5 simuliert und zum anderen von der fernerkundlichen Methode AtmoSat bereitgestellt wurden. Als Referenz dienen Beobachtungen mit 5 km Auflösung auf täglicher und monatlicher Basis. Es wurden sowohl konventionelle Verifikationsmethoden (mittlere quadratische Abweichung, gitterpunkt basierte kategorische Fehlermaße, usw.) als auch das neue Fehlermaß SAL verwendet. SAL berücksichtigt Aspekte der Struktur, Amplitude und Position des Niederschlagsfeldes in einem definierten Gebiet jeweils unabhängig. Desweiteren werden die Vor- und Nachteile der verwendeten Fehlermaße diskutiert. Das Ziel dieser Evaluation war die Stärken und Schwächen von AtmoMM5 und AtmoSat aufzudecken, mit welchen die Modelle den täglichen und monatlichen Niederschlag mit hoher räumlicher Auflösung berechnen. Als Ergebnis lässt sich zusammenfassen, dass der monatliche Niederschlag gemittelt über das Einzugsbiet von beiden Methoden mit akzeptabler Genauigkeit simuliert wird. Das räumliche Muster des Monatsniederschlags (typischerweise mit einem Niederschlagsmaximum im Alpenvorland) kann jedoch nur von AtmoMM5 reproduziert werden. Bezüglich des täglichen Niederschlags ergab sich aus der Evaluation, dass für beide Verfahren weiterhin Verbesserungsbedarf besteht. Die Abweichungen zu den Beobachtungen steigen mit abnehmender Niederschlagsmenge. Dies resultiert in großen Unsicherheiten im Fall von sehr trockenen Bedingungen. Allgemein kann festgehalten werden, dass AtmoMM5 besser geeignet ist den täglichen Niederschlag mit 5 km Auflösung zu simulieren alsAtmoSat.