Original paper

Further investigation on adjoint sensitivity of surface precipitation to initial conditions

Mahfouf, Jean-François; Bilodeau, Bernard

Meteorologische Zeitschrift Vol. 16 No. 6 (2007), p. 595 - 605

published: Dec 17, 2007

DOI: 10.1127/0941-2948/2007/0244

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ArtNo. ESP025011606002, Price: 29.00 €

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Abstract

The adjoint version of the Canadian global numerical weather prediction model including moist physical parameterizations is used to investigate the sensitivity of surface precipitation to initial conditions. This study complements results shown in a previous paper by Mahfouf and Bilodeau (2007). The importance of the dynamics is examined by considering the sensitivity in terms of streamfunction and velocity potential. The contribution of the divergence field to the sensitivity produced by the dynamics dominates at the beginning of the adjoint integration. The adjoint sensitivity of surface precipitation is compared to the sensitivity of a diagnostic function defined by the integrated water vapour in rainy areas. This comparison provides useful information on the relevance of the "1D+4D-Var" methodology for the variational assimilation of rainfall observations. Finally, a set of 8 additional case studies is examined in order to increase the confidence in our previous conclusions obtained for two meteorological systems. The validity of the tangent-linear approximation is case dependent but in average is better for mid-latitude than for tropical regions. The dominance of the initial temperature field on surface precipitation is confirmed for all systems.

Kurzfassung

Die adjungierte Version des kanadischen globalen numerischen Wettervorhersagemodells, die physikalische Parametrisierungen der Feuchte enthält, wird benutzt, um die Sensitivität des Niederschlags an der Landoberfläche in Bezug auf die Anfangsbedingungen zu untersuchen. Diese Studie ergänzt die Ergebnisse einer früheren Arbeit von Mahfouf und Bilodeau (2007). Der Einfluss der Dynamik wird untersucht, indem die Sensitivität der Stromfunktion und des Geschwindigkeitspotenzials betrachtet wird. Der Beitrag des Divergenzfeldes zu der Sensitivität, der von der Dynamik hervorgerufen wird, dominiert zu Beginn der adjungierten Integration. Die adjungierte Sensitivität des Niederschlags an der Landoberfläche wird verglichen mit der Sensitivität einer diagnostischen Funktion, die durch den integrierten Wasserdampfgehalt in Regengebieten definiert ist. Dieser Vergleich liefert nützliche Information über die Relevanz der 1D+4D-Var-Methode für die Variations-Assimilation von Niederschlagsbeobachtungen. Schliesslich wird eine Gruppe von acht zusätzlichen Fallstudien untersucht, um die Verlässlichkeit unserer früheren Schlussfolgerungen, die für zwei meteorologische Systeme erhalten wurden, zu erhöhen. Die Gültigkeit der tangenten-linearen Näherung ist fallabhängig, ist aber im Mittel für mittlere Breiten besser als für tropische Regionen. Die Dominanz des Temperaturfelds der Anfangsbedingungen gegenüber dem Niederschlag an der Landoberfläche wird für alle Systeme bestätigt.