Original paper

A gridded dataset of hourly precipitation in Germany: Its construction, climatology and application

Paulat, Marcus; Frei, Christoph; Hagen, Martin; Wernli, Heini

Meteorologische Zeitschrift Vol. 17 No. 6 (2008), p. 719 - 732

published: Dec 9, 2008

DOI: 10.1127/0941-2948/2008/0332

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Abstract

A so-called disaggregation technique is used to combine daily rain gauge measurements and hourly radar composites in order to produce a dataset of hourly precipitation in Germany on a grid with a horizontal resolution of 7 km for the years 2001-2004. This state-of-the-art observation-based dataset of precipitation has a high temporal and spatial resolution and will be extended continuously during the upcoming years. Limitations of its quality, which are due to intrinsic problems with observing the highly variable field of precipitation, are discussed and quantified where possible. The dataset offers novel possibilities to investigate the climatology of precipitation and to verify precipitation forecasts from numerical weather prediction models. The frequency of hourly precipitation in Germany above the detection limit of 0.1 mm/h amounts to 10-30 % in winter, with clear maxima in the mountainous regions, and to 6-20 % in summer, when the spatial variability is considerably reduced. The 95th percentile of the frequency distribution is significantly larger in summer than in winter, with local maxima in the mountainous regions in winter, and in the Alpine Foreland and upper Elbe catchment in summer. It is shown that the operational model COSMO-7 with a horizontal resolution of 7 km captures the geographical distribution of the frequency and of the 95th percentile of hourly precipitation in Germany very well. In contrast, the model is not able to realistically simulate the diurnal cycle of precipitation in any region of Germany during summer.

Kurzfassung

Mit Hilfe einer sogenannten Disaggregierung werden tägliche Niederschlagsmessungen und stündliche Radarkomposits kombiniert, um einen stündlichen Niederschlagsdatensatz in Deutschland für die Jahre 2001-2004 auf einem Gitter mit einer horizontalen Auflösung von 7 km zu erstellen. Dieser Datensatz hat eine hohe zeitliche und räumliche Auflösung und wird in den nächsten Jahren fortlaufend ergänzt. Die Qualität des Datensatzes, die von den intrinsischen Problemen bei der Messung des stark variablen Niederschlagsfeldes betroffen ist, wird diskutiert und wo möglich quantifiziert. Der Datensatz bietet neue Möglichkeiten zur Untersuchung klimatologischer Aspekte des Niederschlags und zur Verifikation von Niederschlagsvorhersagen von numerischen Modellen. Die Häufigkeit stündlicher Niederschläge oberhalb der Messgrenze von 0,1 mm/h beläuft sich in Deutschland auf 10-30 % im Winter (mit klaren Maxima in den Mittelgebirgsregionen und im Alpenvorland) und auf 6-20 % im Sommer (mit einer deutlich reduzierten räumlichen Variabilität). Das 95-ste Perzentil der Verteilung des stündlichen Niederschlags ist im Sommer deutlich grösser als im Winter. Im Winter zeigen sich lokale Maxima des 95-sten Perzentils in den Gebirgsregionen und im Sommer im Alpenvorland und oberen Einzugsgebiet der Elbe. Das operationelle Modell COSMO-7 mit einer horizontalen Auflösung von 7 km erfasst die geographische Variabilität der stündlichen Niederschlagshäufigkeit und des 95-sten Perzentils der Verteilung gut. Im Gegensatz dazu ist das Modell in keiner Region Deutschlands in der Lage, den Tagesgang des Niederschlags im Sommer realistisch zu simulieren.