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High-resolution assessment of the hail hazard over complex terrain from radar and insurance data

Kunz, Michael; Puskeiler, Marc

Meteorologische Zeitschrift Vol. 19 No. 5 (2010), p. 427 - 439

published: Oct 1, 2010

DOI: 10.1127/0941-2948/2010/0452

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Abstract

A new method for the assessment of the hail hazard in high spatial resolution and its application for Southwest Germany are presented. By applying a cell tracking algorithm to 3D radar data, tracks of severe hailstorms are detected and merged with loss data from a building insurance company. Besides the detection of hailstorm tracks between 1997 and 2007, maximum reflectivity is projected on a 10 km × 10 km grid and analyzed by extreme value statistics. In doing so, radar reflectivities are related to statistical return periods. The results confirm a high spatial variability of both track density and hail hazard. Accordingly, severe hailstorms occur most frequently, and consequently also with highest intensities, in the region south of Stuttgart, whereas hail activity is lowest over the Rhine valley and the low mountain ranges of the Black Forest and Swabian Jura. Based on a conceptual approach, it is discussed how spatial differences in hail incidence can be explained plausibly by low Froude number flow (Fr < 1) around the mountains of Black Forest and the northwestern edge of the Swabian Jura, which causes downstream horizontal convergence.

Kurzfassung

In der vorliegenden Arbeit werden eine neue Methode zur Abschätzung der Hagelgefährdung in hoher räumlicher Auflösung vorgestellt und Ergebnisse für den südwestdeutschen Raum präsentiert. Dabei werden einzelne Zugbahnen schwerer Hagelstürme aus 3D Radardaten mit Hilfe eines Zellverfolgungsalgorithmus bestimmt und mit Schadendaten einer Gebäudeversicherung abgeglichen. Neben der Detektion der Hagelzugbahnen im Zeitraum von 1997 bis 2008 wurden die maximalen Radarreflektivitäten auf ein Gitter der Größe 10 km × 10 km projiziert und mit Methoden der Extremwertstatistik analysiert. Damit können den Radarreflektivitäten statistische Wiederkehrperioden zugeordnet werden. Die Ergebnisse bestätigen, dass sowohl die identifizierten Zugbahnen der Hagelstürme im Mittel als auch die Hagelgefährdung erhebliche räumliche Variabilitäten aufweisen. Hagelstürme treten am häufigsten und mit den höchsten Intensitäten in der Region südlich von Stuttgart auf, während das Rheintal und die Mittelgebirge von Schwarzwald und Schwäbischer Alb erheblich seltener betroffen sind. Mit Hilfe eines konzeptionellen Ansatzes wird gezeigt, dass die räumliche Variabilität der Hagelereignisse mit Umströmungseffekten des südlichen Schwarzwalds und der nordöstlichen Kante der Schwäbischen Alb bei niedrigen Froudezahlen (Fr < 1) und einer damit verbundenen Strömungskonvergenz stromab plausibel erklärt werden kann.