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Evaluation of microphysical assumptions of the COSMO model using radar and rain gauge observations

Böhme, Tim; Van Lipzig, Nicole; Delobbe, Laurent; Goudenhoofdt, Edouard; Seifert, Axel

Meteorologische Zeitschrift Vol. 20 No. 2 (2011), p. 133 - 144

published: Apr 1, 2011

DOI: 10.1127/0941-2948/2011/0235

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Abstract

The exact forecast of precipitation is a challenge. New microphysics formulations were introduced recently into the COSMO model in order to improve the precipitation forecast. An important modification was the change from the autoconversion and accretion scheme following the Kessler (1969) formulation to the Seifert and Beheng (2001) scheme. The other main modification was implemented in the snow parameterisation by replacing the constant intercept parameter to a temperature dependent intercept parameter. These microphysics modifications are evaluated in detail in three case studies (one stratiform and two convective cases) by comparing the modelled and observed reflectivity and precipitation data. Comparisons to weather radar reflectivity data show that especially light to moderate precipitation forecast (< 20 dB) is improved. For the evaluation of the modelled precipitation, weather radar and rain gauge data are combined in order to get spatially high resolution data of high accuracy. For the quality analysis, the new error measure SAL (analysis of structure, amplitude and location) is used. The results show that the new microphysics formulations improve the precipitation amplitude forecast of up to 50% for the convective cases while the forecast for the stratiform case is not improved.

Kurzfassung

Die genaue Niederschlagsvorhersage ist eine Herausforderung. Neue mikrophysikalische Formulierungen wurden kürzlich im COSMO-Modell eingeführt, um die Niederschlagsvorhersage zu verbessern. Eine wichtige Änderung stellte die Umstellung des Autokonversions- und Wachstumsschemas von der Formulierung nach Kessler (1969) zur Formulierung nach Seifert und Beheng (2006) dar. Die andere wesentliche Änderung wurde in der Schnee-Parameterisierung umgesetzt, indem der konstante Interceptparameter durch einen temperaturabhängigen Interceptparameter ersetzt wurde. Diese mikrophysikalischen Änderungen werden durch Vergleich der modellierten und beobachteten Reflektivitäts- und Niederschlagsdaten in drei Fallstudien (ein stratiformer und zwei konvektive Fäalle) detailliert evaluiert. Vergleiche zu Wetterradarreflektivitäaten zeigen, daß sich insbesondere die Vorhersage von leichtem und moderatem Niederschlag (< 20 dB) verbessert. Für die Evaluierung des modellierten Niederschlags werden Wetterradar- und Bodenmeßdaten kombiniert, um Daten hoher räumlicher Auflösung und hoher Genauigkeit zu erhalten. Für die Qualitätsanalyse wird das neue Fehlermaß SAL (Analyse der Struktur, Amplitude und Lage) verwendet. Die Ergebnisse zeigen, daß die neuen mikrophysikalischen Formulierungen die Vorhersage der Niederschlagsamplitude in konvektiven Fäallen um bis zu 50% verbessern, wäahrend die Vorhersage im stratiformen Fall nicht verbessert wurde.