Original paper

Post-frontal shower cells in the COSMO-DE model. A comparison with radar measurements

Herbort, Florian; Etling, Dieter

Meteorologische Zeitschrift Vol. 20 No. 2 (2011), p. 217 - 226

published: Apr 1, 2011

DOI: 10.1127/0941-2948/2011/0214

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ArtNo. ESP025012002012, Price: 29.00 €

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Abstract

The NWP model COSMO-DE is run operationally at the German Meteorological Service (Deutscher Wetterdienst, DWD) with a horizontal grid size of 2.8 km. Due to the high resolution the COSMO-DE model has no parameterization of the deep moist convection, so that the model must resolve the macrostructure of convective phenomena explicitly. This study analyses post-frontal rain areas of COSMO-DE model simulations with respect to their spatial and temporal structure. The same analysis is applied to the RZ product, a radar composite of the German Meteorological Service, for comparison. Ensemble properties like rain area size distribution and mean life cycle of shower cells have been analysed. The examined properties are based on different former investigations, that use radar measurements to characterize the structure of postfrontal rain areas. By comparing the statistical properties of rain cells as obtained from radar observations and model simulations one gets a first impression of model performance concerning precipitation forecast under convective situations. Basically the ensemble properties arising from the radar measurements also apply to the COSMO-DE simulations. Slight differences are related to the intensity of the rain areas or are connected to the different spatial resolution of the two datasets. Our analysis differs from usual model verifications, where ground based rain measurements are compared with precipitation forecasts over larger areas and time intervals.

Kurzfassung

Das numerische Wettervorhersagemodell COSMO-DE wird vom Deutschen Wetterdienst (DWD) operationell mit einer horizontalen Gitterweite von 2.8 km betrieben. Aufgrund der hohen Auflösung hat das COSMO-DE keine Parametrisierung der hochreichenden Feuchtkonvektion, so dass es die Makrostruktur von konvektiven Phänomenen explizit auflösen muss. Diese Arbeit befasst sich mit der Analyse von postfrontalen Regengebieten in COSMO-DE Simulationen hinsichtlich ihrer räumlichen und zeitlichen Struktur. Zum Vergleich wird dieselbe Analyse durchgeführt mit dem sogenannten RZ-Produkt, ein Datensatz des Radarverbundes des Deutschen Wetterdienstes. Merkmale, die das Ensemble der post-frontalen Regengebiete beschreiben, werden analysiert. Dazu gehören u.a. die Größenverteilung, sowie die mittleren Lebenszyklen der Schauerzellen. Die untersuchten Merkmale basieren auf verschiedenen früheren Studien, welche Radarmessungen nutzten, um die Struktur von post-frontalen Regengebieten zu charakterisieren. Durch den Vergleich der statistischen Merkmale der Regengebiete, wie sie durch Radarbeobachtungen und Modellsimulationen gewonnen worden sind, erhält man einen ersten Eindruck der Modellgüte hinsichtlich der Niederschlagsvorhersage bei konvektiven Situationen. Im Wesentlichen sind die Ensemble-Merkmale, die sich aus den Radarmesssungen ergeben, auch auf die COSMO-DE Simulationen übertragbar. Geringe Unterschiede gibt es bei der Intensität der Regengebiete oder hängen mit der unterschiedlichen Aufoösung der beiden Datensätze zusammen. Unsere Analyse unterscheidet sich von gewöhnlichen Modell-Verifikationen, in denen bodengestützte Regenmessungen mit Niederschlagsvorhersagen von großen Gebieten und Zeitintervallen verglichen werden.