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The RMS TC-Rain Model

Grieser, Jürgen; Jewson, Steve

Meteorologische Zeitschrift Vol. 21 No. 1 (2012), p. 79 - 88

published: Feb 1, 2012

DOI: 10.1127/0941-2948/2012/0265

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ArtNo. ESP025012101008, Price: 29.00 €

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Abstract

Tropical-cyclone rain causes inland flooding, land-slides and mud-slides, and these perils are a risk for human life and property in areas prone to tropical cyclones. We describe a parameterized tropical-cyclone rain model which is simple enough to be run several hundred thousand times and hence can be used to estimate these risks. The model is based on climatological off-shore rain rates parameterized by R-CLIPER, but with a number of important improvements: the model takes into account rain enhancement due to orography and landfall; rain rates are spatially distributed to match the asymmetry of observed tropical cyclone rain, including rain bands and the effects of extratropical transition, and rain drift is parameterized as a function of wind speed. The model is calibrated with respect to observations of 358 US-landfalling tropical cyclones during the period 1948 to 2007. Although not designed for forecasting the model is then used to forecast the rainfall for six US-landfalling tropical cyclones in 2008 (the most recent active season) as an independent test. A statistical track set consisting of tracks of North-Atlantic tropical cyclones covering 100,000 years is used in order to estimate maps of return levels of tropical cyclone rain for the US mainland.

Kurzfassung

Die Niederschläge tropischer Wirbelstürme verursachen Überschwemmungen, Sturzfluten und Erdrutsche. Sie sind somit eine Gefahr für menschliches Leben und Eigentum. Wir stellen ein parameterisiertes Modell für den Niederschlag aus tropischen Wirbelstüurmen vor. Es ist einfach genug, so daß es mehrere hunderttausend mal angewendet werden kann und somit für Risikoabschätzungen verwendbar ist. Das Model basiert auf den klimatologischen Regenraten des Models R-CLIPER, geht aber durch die Parametrisierung zahreicher in R-CLIPER vernachlässigter Prozesse weit darüber hinaus. So wird die lokale Verstärkung des Niederschlags durch Orographie sowie die Änderung der Bodenrauhigkeit an der Küste parametrisiert. Typische räumliche Muster des Niederschlags tropischer Wirbelstürme, wie äussere Regenbänder, das Auge, Abweichungen von der Rotationssymmetrie und Extratropische Transition werden berücksichtigt. Gegeben die hohen Windgeschwindigkeiten in tropischen Zyklonen wird auch die Niederschlagsdrift parameterisiert. Das Modell ist anhand von 358 Wirbelstürmen kalibriert, die im Zeitraum von 1948 bis 2007 Niederschlag auf das US-amerikanische Festland gebracht haben. Obwohl das Modell nicht zur Vorhersage einzelner Stürme erstellt wurde, wurde es als unabhängiger Test für die Vorhersage des Niederschlags von sechs tropischen Wirbelstürmen verwendet, die im Jahr 2008 das US-amerikanische Festland heimsuchten. Ein 100.000 Jahre umfassender statistischer Datensatz von Zugbahnen tropischer Wirbelstürme im Nordatlantik wurde verwendet, um lokale Wiederkehrzeiten extremer Niederschläge in den USA zu schätzen.