Original paper
VAD winds from C band Ericsson Doppler Weather Radars
[VAD-Windbestimmung mit dem C-Band Doppler Wetterradar von Ericsson]
Andersson, Tage
Meteorologische Zeitschrift Vol. 7 No. 6 (1998), p. 309 - 319
20 references
published: Dec 15, 1998
Open Access (paper may be downloaded free of charge)
Abstract
The VAD (Velocity Azimuth Display) technique for retrieving winds from a single Doppler weather radar is well known as a robust and simple one, though still not used on its merits. Precipitation generally gives VAD winds, but it is less known that even in high latitudes during the warmer seasons the Doppler weatherradars of today record enough clear air echos to give wind profiles in the planetary boundary layer. There are, however, few verifications of VAD winds in general, and hardly any concerning clear air. In this paper mainly VAD winds from one Ericsson Doppler Weather Radar in Jonsered, Gothenburg (57.723° N, 12.172° E, 164 m above MSL) are compared to Radiosonde Winds (RAWINDs) from Landwetter (57.668° N, 12.296° E, 155 m above MSL). The sites are about 10 km apart, and the radiosonde is within the range used for theVAD (30 km). The VAD soundings were made each hour, and the radiosoundings every 6th (00, 06, 12 and 18 UTC). About seven months of data were available (9 Dec. 1994 to 14 Feb. 1995 and 28 Jun. to 30 Nov. 1995). The LORAN C system was used to retrieve the RAWINDs during the first period (Dec. 1994 to Feb. 1995), and the OMEGA system was used during the second period. The comparisons are made using the five standard pressure levels, 925, 850, 700, 500 and 400 hPa, corresponding to heights above MSL of about 750, 1450, 3000, 5600 and 7200 m. As overall results, the average differences, in m/s, between the VAD and RAWIND were largest at the lowest (geometrically) levels, and higher up more or less constant with height. This is remarkable, since the wind speed increases with height, and the relative differences thus decrease with height. As an example, the average of the magnitude of the wind vector differences was 3.2 m/s at 925 hPa, but about 2.8 m/s at the higher levels. The differences also tend to be somewhat larger for winds retrieved from clear air echos. In the planetary boundary layer during summer, that is up to about 800 hPa, the availability of VAD winds was about 90 %. The availability decreases with height, and at 400 hPa it was 15 % for the whole period. Comparisons are also performed between VAD winds and winds from a limited area model, HIRLAM.
Kurzfassung
Die Windbestimmung durch ein einzelnes Doppler-Wetterradar mittels VAD (Velocity Azimuth Display) ist eine bekannte und robuste Methode, obgleich diese Anwendung bisher wenig verbreitet ist. VAD-Winde lassen sich generell bei Niederschlag ableiten, dagegen ist weniger bekannt, daß in der warmen Jahreszeit (selbst in hohen Breiten) auch ohne Niederschlag ein hinreichend starkes Rückstreusignal (Klarluftechos) zu verzeichnen ist, welches die Bestimmung von Windprofilen in der planetaren Grenzschicht erlaubt. Bisher wurden allerdings nur wenige Untersuchungen zur Genauigkeit von VAD-Winden durchgeführt, insbesondere nicht für Fälle ohne Niederschlag. In dieser Arbeit wird vor allem ein Vergleich von mittels VAD-Technik abgeleiteten Winden eines in Jonsered, Gothenburg (57.723° N, 12.172° E, 164 m über NN) befindlichen Ericsson Doppler-Wetterradars mit Radiosondenwinden (RAWINDs) der Station Landwetter (57.668° N, 12.296° E, 155 m über NN) vorgenommen. Die beiden Orte haben einen Abstand von etwa 10 km, wobei die Radiosondenstation im durch die VAD-Methode abgedeckten Bereich (ca. 30 km) liegt. Die VAD-Sondierungen wurden stündlich durchgeführt, Radiosondenaufstiege fanden im Abstand von 6 Stunden (00, 06, 12 und 18 Uhr UTC) statt. Ein etwa sieben Monate langer Datensatz stand zur Verfügung (9. Dezember 1994 bis 14. Februar 1995 und 28. Juni bis 30. November 1995). Im ersten Zeitraum wurden die Radiosondenwinde mit Hilfe des LORAN-C Verfahrens bestimmt, im zweiten Zeitraum wurde das OMEGA System verwendet. Der Vergleich wird auf den fünf Standarddruckflächen 925, 850, 700, 500 und 400 hPa (entsprechend etwa 750, 1450, 3000, 5600 und 7200 m Höhe über NN) durchgeführt. Insgesamt ergab sich, daß die mittleren Differenzen (in m/s) zwischen VAD und RAWIND ein Maximum in den untersten Höhenbereichen aufwiesen und mit zunehmender Höhe etwa gleich blieben. Bemerkenswert ist die Abnahme der relativen Differenzen mit der Höhe, da die Windgeschwindigkeit im Regelfall mit der Höhe zunimmt. Beispielsweise betrug das Mittel der Vektordifferenzen des Windes in 925 hPa 3,2 m/s, im Gegensatz zu 2,8 m/s in größeren Höhen. Für Klarluftechos sind die Differenzen etwas höher. In der sommerlichen planetarischen Grenzschicht, also etwa bis zu einer Höhe von 800 hPa, beträgt die Verfügbarkeit der VAD-Winde etwa 90 %. Die Verfügbarkeit nimmt mit der Höhe ab und beträgt in 400 hPa etwa 15 % für den gesamten Zeitraum. Die VAD-Winde wurden außerdem mit simulierten Winden des Ausschnittsmodelles HIRLAM verglichen.
Keywords
Velocity Azimuth Display • air echos • wind vector difference • Niederschlag • Radiosondenwinde