Wetterradar (WXR): Konvektion im Remote/AUTO-METAR

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1 Wetterradar (WXR): Konvektion im Remote/AUTO-METAR Herausforderungen für die radar-basierte automatische Erfassung von konvektiven Ereignissen im Alpenraum im Bereich der Luftfahrt. ÖGM-DMG Fortbildungstag / Flugmeteorologie 25.Nov.2016, Hall i.t Rudolf Kaltenböck DIESER METEOROLOGIE TEXT DIENT DER NAVIGATION

2 Inhalt Hochreichende Konvektion Luftfahrt Gewitter im Alpenraum Remote/AUTOMETAR Konvektion Zukünftige Entwicklungen 2 / 15

3 Gewitter Luftfahrt - Sicherheit Vereisung Blitzschlag Turbulenz / Windscherung Sicht Hagel Starkniederschlag, Sicht

4 Gewitter Luftfahrt Sicherheit Notlandung Denver WXR - Hagel WXR Lücke schließt sich Reeves, 2015

5 Gewitter Luftfahrt Sicherheit Notlandung Denver WXR - Hagel ATM Behinderungen nicht in unmittelbarer Flughafenumgebung Reeves, ATM Air Traffic Management

6 Gewitter Luftfahrt Sicherheit Hagelschaden Reiseflughöhe FL340 rasche Gewitterintensivierung +5 min 6

7 Gewitter Luftfahrt - Wirtschaftlichkeit Gewitter stören Anflug Wien-Schwechat sowie Überflug Holding Holding Holding Linz Flugzeugtrajektorien 10 min Wetterradar 5min Reflektivität > 35 dbz Kaltenboeck, 2012 Umrouten Graz Holding Holding 7 /66 Klagenfurt Starkgew

8 Gewitter Luftfahrt - Wirtschaftlichkeit Gewitter stören Anflug Wien-Schwechat sowie Überflug (Holding, Umrouten) Vienna Airport (LOWW)

9 Gewitter im Alpenraum räumliche Verteilung Radarreflektivität>54dBZ geringe Labilität starke vertikale Windscherung Kaltenboeck, 2015 Kaltenboeck+Steinheimer, 2015

10 Gewitter im Alpenraum räumliche Verteilung Radarreflektivität>54dBZ geringe Labilität geringe vertikale Windscherung Kaltenboeck, 2015 Kaltenboeck+Steinheimer, 2015

11 Gewitter im Alpenraum Tagesgang: Anzahl Gewitterzellen - Alpen starke vertikale Windscherung geringe SFC-500hPa Zellen mit Reflektivität>54dBZ Kaltenboeck+Steinheimer, 2015

12 Gewitter im Alpenraum Tagesgang: Anzahl Gewitterzellen -Flachland Zellen mit Reflektivität>46dBZ starke vertikale Windscherung geringe Kaltenboeck+Steinheimer, 2015

13 Radarprodukte - Gewitter Reflektivität Blitzaktivität LOWW-50km / 3km / Kaltenboeck+Steinheimer, 2015 Monitoring Blitzsensorqualität

14 Blitzmonitoring mittels WXR-Reflektivität LOWW-50km / 3km LOWK LOWW Counts lightning 11.8dBZ Counts lightning total % Lightning without reflectivity Counts lightning 11.8dBZ Counts lightning total % Lightning without reflectivity Juni Juni *( Juli Aug Sep Juni **( **( 1-8. Juli *( Juni 2014 sensor upgrade North-Italy **( Juni 2015; antenna fault sensor Fürstenfeld LOWW Flughafen Wien-Schwechat

15 Radarprodukte Reflektivität [dbz] MaxProjektion-CAPPI

16 Radarprodukte Echotop(14dBZ)-Höhe in km Zellstrukturverlust + Strahlaufweitung mit zunehmender Entfernung zum WXR

17 Radarprodukte Reflektivität [dbz] MaxProjektion-CAPPI

18 Radarprodukte VIL (Vertical Integrated Liquid) kg/m² VIL reduziert aufgrund orographischer Abschattungen in unteren Bereichen und für große Radarreichweiten

19 Datenqualität Verfügbarkeit - Ausfall Radarabdeckung Orograph. Abschattung Nichterfassung unterhalb/oberhalb WXR Kalibrierung und Netzwerk-Homogenisierung Vergleichsstudien: Einzelradar Österreich/ Nachbarstaaten, Bodenniederschlagsmesser, Disdrometer, Sonne, Vertikalradar MRR, Bright Band Interferenzen Störsignale: RLAN, WXR, Sonne Nichtmeteorolog. Echos: Groundclutter, Windpark, biolog. Echos,. Ausbreitungsdämpfung sonstige Radarfehler für die Niederschlagsefassung: Tropfengröße>5mm, Tropfenverteilung, Aggregatzustand, Strahlfüllung, Strahlausbreitungseffekte, Strahlaufweitung, Z-R Beziehung, Second Trip, Wind, Verdunstung, Scan/Datenprozessierung,.

20 Konvektion im Remote/Auto METAR Verwendung 2D Reflektivität (MaxCAPPI) Stratiforme Fronten Winter Brightband mit hohen Reflektivitäten darf nicht als CB/TCU erfasst werden Brightband nicht korrigiert zur Erfassung der Vereisungsgefahr 50% aller Radarbilder an diesem Tag führen zu Reflektivitäten> 34dBZ im Bereich Salzburg/Oberösterreich METAR Meteorological Terminal Air Report

21 Konvektion im Remote/Auto METAR Verwendung 2D Reflektivität (MaxCAPPI) Stratiforme Fronten Winter Brightband Duale Polarisation: WXR Rauchenwarth, 2012-Dez SN PL FZRA RA Kaltenboeck+Ryzhkov, 2016 Kaltenbeock, 2016

22 Konvektion im Remote/Auto METAR Cumulonimbus Konvektionserkennung robuster durch Verwendung von 3D Radardaten

23 Konvektion im Remote/Auto METAR CAPPI Level 3-4km unterstes Niveau für vollständige Radarerfassung über den Alpen

24 Konvektion im Remote/Auto METAR Towering Cumulus Foto: G.Fletzer

25 Konvektion im Remote/Auto METAR WXR: CB, TCU, Blitzcheck Blitzdaten: TS, VCTS, CB

26 Wintergewitter LOWx Blitzcheck/CB-TCU Erfassung mittels WXR LOWx alle internat. Flughäfen in Österreich - Blitzüberprüfung mittels WXR auch im Winter möglich da Blitzentladungen in Verbindung mit Reflektivitäten auftreten - nicht alle Blitzentladungen werden zusätzlich mittels WXR als CB(TCU) erfasst. Posch, 2016

27 Konvektion im Remote/Auto-METAR Sensorfusion: Bayes Netzwerk Kaltenboeck et al., 2013 SAT-IR SAF-CTH Extrapolation STRAT/KONV 29

28 Datenqualität ohne Interpolation CAPPI Lücken durch Scan Zellobjekte getrennt

29 Datenqualität RLAN Störsender W Sektor hochreichend gestört RLAN Radio Local Area Network (z.b. WLAN)

30 Datenqualität RLAN erfasst mehrere Elevationen falsche CB Erkennung!

31 Datenqualität RLAN Filter SQI Für geringe SQI (Signal Qualitäts Index aus der Dopplermessung) Werte wird die Reflektivität zensuriert

32 Datenqualität Dämpfung: Regenschauer - Radome Abhilfe: - Composite - duale Polarisation 34

33 Datenqualität Restclutter + Windparks in der Umgebung Wien-Schwechat

34 Datenqualität Windparks Reflektivität: Zellstrukturen falsch/gestört Dopplerwind: gestört für Windscherungsdetektion 36

35 Windscherungswarnung z.b.: Bow Echo 37 / 164

36 Windscherungswarnung Bow Echo - Gustfrontdetektion 38 / 164

37 Windscherungswarnung Gustfront + Downbursterkennung KDP zusätzlich hohe Reflektivität Konvergente/Divergente Dopplerwindstruktur hohe differentielle Phase (KDP) als Indiz für starken Niederschlag

38 Hagel Hydroklassifikation Verwendung dual polarisierter Momente WXR RAU PPI th Aug Reported hail size: 4 cm Kaltenboeck et al., 2013 Kaltenboeck + Ryzhkov, 2013

39 Radarextrapolation Wahrscheinlichkeit - STEPS PNOWWA SESAR-H2020 STEPS Short Term Ensemble Prediction System Ari-Matti et al.,

40 Radarextrapolation Wahrscheinlichkeit - STEPS PNOWWA SESAR-H2020 STEPS Short Term Ensemble Prediction System Ari-Matti et al.,

41 Radarextrapolation Qualität/Wahrscheinlichkeit - TREC Unterschiedliche Verlagerungsvektoren für unterschiedliche Mustererkennungsbereiche TREC tracking radar echoes by correlation Kaltenböck et al., 2010

42 Konvergenzlinien schwierig automatisch zu erfassen/interpretierbar Nördlich vorbeiziehendes Gewitter bewirkt durch Kaltluftausfluss Winddrehung (von Süd auf Nord) am Flughafen Wien-Schwechat Radarstandort Reflektivität radiale Dopplergeschwindigkeit

43 Danke für Ihre Aufmerksamkeit ÖGM-DMG DIESER TEXT Fortbildungstag DIENT DER NAVIGATION / Flugmeteorologie 25.Nov.2016, Hall i.t