Axel Seifert und das HErZ-CC Team DWD Vortragsveranstaltung

Transkript

1 Hans-Ertel-Zentrum für Wetterforschung Themenbereich 3: HErZ-CC Clouds and Convection Axel Seifert und das HErZ-CC Team DWD Vortragsveranstaltung

2 Übersicht und Einleitung Einleitung Die HErZ-CC Arbeitsgruppe Ziele von HErZ-CC Aktivitäten in der Lehre Beantragte Drittmittelprojekte Die einzelnen HErZ-CC Teilprojekte und deren aktuelle Forschungsarbeiten Hans Ertel ( ) Exkurs: Statistisches Wolkenschema Zusammenfassung und Ausblick

3 rt Die HErZ-CC Arbeitsgruppe Prof. Bjorn Stevens (MPI Direktor) Malte Rieck Dr. Cathy Hohenegger Dr. Axel Seifert Vera Schemann Ann Kristin Naumann Dr. Verena Grützun Dr. Thijs Heus Dr. Linda Schlemmer Mirjana Sakradzija Status einer MPI Arbeitsgruppe HErZ-Projekt und 2 Doktoranden aus EMF Ritthik Bhattacharya

4 Ziele von HErZ-CC Aufgaben eines HErZ-Themenbereiches: Grundlagenforschung im Bereich Modellentwicklung und physikalische Parametrisierungen. Entwicklung von Methoden und Verfahren für die numerische Wettervorhersage, insbesondere für das Modellsystems des DWD. Beiträge zur Lehre in für Modellentwicklung und Parametrisierungen relevanten Themen. Einwerben von Drittmitteln in den genannten Themenbereichen.

5 HErZ-CC Forschung und Entwicklung Entwicklung von Prozessparametrisierungen und skalenadaptiven, stochastischen Verfahren zur Modellierung von Grenzschichtwolken und flacher bis hochreichender Konvektion unter Berücksichtigung Niederschlagsbildung Hierfür notwendige wissenschaftliche Arbeiten: Größenverteilung der Wolken, da ein skalenadaptives Konvektionschema spektral formuliert sein muss. Tagesgang der Konvektion über Land. Einfluß von Landoberflächenheterogenitäten. Lebenszyklus von Konvektionszellen. Übergang von flacher zu hochreichender Konvektion. Statistische Beschreibung der Phänomene in Form von Wahrscheinlichkeitsdichteverteilungen (probability density functions, PDFs). Skalenabhängigkeit aller relevanten Prozesse.

6 HErZ-CC Lehre Vorlesung Aerosol- und Wolkenphysik im Bachelor-Studiengang der Uni Hamburg (5. Semester). Unter besonderer Berücksichtigung von Parametrisierungen für die NWV. IMPRS Kurs Atmospheric Modeling, (Heus, Grützun). HErZ UCLA-LES Einführungskurs, (Heus, Hohenegger, Seifert, Rieck und Stevens), 15 Teilnehmer Internship Student von der Universität Wageningen, ab Jan 2012 Geplante Bachelorarbeiten 2012: - Parametrisierung wolkenmikrophysikalischer Prozesse bei hochaufgelösten Simulationen hochreichender Konvektion - Fallstudien zur Vorhersagbarkeit von Superzellen mit COSMO-DE und COSMO-DE EPS

7 HErZ-CC Drittmittel Ein Antrag eingereicht als Teil des BMBF Programms HD(CP) 2 High definition clouds and precipitation for advancing climate prediction Teilprojekt M5 HD(CP) 2 advanced hail and cirrus microphysics Ziel ist die Entwicklung von verbesserten mikrophysikalischen Parametrisierungen, insbesondere unter der Berücksichtigung von Hagel. Relevanz für den DWD: Dieses Projekt könnte auch zur numerischen Wettervorhersage von Hagelereignissen beitragen bzw. derartige Vorhersagen ermöglichen.

8 HErZ-CC Teilprojekte WP1 Exploratory Studies To explore forecast biases associated with the misrepresentations of parameterized boundary layer, clouds and convection in models with 1-10 km grid spacing Explicit vs parameterized convection. Focus on cold air outbreaks. Contribution to WGNE Greyzone project ECHAM, COSMO model and ICON Cold air outbreak

9 Meteosat HErZ-CC Teilprojekte WGNE Greyzone project: Cold air outbreak case study North Atlantic CAO, 31 January, 2010 Aircraft measurements available MetOffice responsible for setting up the case LES run as benchmark truth planned: - Get statistics of fluxes, humidity, temperature, 31 Jan 2010 clouds, Use this information to improve the representation of convection in coarser models Current work: 1 Feb 2010 How well are CAOs represented in ECHAM6? Comparison of climatologies from ERA-Interim and ECHAM6 CMIP5 (soon also ICON?). 2 Feb 2010

10 HErZ-CC Teilprojekte WP2 Cloud size distribution and process studies Quantification of the cloud size distribution Cloud dynamics and process parameterizations Rain formation in cumulus cloud fields Sub-cloud layer variability Current work: Cloud tracking in LES Water budget of clouds PDF cloud cover scheme

11 HErZ-CC Teilprojekte WP2 Cloud size distribution and process studies Cloud tracking is essential to our work Characterize properties and processes in individual cloud or cloud clusters, e.g. liquid water budget. condensation / evaporation for budget Simulation with Δx = 20 m Δx = 100 m

12 HErZ-CC Teilprojekte WP3 Variability and land-surface interactions Quantification of the cloud size distribution Heterogeneous surface conditions Transition to deep convection Diurnal cycle over land Land-atmosphere interactions (PhD) Stochastic boundary layer scheme (PhD jointly with WP2) Current work: Implementation of land-surface model Ice microphysics Simulation of diurnal cycle and transition to deep convection.

13 HErZ-CC Teilprojekte WP3 Variability and land-surface interactions Large-eddy simulation of the transition to deep convection. Cloud tops reach about 9000 m, reasonable transition, but needs further testing and evaluation.

14 HErZ-CC Teilprojekte WP3 Variability and land-surface interactions Organization of the cloud field? Is this controlling the timing of the transition? Is this controlling the precipitation amount? Snapshots of hydrometeor path (mm) as a function of time

15 HErZ-CC Zusammenfassung Lehre... läuft, Drittmittel... beantragt, Forschung... forscht; mehr Ergebnisse beim nächsten HErZ-Vortragstag.