Deutscher Wetterdienst

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Gerburg Waltz
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1 Deutscher Wetterdienst Ensemble Vorhersagen im Deutschen Wetterdienst: aktuelle Entwicklungen und Zukunftspläne S. Theis, C. Gebhardt, M. Buchhold, Z. Ben Bouallègue, R. Ohl, Marcus Paulat, C. Peralta, B. Ritter Deutscher Wetterdienst

2 COSMO-DE Ensemble: Kürzestfrist-Ensemble auf Basis des COSMO-DE Modells Mittelfrist Kurzfrist Kürzestfrist + 7 Tage Tage + 12 Stunden Warum ein Ensemble (EPS) für Kürzestfrist? Aufbau des COSMO-DE-EPS Was kann es (in Zukunft) leisten? Was kann es (momentan) nicht leisten? Ensemble-Pläne im DWD

3 Warum ein Ensemble für die Kürzestfrist? Motivation für ein COSMO-DE Ensemble (1) Modellverifikation, hier Verbesserung der Güte von Windprognosen von 1984 bis heute 2,3 2,1 Windgeschwindigkeit Kurzfristvorhersagen ( morgen 00, 06, 12, 18 UTC ) 1,9 rmse in m/s 1,7 1,5 1,3 d icke Linie: GM Z 3,3 Grenze der Vorhersagbarkeit erreicht 1,

4 Warum ein Ensemble für die Kürzestfrist? Motivation für ein COSMO-DE Ensemble (2) COSMO-DE ist ein Fortschritt im Bereich der modellierten Prozesse (Auflösung: konvektions-erlaubend) Vorhersagen des COSMO-DE sind zu gewissem Grade zufällig Modell täuscht auf der Gitterpunktsskala zu hohe Sicherheit bzw. Genauigkeit vor eine probabilistische / statistische Sichtweise ist notwendig, um den Modellfortschritt optimal zu nutzen Vorhersage von Niederschlag mm/3h

5 Warum ein Ensemble für die Kürzestfrist? Motivation für ein COSMO-DE Ensemble (3) Nutzer 1 Nutzer 2 Tag A Tag B Wer weiß mehr über die Wetterentwicklung?

6 Aufbau des COSMO-DE-EPS COSMO-DE COSMO-DE-EPS Variationen im Vorhersagesystem Maschenweite: 30 km 7 km 2.8 km ohne Parametrisierung hoch reichender Konvektion 50 vertikale Schichten Modelllauf alle 3 Stunden: + 21 h Ensemble Member

7 Aufbau des COSMO-DE-EPS Erzeugen der Ensemble Member Variationen im Vorhersagesystem zur Repräsentierung der Vorhersageunsicherheit Anfangsbedingungen Randbedingungen Modellphysik

8 Aufbau des COSMO-DE-EPS Erzeugen der Ensemble Member Variationen im Vorhersagesystem zur Repräsentierung der Vorhersageunsicherheit Anfangsbedingungen Randbedingungen Modellphysik Multi-Modell die verschiedenen Globalmodelle werden genutzt, um die COSMO-DE Anfangsbedingungen zu modifizieren Multi-Modell angetrieben von verschiedenen Globalmodellen Multi-Konfiguration verschiedene Konfigurationen des COSMO-DE Modells nicht stochastisch

9 Aufbau des COSMO-DE-EPS COSMO-DE-EPS 20 Member IFS IFS GME GME BC-EPS GFS GFS GSM GSM

10 Aufbau des COSMO-DE-EPS COSMO-DE-EPS + Variationen der Anfangsbedingungen Modellphysik Ensemble Kette GME, IFS, GFS, GSM COSMO 7 km BC-EPS COSMO-DE-EPS 2.8 km 50 vertikale Schichten Modellstart: 00, 03, 06,... Vorhersage: +21 Stunden prä-operationell seit 09.Dezember 2010

11 Deutscher Wetterdienst COSMO-DE-EPS Möglichkeiten und Grenzen

Was kann das COSMO-DE-EPS leisten aktuelle Produktpalette Produkttypen: Überschreitungswahrscheinlichkeiten für verschiedene Schwellenwerte Quantile Ensemble Mittel und Ensemble Spread, Max/Min

12 Was kann das COSMO-DE-EPS leisten aktuelle Produktpalette Produkttypen: Überschreitungswahrscheinlichkeiten für verschiedene Schwellenwerte Quantile Ensemble Mittel und Ensemble Spread, Max/Min EPSgramme Parameter: Niederschlag, Schnee, Windböen (10m) Temperatur (2m, inkl. 6h-Min/Max) Bezugs- und Akkumulationszeiten : 1h, 6h, 12h Räumliche Auflösung: original COSMO-DE Gitter (2.8 km) reduziertes Gitter 10 x 10 Gitterpunkte (28 km, nur Niederschlag)

13 Was kann das COSMO-DE-EPS leisten Wahrscheinlichkeitskarten + 13h + 10h % Wahrscheinlichkeit Schnee > 5 cm cm // 6 h + 7h Sommersaison!

SYNOP-Meldungen der Windgeschwindigkeit (Böen) Probabilistische

14 Was kann das COSMO-DE-EPS leisten Vergleich COSMO-DE mit COSMO-DE-EPS für eine Sturmvorhersage % m / s Deterministische COSMO-DE Vorhersage und SYNOP-Meldungen der Windgeschwindigkeit (Böen) Probabilistische COSMO-DE-EPS Vorhersage der Überschreitungswahrscheinlichkeit für VMAX_10M > 25 m/s (=90km/h)

15 Was kann das COSMO-DE-EPS momentan nicht leisten Was kann das COSMO-DE-EPS momentan nicht leisten? Fokus auf Niederschlag insbesondere für sommerliche Wetterlagen probabilistische Windvorhersage (Böen, Mittelwind) wichtiger Teil des EPS, bisher aber weniger beachtet Aus- / Einstrahlung, soweit Teil des Modelloutput, ebenso grundsätzlich denkbar... aber nicht Teil des Projektplans! Unsicherheit des Systems in vielen Fällen nicht ausreichend wiedergegeben, Beobachtungen liegen außerhalb des Ensembles OBS Member met. Parameter Systematische Modellfehler in COSMO-DE können nicht durch das EPS behoben werden

16 Was kann das COSMO-DE-EPS momentan nicht leisten Systematische Modellfehler in COSMO-DE können nicht durch das EPS behoben werden Beobachtungen und Wahrscheinlichkeit T2m (06 UTC) < -10 C % Wolkenvorhersage Probleme bei Simulation der Grenzschicht

17 Ensemble-Pläne im DWD COSMO-DE-EPS: Pläne für 2011 Zusammenarbeit mit Nutzern Evaluierungs-Phase: Feedback sammeln, Diskussion mit Nutzern, Schulung der Nutzer, Ensemble Produkte anpassen / hinzufügen / weglassen technische Aspekte momentan prä-operationeller Status, Verfügbarkeit gewährleisten Verifikation (ausreichender Datensatz) weitere Entwicklungen vorantreiben (nächste Folie)

18 Ensemble-Pläne im DWD COSMO-DE-EPS: Pläne für Upgrade auf 40 Member Redesign Geht einher mit Upgrade des DWD Supercomputers 2011 operationeller Status 2012 statistisches Postprocessing 2013 Anfangsstörung über LETKF Randwerte aus ICON Ensemble

19 Ensemble-Pläne im DWD COSMO-DE (-EPS) Modell-Entwicklung hier: vertikale Modellauflösung in Bodennähe EU DE DE, geplant Operationelle Einführung: 2011

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