Projekte

INVACODA

INcreasing the VAlue of Campaign Observations through Data Assimilation to advance convective predictability

Intensive Konvektion im Sommer vorherzusagen - insbesondere in komplexem Gelände - ist selbst für hochauflösende regionale numerische Wettervorhersagemodelle (NWP)eine Herausforderung. Der Vorhersagehorizont ist auch bei hochauflösenden, konvektionsfähigen Ensemble-Vorhersagesystemen auf wenige Stunden begrenzt. Hochaufgelöste Beobachtungen, z.B. Doppler-Wind-Lidare, das Netz der globalen Navigationssatelliten-Empfänger (GNSS) oder neuartige Wasserdampf-Profiler (DIAL) bieten ein neues, bisher ungenutztes Potenzial um die Vorhersagbarkeit und unser Verständniss von mesoskaligen konvektiven Prozessen zu verstehen.

Genau das ist das Ziel von INVACODA: Wir wollen erforschen, wie hochauflösende Beobachtungen die Vorhersagbarkeit verbessern können. Endweder, indem man sie operationell mitassimiliert, oder indem man durch ihre Auswertung die numerischen Modelle verbessert. Zu diesem Zweck will INVACODA die operationellen Analysen und Ensemblevorhersagen des DWD mit Beobachtungen aus Kampagnen zur sommerlichen Konvektion auswerten und "data impact" Experimente mit solchen hochaufgelösten Beobachtung durchführen. Die Ergebnisse sollen dabei helfen, die Beobachtungsstrategie für künftige Kampagnen zu verbessern. Außerdem wollen wir detaillierte Prozess- und Modellierungsstudien durchführen, um besser zu verstehen, wie Konvektion initiiert und intensiert wird.

INVACODA ist in das Italia-Deutschland Science-4-Services Netzwerk (IDEA S4S) eingebettet und arbeitet eng mit dem DWD, der Universität Bologna und dem Institut für Atmosphärenwissenschaften und Klima des Nationalen Forschungsrats Italiens zusammen. In beiden Ländern gibt es Regionen mit komplexem Terrain, die immer wieder von starken konvektiven Niederschlägen und Überschwemmungen betroffen sind. Wir hoffen daher, mit unseren Ergebnissen künftige Erweiterungen des Beobachtungsnetzes beider Länder anzuleiten und die Vorhersage von Konvektion über komplexem Gelände zu verbessern.

Zwei Promotionsprojekte im Rahmen des Projekts befassen sich mit den folgenden Forschungsfragen:

(1) Welche Prozesse auf welchen räumlichen und zeitlichen Skalen bestimmen, wie konvektive Ereignisse ausgelöst und intensiviert werden, und wie gut werden sie im konvektionsauflösenden Ensemblevorhersagesystem des DWD dargestellt?

(2) Können hochaufgelöste Beobachtungen der dynamischen und thermodynamischen Struktur der unteren Troposphäre in komplexem Gelände die Vorhersageunsicherheit verringern und die Ensemblevorhersage von hochwirksamen konvektiven Ereignissen verbessern, und wenn ja, welche Beobachtungen sind dafür am nützlichsten?

NAWDIC-MESO

The MESOscale thermodynamic structure near cold fronts and its role for embedded convection

High-impact weather (HIW), such as extreme surface precipitation and winds, is particularly prevalent during winter in the North Atlantic European region. HIW in extratropical cyclones (ETCs) is related to different atmospheric processes and interactions across various scales. Deep convection embedded in the cold frontal region of ETCs is one of the processes producing HIW and occurs on spatial scales of 10 to 100 km, the so-called mesoscale. The correct representation of mesoscale convective clusters is still one of the challenges in the current numerical weather prediction (NWP) systems. Thus, an improved understanding of processes leading to embedded convection and its mesoscale variability in the near-frontal region is required. An important role in triggering precipitation at the cold front (Raveh-Rubin and Catto 2019) or suppressing the convective activities (Morcrette et al. 2007, Russel et al. 2012) may be related to the dry intrusion (DI) airstream, which is a dry and cold airstream descending from the tropopause to the planetary boundary layer in ETCs.

In order to better understand the involved processes, the project NAWDIC-MESO (The  MESOscale thermodynamic structure near cold fronts and its role for embedded convection) aims to improve our understanding of the mesoscale structure of the cold frontal region, the interaction between the DI and the cold front, and its relation to deep convection from both Lagrangian and Eulerian perspectives. To address the research questions, we will make use of the observational data measured during the NAWDIC campaign with the aid of the KITsonde system onboard HALO and KITcube which will provide high-resolution profile measurement of thermodynamic and dynamic properties of the atmosphere during HIW. The observational component will be accompanied by synergistic analysis of operational NWP products as well as by high-resolution numerical modeling.