Deutscher Wetterdienst GB Forschung und Entwicklung Parametrisierung der
Deutscher Wetterdienst GB Forschung und Entwicklung Parametrisierung der Verdunstung in einem 2 -Momenten-Schema Axel Seifert Deutscher Wetterdienst, Offenbach Geschäftsbereich Forschung und Entwicklung Referat FE 13 “Numerische Modelle” QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach
Evaporation of raindrops: A problem in convective rain Especially in convective precipitation the raindrop size distribution f(D) is highly variable and not necessarily exponential. A better description is a Gamma distribution: Zhang et al. (2001) measured μ vs. λ f(D) = N 0 Dμ exp(-λD) Problem: μ and N 0 are highly variable and have a strong impact on evaporation and sedimentation λ = λ(qr) in mm-1 high qr low qr Two-moment schemes do not necessarily solve (all) our problems! (see also Zhang et al. 2006) QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach
Evaporation of raindrops: Two-moment parameterization Liquid water content: …and something looking like a bulk ventilation coefficient Number concentration: DSD parameters: QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach
Evaporation of raindrops: An idealized ‘convective’ rain event Simulation using a 1 D rainshaft model with a homogenous cloud as initial condition. f(D) = N 0 Dμ exp(-λD) The shape of the raindrop size distribution can be parameterized as a function of the slope parameter with QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach Seifert (2005, JAS)
The shape parameter of the raindrop distribution Adding evaporation to the problem leads to more scatter in the µ-λ-relation. Using a µ-D-relation instead allows to distinguish large and small mean diameters • Low µ for D ≈ 1 mm: „breakup/coalescence regime“ • Large µ for D >> 1 mm: „gravitational sorting regime“ • Large uncertainty for small mean diameters: evaporation, gravitational sorting, … QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach Seifert (2007, submitted)
The size effect of evaporation Using the spectral bin model, an empirical parameterization of the size effect of evaporation can be derived: with QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach Seifert (2007, submitted)
Results of the revised two-moment scheme in a 1 D rainshaft model Comparison of the spectral bin and the two-moment bulk model for an strong rain event (rain rate R, mean diameter Dm and shape parameter µ) QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach Seifert (2007, submitted)
Deutscher Wetterdienst GB Forschung und Entwicklung COSMO 4. 0 mit 2 -Momenten-Mikrophysik Axel Seifert Deutscher Wetterdienst, Offenbach Geschäftsbereich Forschung und Entwicklung Referat FE 13 “Numerische Modelle” QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach
Seifert and Beheng two-moment scheme Prognostic equations for • mass densities • number concentrations of 5 different species • cloud droplets • rain drops • cloud ice • snow (aggregates) • graupel/hail QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach Seifert and Beheng (2006)
New Version by Blahak, Noppel, Beheng and Seifert Now with 6 different species • cloud droplets • rain drops • cloud ice • snow (aggregates) • graupel • hail Including a special treatment of hail formation and wet growth Complicated, expensive … and unpublished! QUEST-Meeting, 14. Dez. 2007, Offenbach
Arbeiten zum/am 2 -Momentenschema: Fallstudie 20. Juli 2007 Radar 3. 5 mm / 89 mm GSCP=4 2. 8 mm / 78 mm GSCP=2733 3. 3 mm / 81 mm precipitation in mm Hier ergibt das 2 -Momentenschema eine bessere Vorhersage der Sekundärkonvektion und damit des akkumulierten Niederschlags.
Arbeiten zum/am 2 -Momentenschema: Fallstudie 20. Juli 2007 Radar GSCP=4 3. 5 mm / 89 mm 2. 8 mm / 78 mm GSCP=4, µ=0 2. 7 mm / 60 mm GSCP=2733 3. 3 mm / 81 mm precipitation in mm Erhöht man im Graupelschema die Regentropfenverdunstung, so ergibt sich auch eine (etwas) stärkere Sekundärkonvektion.
Arbeiten zum/am 2 -Momentenschema: Fallstudie 20. Juli 2007 Radar GSCP=2713 3. 5 mm / 89 mm 3. 3 mm / 64 mm GSCP=2733 GSCP=2723 3. 3 mm / 81 mm 3. 5 mm / 73 mm precipitation in mm Das 2 -Momentenschema zeigt eine deutliche Sensitivität bzgl. der Variation der CCN-Konzentration (2713=clean, 2733=intermediate, 2723=polluted).
Arbeiten zum/am 2 -Momentenschema: Fallstudie 23. Juni 2007 Radar 4. 5 mm / 39 mm GSCP=4 2. 2 mm / 53 mm GSCP=2713 GSCP=2723 2. 5 mm / 59 mm 1. 8 mm / 46 mm precipitation in mm Das 2 -Momentenschema zeigt eine deutliche Sensitivität bzgl. der Variation der CCN-Konzentration (2713=clean, 2723=polluted).
Arbeiten zum/am 2 -Momentenschema: Fallstudie 10. Nov. 2007 Regnie 11. 8 mm / 86 mm GSCP=4 GSCP=2713 GSCP=2723 10. 7 mm / 114 mm 9. 7 mm / 124 mm 8. 4 mm / 73 mm precipitation in mm Das 2 -Momentenschema zeigt eine deutliche Sensitivität bzgl. der Variation der CCN-Konzentration (2713=clean, 2723=polluted).
- Slides: 15