Globale tägliche Niederschlagsanalysen zur Validierung von mittelfristigen Klimaprognosen

Von zentraler Bedeutung für den Entwicklungsprozess des MiKlip Systems ist die Daten- und prozessbasierte Validierung des Systems zur dekadischen Vorhersage während der drei Entwicklungsstufen von MiKlip. Darüber hinaus basiert die Generierung der dekadischen Vorhersage auf einem Ensemble Ansatz, welcher die Bestimmung von geeigneten probabilistischen Informationen aus den verschiedenen Realisierungen der Ensemble-Simulationen durch statische Nachbearbeitung erfordert. Von entscheidender Bedeutung ist die Bewertung der atmosphärischen Wasserkreislaufkomponenten einschließlich Wolken und damit verbunden Veränderungen der Strahlungsbilanz. Darüber hinaus erfordert die Darstellung der extremen Niederschlagsereignisse die genaue Simulation der Niederschlagsvariabilität.
Im Rahmen von DAPACLIP werden in enger Zusammenarbeit mit den Modellierungsgruppen Niederschlagsprodukte für die Evaluation des MiKlip Vorhersagesystems entwickelt. Diese neuen Datensätze erlauben es, Niederschlagsstatistiken auf einer täglichen Basis von globalen und regionalen mittelfristigen MiKlip Hindcast-Rechnungen zu evaluieren. Der Schwerpunkt wird dabei auf Parametern liegen, die von Interesse für potentielle Nutzer der MiKlip-Vorhersagen sind. Dies sind zum Beispiel Dauer und Häufigkeit von Extremniederschlagsereignissen und Dürreperioden.
Es ist geplant anhand von hochwertigen globalen Niederschlagsklimatologien (1988 – 2008) Datensätze mit täglichen Datenfeldern und verschiedenen Auflösungen (1.0° x 1.0° und 2.5° x 2.5°, über Europa 0.5° x 0.5°) zu erzeugen. Diese Datensätze werden auf einer optimierten Kombination der auf In-situ-Messungen beruhenden Analysen des „Global Precipitation Climatology Centre“ (GPCC) für Landflächen und den aus Satellitenmessungen abgeleiteten „Hamburg Ocean Atmosphere Parameters and fluxes from Satellite data“ (HOAPS) Datensätzen über Ozeanen basieren. Eine wichtige Neuerung wird dabei die Beschreibung der Unsicherheiten der erzeugten Datensätze werden sein, um eine nachvollziehbare Einschätzung der Daten im Vergleich zu den Modellergebnissen zu erlangen.
Des Weiteren werden die im Rahmen dieses Projektes entwickelten Datensätze und Methoden in die Infrastruktur der MiKlip Evaluation (Projekt D-60: INTEGRATION; Projekt E-55: VEKAP) einbezogen um Niederschlagsstatistiken von globalen und regionalen Simulationen zu evaluieren.

Ziele

• Entwicklung von Mindestanforderungen und der technischen Spezifikationen der neuen globalen täglichen Niederschlagsprodukte in enger Zusammenarbeit mit den Modellierungsgruppen in MiKlip.
• Datensatz über Land für tägliche Niederschlagsmengen:
  • Implementierung einer Qualitätskontrolle/-sicherung (QC/QA) für die erworbenen Tageswerte der In-situ Messungen, basierend auf einer Anpassung an die GPCC QC/QA Verfahren für monatliche Auswertungen. Erwerb von weiteren europäischen Niederschlagswerten aus In-situ Messungen von nationalen meteorologischen und hydrologischen Diensten.
  • Klimatologische Reanalyse des GPCC Datensatzes um eine gerasterte globale Niederschlagsanalyse für den Zeitraum 1988-2008 mit einer Auflösung von 1° (basierend auf synoptischen Wetterbeobachtungen, SYNOP) sowie mit einer Auflösung von 0,5° für Europa (basierend auf SYNOP und den zusätzlich erworbenen nationalen In-Situ-Daten).

• Datensatz über Ozeanen für tägliche Niederschlagsmengen:
  • Verbesserung des HOAPS Niederschlagretrievals über dem Ozean durch Implementierung eines 1D-Var Retrieval Systems für SSM/I, welches ECMWF Reanalysedaten als „first guess“ verwendet. Anfertigung einer Machbarkeitsstudie zur Anwendung des Retrievals über Landflächen. Das neue Retrieval-System wird mit bodengestützten Niederschlagsbeobachtungen validiert.
  • Entwicklung einer Methode, um zusätzliche Satellitendaten von Wolkenoberkantentemperaturen einzubeziehen um die zeitliche Erfassungsrate der Niederschlagsgebiete zu verbessern und die Fehler der Tagessummen zu minimieren.

• Entwicklung eines objektiven Verfahrens, um GPCC-Daten über Land mit HOAPS-Daten über den Ozeanen zu einem globalen Niederschlagsprodukt mit täglicher Auflösung zu verbinden.
• Verifikation des neuen globalen täglichen Analyseproduktes, basierend auf täglichen regionalen Niederschlagsanalyseprodukten und numerischen Reanalyseprodukten der Wettervorhersage.
• Evaluierung von Niederschlagsstatistiken von globalen und regionalen mittelfristigen MiKlip Hindcasts in Hinblick auf Dauer, Intensität und Häufigkeit von Extrem-Niederschlagsereignissen und Trockenperioden. Die Belastbarkeit der Ergebnisse wird durch die Anwendung alternativer statistischer Ansätze getestet. Darüber hinaus werden wichtige Klima-Indizes die mit Niederschlagsereignissen in Verbindung stehen für Modell-Daten-Vergleiche und die Anwendung auf mittelfristige Hindcasts und Prognosen definiert .
• Implementierung eines automatisierten Zugriff auf die erstellten Produkte im NetCDF-Format über die GPCC-Webseite http://gpcc.dwd.de.
• Bereitstellung von Komponenten für die MiKlip-Auswertungsinfrastruktur (Projekt D-60: Integration, Projekt E-55: VECAP) zur Evaluierung von Niederschlagsstatistiken in globalen und regionalen Simulationen.