Bodenmessungen von DSDswährend der SOPVon Martin Leeb, DLR Oberpfaffenhofen
Überblick:
Teil 1: Eigenes Forschungsgebiet: Polarimetrisches Radar1. Bestimmung der Regenrate
2. Bestimmung von DSDs
Normierung von DSDs
Teil 2: Bodenmessungen von DSDs während der SOP1. Verwendete Geräte
2. Korrekturmethoden
3. Gerätevergleich
4. Zusammenfassung
Bestimmung der Regenrate durch Polarimetrie
Regression mit verschiedenen Ansätzen:
Entwicklung eines Algorithmus zur Bestimmung der Regenrate mit polarimetrischem C-Band Radar:
Dämpfungskorrektur durch KDP
Identifikation verschiedener Hydrometeore durch LDR
Qualitätskontrolle
Operativer Einsatz
)CZDR(B
)CZDR(B
CB
10KDPAR
10ZAR
ZDRZAR
Bestimmung von DSDs durch Polarimetrie
Berechnung der Parameter von DSD-Verteilungen (Marshall-Palmer, Gamma) aus polarimetrischen Größen.
Aktuell: Normierung von DSDs:
Sempere-Torres et. al. [1994,1998]:
Darstellung von DSDs innerhalb eines Niederschlagsereignisses in Abhängigkeit von nur einer Referenzvariable (z.B. Z, R, LCW …) und einer für das ganze Ereignis gültigen Verteilungsfunktion (hier mit R als Referenzvariablen):
Testud et. al. [2001]:
Normierung der Parameter von DSD-Verteilungsfunktionen. Parameter bekommen physikalische Bedeutung bzw können leichter aus polarimetrischen Größen abgeleitet werden:
Beispiel Gammaverteilung: N0, λ, μ -> N0* (Y-Abschnitt einer
Exponentialverteilung mit gleichem LWC, Dm (mean particle size), μ (Beschreibung der Form der DSD)
)g(DR R R)N(D, - N(D) -
Ausblick
Zweifache Normierung von DSDs:
DSDs können in Abhängigkeit von 2 Referenzvariablen bestimmt werden, die durch polarimetrische Radargrößen abgeleitet werden können.
Normierte DSD ist allgemeingültig, d.h. unabhängig von Niederschlagsart.
Literatur: Uijlenhoet et. al. [2003a][2003b], Lee et. al. [2004]
Bodenmessung von DSDs während der SOP
Gerätespezifikationen
Joss-Waldvogel-Disdrometer (JWD):
Mechanischer Sensor
20 Durchmesserklassen von 0.3 mm bis 5.6 mm
Messfläche = 50 cm2
Parsivel:
Optischer Sensor
32 Durchmesserklassen von 0 mm bis 26 mm
32 Geschwindigkeitsklassen von 0 bis 20.8 m/s
Messfläche = 54 cm2
Korrekturmethoden
Joss-Waldvogel-Disdrometer:
Fehlerquellen:
Totzeit: Löst ein Tropfen einen Impuls aus, kann in der Zeit, in der die Membran in die Ausgangsposition zurückkehrt, kein weiterer Tropfen registriert werden.
Bei zu starkem Niederschlag bildet sich ein Wasserfilm auf der Membran, der kleine Tropfen „schluckt“.
Korrektur:
Totzeitkorrektur: Ein Tropfen der Klasse j erzeugt eine Totzeit für alle k Klassen, wenn jk 0.85DD
)25.0D(85.0
Dlnn
t
035.0expnn
j
kD
D85.0Dkj
*j
min
jk
Korrekturmethoden
Parsivel:
Fehlerquelle:
Spritzwasser vom Gehäuse fällt durch die Messzone
Korrektur:
Auswahl der Tropfen über die Fallgeschwindigkeit
(Terminal Velocity nach Gunn und Kinzer)
Beide Geräte:
Fehlerquelle:
Zu kleine Messfläche/zu kleines Zeitintervall
Korrektur:
Zeitliche Mittelung über mehrere Messungen
Gerätevergleich
Zusammenfassung
Insgesamt detektiert das Parsivel mehr Tropfen, vor allem für Durchmesser < 1 mm
Zwischen 1 mm und 3 mm Durchmesser schätzt das JWD die Anzahl der Tropfen höher ein (Verschiebung in der Größenzuordnung)
Bei moderatem Niederschlag ergibt sich aus den JWD-Messungen eine höhere Regenrate als beim Parsivel, vermutlich wegen Punkt vorher
Für starke konvektive Niederschläge reichen die Durchmesserklassen des JWD nicht aus (alle Tropfen > 5.1 mm kommen in die gleiche Klasse)
Bei starken konvektiven Niederschlägen werden beim JWD keine bzw. zu wenig kleinen Tropfen erkannt
Ende
Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit