E-WP8 - PROVESIMAC

Zielsetzung des Projektes

Ziel des Arbeitspakets ist es den Funktionsumfang des Verifikationswerkzeugs (CES Plug-in),  welches während der 1. Phase von MiKlip entwickelt wurde, zu erweitern. Dies beinhaltet die Einführung neuer Methoden, sowohl auf Seiten der Satellitendaten, als auch auf Seiten der dynamisch orientierten Verifikation unter Verwendung klassischer Variablen. Die Entwicklung von Satellitensimulatoren ermöglicht die Ableitung virtueller Satellitenbeobachtungen aus den Modellvorhersagen. Hierdurch wird eine Evaluierung in dem Parameterraum der Messinstrumente ermöglicht (z.B. Helligkeitstemperaturen, Radarreflektivitäten), wodurch Unsicherheiten auf Seiten der Beobachtungsdaten reduziert werden. Weitere Schwerpunkte des Arbeitspakets sind die Entwicklung auf dekadische Vorhersagen anwendbarer probabilistischer Verifikationsansätze sowie die Analyse dynamischer Prozesse im dekadischen Vorhersagesystem mit Relevanz für Vorhersagbarkeit. Ein generelles Projektziel ist die Vorbereitung der entwickelten Ansätze auf die Anwendung im operationellen Vorhersagebetrieb.

Struktur des Projektes

Das Arbeitspaket stellt ein gemeinsames Projekt von DWD und MIUB dar. Der DWD fokussiert sich auf die Einbringung von Satellitendaten. MIUB trägt durch die Analyse dynamischer Prozesse und die Entwicklung und Anwendung probabilistischer Evaluierungsmethoden bei. Satellitensimulatoren und CDRs werden innerhalb der ersten Projektphase bereitgestellt. Ergebnisse der Analyse dynamischer Prozesse werden bereitgestellt um die weitere Entwicklung probabilistischer Evaluierungsmethoden zu unterstützen. Arbeiten mit dem Ziel der Operationalisierung finden während der gesamten Laufzeit des Projekts statt.   

Aufgabenstellung des Projektes

Die Aufgabenstellung beinhaltet (i) die Bereitstellung qualitativ hochwertiger Satellitenbeobachtungen (ausgereifte CDRs), (ii) die Entwicklung von Satellitensimulatoren für abbildende Mikrowellenradiometer, (iii) Analyse zirkulatiosnabhängiger Veränderungen, (iv) ereignisbasierte, bedingte Stichprobenanalyse, (v) die Einführung von Ensemble Kernel Dressing (KED) Methoden, (vi) Vorhersageverifikation und (vii) eine erste Operationalisierung des im CES verwendbaren Verifikations-Plug-in.

 

Zu liefernde Ergebnisse des Projektes

Es werden Satellitensimulatoren für passive, abbildende Microwellenradiometer (SSM/I und SSMIS) zur Anwendung auf das MPI-ESM angeboten, welche zur Evaluierung der dekadischen Vorhersagen geeignet sind. Ferner werden qualitativ hochwertige, satellitenbasierte Beobachtungsdaten erzeugt. Diese stellen ausgereifte ‚Climate Data Records‘ (CDRs) dar und werden in CMOR konformem NetCDF für das CES bereitgestellt. Das Verifikations-Plug-in für das CES wird  durch Einführung von ‚Ensemble Kernel Dressing‘ (EKD) Methoden erweitert. Darüber hinaus werden Ansätze der ereignisbasierten, bedingten Stichprobenanalyse zur Analyse tropischer und extratropischer Zirkulationsmuster unter Verwendung von Satellitendaten hinzugefügt. Der Satellitensimulator und das Verifikations-Plug-in werden zur Verifikation im Vorhersagesystem angewandt. Schließlich wird eine operationell verwendbare Version des Verikations-Plug-in für das CES bereitgestellt.

Projektfortschritte

Methoden zur probabilistischen Evaluierung sind weiterentwickelt und zur Bestimmung der Vorhersagegüte auf die im Rahmen von MiKlip durchgeführten retrospektiven Simulationen angewandt worden. Darüber hinaus wurde ein Satellitensimulator für die passiven Mikrowellenradiometer Special Sensor Microwave Imager (SSM/I) und Special Sensor Microwave Imager and Sounder (SSMIS) unter Verwendung des CFMIP Observation Simulator Package (COSP) entwickelt. Der Simulator wird auf Simulationen des MiKlip II pre-operationellen Vorhersagesystems zur Bewertung der Modellklimatologie und Vorhersagegüte angewandt. Der Schwerpunkt liegt auf simulierten Helligkeitstemperaturen für ausgewählte Kanäle, welche sensitiv gegenüber Wasserdampf und Niederschlag sind. Auf Seiten der Beobachtungen wird der von CM SAF bereitgestellte SSM/I & SSMIS Fundamental Climate Data Record (DOI: 10.5676/EUM_SAF_CM/FCDR_MWI/V003) verwendet, welcher den Zeitraum von 1978 bis 2015 abdeckt.

Erste Ergebnisse des COSP SSM/I & SSMIS Satellitensimulators für das MiKlip II pre-operationelle System sind auf den Zeitraum 1996 bis 2008 beschränkt, werden jedoch momentan auf den gesamten Beobachtungszeitraum ausgedehnt. Die simulierten Helligkeitstemperaturen geben die generelle Struktur und Amplitude der Beobachtungen im mehrjährigen Mittel gut wider. Erste Ergebnisse der probabilistischen Evaluierung unter Verwendung der Helligkeitstemperaturen deuten darauf hin, dass für Ozeanregionen um den Äquator positive Vorhersagegüte gegenüber der Klimatologie als Referenzvorhersage auch über das 1. Vorhersagejahr hinaus vorhanden ist.

Kontakt

Deutscher Wetterdienst (DWD)
Dr. Thomas Spangehl
thomas.spangehl(at)nospamdwd.de
+49 (0)69 8062 2504

Dr. Marc Schröder (PI)
marc.schroeder(at)nospamdwd.de
+49 (0)69 8062 4939

Meteorologisches Institut der Universität Bonn (MIUB)
Dr. Rita Glowienka-Hense
rita.glowienka(at)nospamuni-bonn.de
+49 (0)228 73 5187

Prof. Dr. Andreas Hense
ahense(at)nospamuni-bonn.de
+49 (0)228 73 5184

Evaluation of the MiKlip decadal prediction system using satellite based cloud products

2015 - Meteorologische Zeitschrift, Vol. 25 No. 6, pp. 695-707

Spangehl, T. | M. Schröder, S. Stolzenberger, R. Glowienka-Hense, A. Mazurkiewicz, and A. Hense

Revealing skill of the MiKlip decadal prediction system by three-dimensional probabilistic evaluation

2015 - Meteorologische Zeitschrift,, Vol. 25 No. 6, pp. 657-671

Stolzenberger, S. | R. Glowienka-Hense, T. Spangehl, M. Schröder, A. Mazurkiewicz, and A. Hense