Projekt IcePolCKa: polarimetrische Radarbeobachtungen

Das IcePolCKa Projekt, Teil des DFG Schwerpunktprogramms 2115 (PROM), hat Mitte Januar 2019 begonnen.

Ziel des Projekts ist es, Synergien zwischen zwei polarimetrischen Radarsystemen, dem POLDIRAD am DLR, Oberpfaffenhofen, sowie dem Ka-Band MIRA-35 am MIM, zu nutzen, um den Beginn von Konvektion, sowie das Wachstum von Eispartikeln und deren Rolle in der Niederschlagsentstehung zu erforschen. Da die Standorte der beiden Radarsysteme nahezu perfekt auf der mittleren Windrichtung, und damit der typischen Zugbahn konvektiver Systeme, liegen, erlauben sie es, konvektiven wie auch stratiformen Niederschlag für einen Großteil ihres Lebenszyklus zu verfolgen. Das operationelle Radarnetzwerk des DWD sowie das Forschungsradar des DWD auf dem Hohenpeissenberg werden unterstützende Beobachtungen liefern. Numerische Simulationen mit einer hochaufgelösten, genesteten WRF Modellkonfiguration werden es erlauben, Parameterisierungen der Wolkenmikrophysik verschiedener Komplexität zu analysieren.

Die Darstellung mikrophysikalischer Prozesse in numerischen Wettervorhersagemodellen ist einer der grössten Unsicherheitsfaktoren. Um schnell genug für operationelle Vorhersagen zu sein laufen diese Modelle mit unzureichender horizontaler Auflösung und verwenden stark vereinfachte Paramterisierungen. Wichtige Parameter, wie die Konversionsraten zwischen Hydrometeorklassen oder Details des Wachstums von Eispartikeln, sind mit  Standardtechniken nur schwer zu beobachten. Es werden neuartige Beobachtungsverfahren benötigt um Modellparameterisierungen zu evaluieren und zu verbessern. Solche Beobachtungen sollten die den Parameterisierungen zugrundeliegenden Variablen, wie z. B. den dominanten Hydrometeortyp und -konversionsraten, räumliche Verteilung von Wolkentröpfchengrösse, oder charakteristische Zeitskalen in der Wolkenentwicklung liefern. Ein Fokus sollte auf den Beginn und die Entwicklung der "kalten" Niederschlagsprozesse (Stichwort Bergeron-Findeisen-Prozess) gelegt werden, da ein signifkanter Anteil des Niederschlags in den mittleren Breiten über die Eisphase gebildet wird.

Mit einem Abstand von 23 km zwischen DLR und MIM erlaube die zwei Forschungsradarsysteme gezielte Beobachtungen und koordinierte Scanmuster, während das Radarnetzwerk des DWD flächige Beobachtungen und den grösserskaligen Kontext liefern. Objektverfolgung in horizontalen PPI und verticalen RHI Querschnitten in oder nahe der Blickrichtung werden verwendet um den Lebenszyklus einzelner konvektiver Zellen bzw. der Niederschlagsentwicklung (e.g., fall streaks) zu beobachten. Ein Eispartikel-retrieval für Radarbeobachtungen bei mehreren Wellenlängen wird entwickelt, welches fortschrittliche, polarimetrische Hydrometeorklassifikationen liefert. Daneben werden Prozesse wie Nieselbildung, Wolkenvereisung, die Unterscheidung von Depositionswachstum kleiner Eispartikel vom Aggregationswachstum und der Bildung von Niederschlag beobachtbar. Zeitskalen und -abläufe dieser Prozesse und deren räumliche Verteilung werden beobachtet und mit Modellen verglichen. Mittels eines hochaufgelösten numerischen Wettervorhersagemodell mit einer genesteten Domain über München (∆x von 100 m) werden wir Parameterisierungen verschiedener Komplexität anwenden und gegen unsere Beobachtungen evaluieren.