Assimilation von bodengebundenen Profiler-Messungen der atmosphärischen Grenzschicht

Die Kenntnis des Zustandes der atmosphärischen Grenzschicht (ABL) ist für die Verbesserung der numerischen Wettervorhersage von großer Bedeutung. Dennoch ist die ABL bislang nicht ausreichend vermessen, was durch einen systematischen Mangel an Beobachtungen wie z.B. Wind-, Temperatur- und Feuchteprofilen in diesem Bereich bedingt ist. Um sowohl den Raum zwischen Boden- und Satellitenmessungen abzudecken als auch die zeitliche Kontinuität im Vergleich zu Radiosonden- und Flugzeugmessungen zu erhöhen, werden im Rahmen des DWD-Projektes „Pilotstation“ verschiedene bodengebundene Fernerkundungsmessgeräte evaluiert, welche die untere Atmosphäre im Profil vermessen.

Das Mikrowellenradiometer (MWR) ist das erste der Messgeräte, das in das ICON/KENDA-System am DWD assimiliert wird. Um die ICON-Modellprofile in den Beobachtungsraum (Strahlungstemperatur T_b) zu transformieren, wenden wir als Vorwärtsoperator das Strahlungstransportmodell RTTOV-gb an. Die Sensitivitätsfunktionen für die vertikale Lokalisierung der einzelnen Kanäle werden ebenfalls von RTTOV-gb berechnet. Als Ausgangspunkt für eine dynamische Biaskorrektur haben wir über einen längeren Zeitraum die systematische Abweichung zwischen Beobachtungen und Modell bestimmt und dabei festgestellt, dass die transparenten V-Band-Kanäle besonders starke systematische Abweichungen aufweisen. Die richtige Einstellung des Assimilationssystems ist relativ herausfordernd, insbesondere, da die Kreuzkorrelationen der Beobachtungsfehler der Kanäle untereinander vom System nicht richtig berücksichtigt werden können. Die Upper-Air-Verifikation zeigt jedoch, dass die MWR-Messungen eine positive Auswirkung auf die Vorhersage haben können.

Wir stellen verschiedene Assimilationsexperimente vor und diskutieren den Einfluss der Tuningparameter auf die Ergebnisse. Zusätzlich präsentieren wir erste Ergebnisse der Assimilation von Doppler-Lidar-Winden. Da hier kein komplexer Vorwärtsoperator nötig ist, können die Messwerte im Gegensatz zum MWR direkt ins Assimilationssystem eingespeist werden.