Numerisches Wettervorhersagemodell ALADIN

Abk.

ALADIN= Aire Limitee Adaptation dynamique Developpement International

Themenbereich

Regionalisierte numerische Vorhersage bis +72 h für Mitteleuropa unter besonderer Berücksichtigung des Alpenraums.

Status

Das Wettervorhersagemodell ALADIN wurde im Jahre 1998 an der ZAMG in den operationellen Betrieb eingeführt. Es wird im Rahmen eines internationalen Projektes von 15 überwiegend europäischen nationalen Wetterdiensten laufend weiterentwickelt. Die österreichische Version des Modells, ALADIN-AUSTRIA, überdeckt einen zentral- und osteuropäischen Domain (siehe Abbildung 1), hat eine horizontale Auflösung von 9.6 km und 45 Schichten in der Vertikalen. Mit Beginn des Jahres 2007 wird die Länge der Prognose von 48 auf 72 Stunden erweitert. Der Modelloutput steht in stündlicher Auflösung zur Verfügung.

Zusammenfassung

Abbildung 1: ALADIN-AUSTRIA Modelldomain und Orographie.
© ZAMG

Ausgangssituation

Vor der Entwicklung von ALADIN standen an der ZAMG bereits die numerischen Prognosefelder des globalen ECMWF-Modells zur Verfügung, allerdings mit einer geringeren räumlichen und zeitlichen Auflösung. Regionale Phänomene im Wettergeschehen, wie z.B. orographisch bedingte Niederschlagsverstärkung, konnten damit nicht ausreichend erfasst werden.

Projektziele

Ziel der Entwicklung von ALADIN ist eine möglichst gute Prognose der Wetterentwicklung im Kurzfristbereich (bis +72 h) unter Berücksichtigung regionaler Effekte. Entwicklungsbedarf besteht dabei vor allem hinsichtlich der Vorhersage von Schauern und Gewitterzellen, sowie in der Prognose von tiefer Bewölkung (Inversionsbewölkung, Hochnebel). Mittelfristiges Ziel ist es auch, in der Berechnung der Anfangsbedingung (Assimilation) zusätzliche Beobachtungen zu verarbeiten, insbesondere im Alpenraum.

Methodik

Die Schwerpunkte des österreichischen ALADIN-Teams sind die Prognose von Stratus und Hochnebel, alpine Konvektion, Nowcasting (siehe ‚Nowcastingsystem INCA’), sowie die Ensemblevorhersage.

Stratus / Hochnebel:
Eine verbesserte Stratusprognose konnte durch einen Zusatz im Bewölkungsschema von ALADIN erzielt werden. Bei ausreichender Feuchtigkeit unterhalb einer prognostizierten Inversion wird Stratusbewölkung (Hochnebel) diagnostiziert. Durch die schon zu Beginn verbesserte Bewölkungsprognose entwickelt sich auch die weitere Vorhersage realistischer. Die Wolkendecke verhindert die Erwärmung der bodennahen Luftschicht und führt zu einer realistischen Persistenz der Inversionslage. Probleme bestehen noch bei der Prognose der exakten Ausdehnung von Hochnebelfeldern.

Alpine Konvektion:
Diagnostische Studien der ALADIN Modellergebnisse zeigen, dass die alpine Konvektion an vielen Tagen überschätzt wird, was zum einen auf die beschränkte Auflösung der Topographie zurückzuführen ist, zum anderen auf die vereinfachte Simulation (Parametrisierung) der konvektiven Wolkenentwicklung im Modell. Wie auch in anderen Vorhersagemodellen wird der Einsatzzeitpunkt konvektiver Niederschläge im Tagesverlauf häufig zu früh prognostiziert. Derzeit werden Tests mit einem erweiterten Parametrisierungsschema durchgeführt, welches die zeitliche Kontinuität der konvektiven Entwicklungen, d.h. das Wachstum vom Cumulus- zum Cumulonombus-Stadium, besser berücksichtigt.

Limited Area Ensemble Forecasting:
In den vergangenen Jahren hat die Bedeutung von LAMEPS (Limited Area Model Ensemble Prediction System) als wissenschaftliches Werkzeug zur Verbesserung der Vorhersagen von HIW (High Impact Weather) immer weiter zugenommen, besonders was die Belange der kurzfristigen mesoskaligen Wahrscheinlichkeitsvorhersage betrifft. Anfang März 2007 wurde ALADIN-LAEF an der ZAMG in den quasi-operationellen Betrieb gehoben. Derzeit werden die Untersuchungen an der ZAMG durchgeführt: Tests der verschiedenen Methoden zur Generierung von Störungen in den Anfangsbedingungen, Randbedingungen für Wettermodelle und im Modellselbst.

Datenassimiation:
Der Anfangszustand für ALADIN-Austria ist durch die Interpolation der Analyse von ARPEGE auf das ALADIN-Austria Gitter gegeben. Zur Bestimmung des Anfangszustands für ein höher ausflösendes Modell wie ALADIN-Austria reichen die Beobachtungsdaten, die in der ARPEGE-Assimilation verwendet werden, bei weitem nicht aus. Das ist einer der Gründe, warum die ALADIN-Austria Prognosen manchmal nicht zutreffen. Die genauere Festlegung des Anfangszustands für ALADIN-Austria hat große Bedeutung zur Verbesserung der Modellprognose. Ziel ist das Datenassimilationssystem ALADIN 3D-VAR in ALADIN-Austria zu implementieren und validieren.

Ergebnisse

Abbildung 2: Beispiel einer Niederschlagsprognose
© ZAMG

Die Verifikation der ALADIN-AUSTRIA Prognosen zeigt, dass das Modell vor allem bei der Prognose des Windfeldes, sowie in der Vorhersage ergiebiger Niederschläge eine wichtige Zusatz- und Detailinformation zu anderen Modellen (z.B. ECMWF) liefert. Durch die stündliche Ausgabe des Modelloutputs können Frontdurchgänge zeitlich exakter prognostiziert werden (Abbildungen 2 und 3). Bei gewitteranfälligen Lagen gibt das Modell Hinweise auf bevorzugte Entstehungsgebiete und Anhaltspunkte für die zu erwartende Intensität der Konvektion. Noch nicht zufriedenstellend gelöst ist die Simulation heftiger organisierter Konvektion (Superzellen) sowie die quantitative Prognose konvektiver Niederschläge.

Abbildung 2: Beispiel einer Niederschlagsprognose bei flachem Kaltfrontdurchgang aus nordöstlicher Richtung. Staueffekte treten am Alpennordrand sowie entlang des Alpenhauptkammes auf (21.12.2006, 11Z).

Abbildung 3: Nord-Süd Querschnitt durch die flache Kaltfront vom 21.12.2006. Farbstufen geben die relative Feuchte an, grau schattierte Flächen die ALADIN Modelltopographie, dünne schwarze Linie die reale Topographie.

ALADIN-LAEF läuft 2 Mal am Tag (00 und 12 UTC) bis +60 Stunden, und wird gerechnet und mit einer horizontalen Auflösung von 18km und 37 Schichten in der Vertikalen gerechnet. Als Beispiel zeigt Abbildung 4 das EPS-Gram von LAEF.

Projektteam

Ansprechpartner	Abteilung	Fachgebiet	E-Mail	Telefon
Wang Yong Dr.	Abteilung Vorhersagemodelle	Leitung		+43 1 36026 2323

Projektpartner

Y. Wang, C. Wittmann, A. Kann, S. Leroch, M. Steinheimer, A. Beck