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Evaluation of the added value of LAMEPS in contrast to global EPS

Schmeisser, Karin (2012) Evaluation of the added value of LAMEPS in contrast to global EPS.
Diplomarbeit, Universität Wien. Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
BetreuerIn: Haimberger, Leopold

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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-30102.84171.482753-8
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Abstract in Englisch

The limited area ensemble prediction system ALADIN-LAEF (Aire Limitée Adaption Dynamique Développment International - Limited Area Forecasting) has been developed in an effort to better predict high impact weather. Since it is operated on a higher horizontal resolution than its global counterpart the ECMWF-EPS (European Centre for Medium Range Weather Forecasts-Ensemble Prediction System), effects through local topography can be better resolved. In the first version of ALADIN-LAEF, initial perturbations were generated by dynamically downscaling the initial perturbations provided by the ECMWF-EPS. After a period of research a newer version was launched in February 2009. This version contained a method called BBSM (breeding blending surface multi-physics) which was based on a mechanism called "breeding". Breeding a numerical model means to initialize a model "pre-run". The method is based on the notion that during the integration of the numerical model dominant errors evolve, whereas other disappear. Therefore the resulting field accounts for involved uncertainties. ALADINLAEF and the ECMWF-EPS differ not only in regard to the generation of the initial perturbations, but also in regard to their physical configurations. In the ECMWF-EPS the physical settings are based on stochastic physics, whereas in ALADIN-LAEF each ensemble members is linked to different physical parameterization schemes. In an effort to filter the added value of the LAMEPS ALADIN-LAEF in contrast to the global ECMWF-EPS, a verification has been performed. Therefore the forecasts of a 2 months period have been applied (20. June - 20. August 2007). The performance of both models has been assessed using multiple verification scores such as Bias, Brier Score and CRPS. Results of the verification of the surface field show that ALADIN-LAEF generated superior wind speed forecasts as well as precipitation forecasts. In contrast the ECMWF-EPS turned out to produce better mean sea level pressure forecasts as well as 2m temperature forecasts. However it should be noted that the temperature forecasts generated by ALADIN-LAEF can easily be improved by statistical post-processing. Results of the verification of the upper level field reveal a superior performance of the ECMWF-EPS in regard to the prediction of wind speed, relative humidity as well as the 500 hPa geopotential. Only the 500 hPa temperature forecasts of ALADIN-LAEF are better than those of the ECMWF-EPS. This result should be linked to the notable systematic error in the temperature forecasts of the ECMWF-EPS. Since systematic errors have a remarkable impact on the quality of the forecasts, calibration methods should be considered. In a first attempt to correct the systematic error in the 2m temperature forecasts of ALADIN-LAEF, a calibration method has been successfully tested at ZAMG. In conclusion it has been found that the ability of ALADIN-LAEF to improve the ensemble forecasts generated by the ECMWF-EPS strongly depends on the selected parameter.

Schlagwörter in Englisch

ensemble prediction systems (EPS) / European Centre for Medium Range Weather Forecasts / ZAMG / ECMWF-EPS / ALADIN-LAEF / verification / bias / skill scores

Abstract in Deutsch

Um eine genauere Vorhersage von signifikanten Wetterereignissen zu ermöglichen, wurde das regionale Ensemblevorhersagesystem ALADIN-LAEF (Aire Limitée Adaption Dynamique Développment International - Limited Area Forecasting) entwickelt. Dieses kann aufgrund seiner deutlich höheren Auflösung im Vergleich zu globalen Ensemblevorhersagesystemen, lokale Gegebenheiten wie Gebirge besser berücksichtigen. Aus diesem Grund nimmt man an, dass die Qualität der Prognosen klein skaligerWetterphänomene durch den Einsatz von regionalen Ensemblevorhersagesystemen steigt. Um diese Annahme zu überprüfen, wurden die Prognosen von ALADIN-LAEF und dem globalen ECMWF-EPS (European Centre for Medium Range Weather Forecasts - Ensemble Prediction System) verifiziert und anschlieSSend verglichen. Ziel der Verifikation war es, potentielle Vorteile des regionalen Ensemblevorhersagesystems ALADIN-LAEF herauszufiltern und Nachteile zu lokalisieren. Für die Verifikation wurden sämtliche Prognosen im Zeitraum vom 20. Juni 2007 bis 20. August 2007 überprüft. Zur Beurteilung der Prognosequalität wurde eine breite Auswahl an VerifikationsmaSSen berechnet. Dazu zählen beispielsweise Bias, Brier Score oder auch CRPS. Der Vergleich der Ergebnisse der Bodenfelder zeigt, dass ALADIN-LAEF bessereWindund Niederschlagsprognosen erzeugt. Im Gegensatz dazu produziert das ECMWFEPS deutlich bessere Temperatur- und Bodendruckprognosen. Dabei sollte erwähnt werden, dass vor allem die Qualität der Temperaturprognosen von ALADIN-LAEF durch Kalibration deutlich erhöht werden könnte. Die Verifikation der Höhenfelder zeigt, dass das ECMWF-EPS deutlich bessereWind-, Feuchte- und 500 hPa Geopotential- Prognosen erzeugt. Dagegen produziert ALADIN-LAEF bessere Temperaturprognosen für das 500 hPa-Feld. Dabei muss erwähnt werden, dass die 500 hPa Temperaturprognosen des ECMWF-EPS einen deutlichen Bias aufweisen. Da systematische Fehler einen beträchtlichen Einfluss auf die Qualität der Prognosen haben, sind Korrekturmethoden von besonderem Interesse. Kalibrationsmethoden für die 2m Temperaturprognosen wurden an der ZAMG bereits erfolgreich getestet. Fazit dieser Untersuchung ist, dass der Mehrwert von ALADIN-LAEF im Vergleich zum ECWMF-EPS stark von dem betrachteten Parameter abhängt.

Schlagwörter in Deutsch

Ensemblevorhersagemodelle / Europäisches Zentrum für Mittelfristige Wettervorhersage / Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik / ECMWF-EPS / ALADIN-LAEF / Verifikation / Bias / Skill-Scores

Dokumentenart: Hochschulschrift (Diplomarbeit)
AutorIn: Schmeisser, Karin
Titel: Evaluation of the added value of LAMEPS in contrast to global EPS
Umfangsangabe: 175 S.
Institution: Universität Wien
Fakultät: Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Publikationsjahr: 2012
Sprache: eng ... Englisch
BetreuerIn: Haimberger, Leopold
BeurteilerIn: Haimberger, Leopold
Klassifikation: 38 Geowissenschaften > 38.80 Meteorologie: Allgemeines
AC-Nummer: AC10899884
Dokumenten-ID: 24160
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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