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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Parameterisation of the Rain Drop Size Distribution
Dr. rer. nat. Martin Hagen, Patrick Tracksdorf
9th of July 2009, AQUARadar Meeting, Bonn
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Table of Content
- Introductioncontinuing from last meeting
- Theoretical and Practical Framework
“On the Raindrop Size Distribution”
- Conclusions and Outlook
Radar Reflectivity Zhh (dBZ)
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Examplespecial observation period3rd of August 2006
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Examplespecial observation period3rd of August 2006
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Examplespecial observation period3rd of August 2006
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Theoretical and Practical Framework
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Theoretical and Practical Framework
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Theoretical and Practical Framework
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Examplespecial observation period3rd of August 2006
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Theoretical and Practical Framework
Estimates obtained from the Rain Drop Size Distribution:
- Rain Rate [mm/h]
- Liquid Water Content [mm³/m³]
- Radar Reflectivity Factor [mm6/m³]
- D0 diameter of the median drop volume [mm]
max
0
33
)()(6
106.3D
dDDDvDNR
max
0
3)(6
D
dDDDNLWC
dDDDNzD
max
0
6)(
0
min
max
min
33 )()(2D
D
D
D
dDDDNdDDDN
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Theoretical and Practical Framework
Parameterisation of the Rain Drop Size Distribution:
- exponential Drop Size Distribution, Marshall and Palmer, 1948
- Gamma Drop Size Distribution, Ulbrich and Atlas, 1983
- modified Gamma Drop Size Distribution, Seliga and Bringi, 1974
- with:- N0 Intercept parameter [1/m³mm]- Slope parameter [1/mm]- µ Shape parameter- D0 diameter of the median drop volume [mm]- Deq equi-volumetric drop diameter [mm]
)exp()( 0 DNDN 21.01.4 R
)exp()( 0 DDNDN
)67.3exp()(0
0 D
DNDN eq ))67.3exp(()(
00 D
DµDNDN eq
eq
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Theoretical and Practical FrameworkWielenbach3rd of August 2006
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Theoretical and Practical FrameworkWielenbach3rd of August 2006
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Theoretical and Practical FrameworkLichtenau3rd of August 2006
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Lichtenau3rd of August 2006
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Theoretical and Practical FrameworkLichtenau3rd of August 2006
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Theoretical and Practical FrameworkLichtenau3rd of August 2006
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Theoretical and Practical FrameworkLichtenau4th of August 2006Example 2
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Theoretical and Practical FrameworkLichtenau4th of August 2006Example 2
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Theoretical and Practical FrameworkLichtenau4th of August 2006Example 2
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Lichtenau4th of August 2006Example 2
Theoretical and Practical Framework
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Parameter Variation:
ParameterJOSS-WALDVOGEL Lichtenau PARSIVEL Lichtenau
Z=a*Rb Exp. MP Exp. Gamma Z=a*Rb Exp. MP Exp. Gamma
Standard (all)
00:00 – 23:59
TV: Gunn Kinzer
a = 253.5
b = 1.42
N0 = 8000
= 3.87
N0 = 1486
= 2.75
N0 = 9835
= 2.03
µ = 4.4
a = 186
b = 1.53
N0 = 8000
= 4.14
N0 = 1816
= 2.95
N0 = 5915
= 1.62
µ = 4.0
reduced
11:00 – 12:30
a = 319
b = 1.19
N0 = 8000
= 3.54
N0 = 1523 = 2.46
N0 = 8206
= 1.85
µ = 3.9
a = 244
b = 1.24
N0 = 8000
= 3.69
N0 = 2975
= 2.86
N0 = 9300
= 1.53
µ = 3.8
reduced
07:00 – 08:00
a = 359.4
b = 1.71
N0 = 8000
= 4.14
N0 = 804
= 2.41
N0 = 2806
= 1.31
µ = 3.5
a = 293
b = 1.95
N0 = 8000
= 4.38
N0 = 1388
= 2.77
N0 = 1544
= 0.83
µ = 2.9
all 00:00 – 23:59
Terminal Velocity
Atlas (1973)
a = 266.4
b = 1.42
N0 = 8000
= 3.83
N0 = 1669
= 2.79
N0 = 8056
= 1.72
µ = 4.1
a = 196
b = 1.53
N0 = 8000
= 4.08
N0 = 2161
= 3.04
N0 = 3859
= 1.17
µ = 3.5
reduced
11:00 – 12:30
Atlas (1973)
a = 335
b = 1.19
N0 = 8000
= 3.51
N0 = 1688
= 2.48
N0 = 7424
= 1.62
µ = 3.8
a = 247
b = 1.23
N0 = 8000
= 3.63
N0 = 3654
= 2.99
N0 = 7568
= 1.21
µ = 3.6
reduced (filter off)
11:00 – 12:30
a = 320
b = 1.20
N0 = 8000
= 3.56
N0 = 1423
= 2.43
N0 = 8287
= 1.93
µ = 3.9
a = 235
b = 1.24
N0 = 8000
= 3.69
N0 = 2975
= 2.86
N0 = 9300
= 1.53
µ = 3.8
Lichtenau 3rd of August 2006
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Parameter Variation:
ParameterJOSS-WALDVOGEL Wielenbach JOSS-WALDVOGEL Lichtenau
Z=a*Rb Exp. MP Exp. Gamma Z=a*Rb Exp. MP Exp. Gamma
reduced
00:00 – 07:00
a = 217
b = 1.47
N0 = 8000
= 3.94
N0 = 2975 = 3.26
N0 = 5471
= 0.83
µ = 3.8
a = 234
b = 1.23
N0 = 8000
= 3.79
N0 = 2225
= 2.93
N0 = 12134
= 1.79
µ = 4.4
reduced
00:00 – 00:50
a = 269
b = 1.69
N0 = 8000
= 3.96
N0 = 1903 = 2.94
N0 = 564
= -0.9
µ = 1.9
a = 329
b = 1.86
N0 = 8000
= 4.37
N0 = 767
= 2.69
N0 = 800
= 0.33
µ = 2.7
reduced
01:10 – 05:00
a = 191
b = 1.53
N0 = 8000
= 3.75
N0 = 4388 = 3.35
N0 = 928
= -0.8
µ = 1.9
a = 228
b = 1.25
N0 = 8000
= 3.60
N0 = 2777
= 2.91
N0 = 14437
= 1.74
µ = 4.4
reduced
06:00 – 07:00
a = 306
b = 1.17
N0 = 8000
= 5.79
N0 = 177 = 3.05
N0 = 12.8
= -2.7
µ = 0.7
a = ---
b = ---
N0 = 8000
= 19
N0 = 302
= 2.99
N0 = 66.1
= -0.8
µ = 1.4
Lichtenau 4th of August 2006
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Conclusions and Outlook
Parameterisation of the Rain Drop Size Distribution using polarimetric weather radar measurements, Disdrometer and Rain Gauge
Algorithm development for operational weather radars
Quantitative Areal Precipitation Estimation by Radar
7290 min 15 min
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Thank You for Your Attention!
Questions?
Parameterisation of the Rain Drop Size Distribution
Dr. rer. nat. Martin Hagen,
Patrick Tracksdorf
9th of July 2009
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Parameterisation of the Rain Drop Size Distribution
Dr. rer. nat. Martin Hagen, Patrick Tracksdorf
9th of July 2009, AQUARadar Meeting, Bonn
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
curriculum vitae
Name: Patrick Tracksdorf Email: patrick.tracksdorf@DLR.de
PhD student at the German Aerospace Center DLR, Institute of Atmospheric Physics,Cloud Physics and Traffic Meteorology (21.04.2008), Project AQUARadarDLR Supervisor: Dr. rer. nat. Martin Hagen
University Supervisor: Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Madhukar Chandra
Working Title: Time-domain and frequency-domain properties of polarimetricweather radar signals, Chemnitz University of Technology (23.02.2007)
Chemnitz University of Technology, Faculty of Electrical Engineering and Information Technology,
Professorship of Microwave Engineering and Photonics
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Madhukar Chandra
Student Research Assistant (01/2003 - 12/2005)Scientific Staff Member (04/2006 - 04/2008)
University Education: Chemnitz University of Technologymatriculation: 01.10.1999 - 31.03.2006course of studies: Information Technology (Dipl.-Ing.)branch of studies: Information and Communication Technology
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Author Information
Dr. rer. nat. Martin Hagen, Patrick Tracksdorf
German Aerospace Center DLR,
Institute of Atmospheric Physics, Cloud Physics and Traffic Meteorology
Postal Address:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtz Gemeinschaft e.V. (DLR)
Institut für Physik der AtmosphäreWolkenphysik und VerkehrsmeteorologieMünchner Straße 20D-82234, Oberpfaffenhofen-Wessling
Corresponding Author: Patrick Tracksdorf
Email: patrick.tracksdorf@DLR.de
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
References
Marshall and Palmer, 1948, “The distributions of raindrops with size”, J. Meteor. 5
Ulbrich and Atlas, 1983“Natural variations in the analytical form of the raindrop size distribution”, J. Climate Appl. Meteor. 22
Seliga and Bringi, 1974Potential use of radar differential reflectivity measurements at orthogonal polarisations for measuring precipitation, J. Appl. Meteor. 15
Joss & Waldvogel, 1967, “Ein Spektrograph für Niederschlagstropfen mit automatischer Auswertung”, Pure Appl. Geophys. 68
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Parameterisation of the Rain Drop Size Distribution
Dr. rer. nat. Martin Hagen, Patrick Tracksdorf
9th of July 2009, AQUARadar Meeting, Bonn
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtzgemeinschaft e.V.
Institut für Physik der Atmosphäre (WuV)
Parameterisation of the Rain Drop Size Distribution
Dr. rer. nat. Martin Hagen, Patrick Tracksdorf
9th of July 2009, AQUARadar Meeting, Bonn
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