Mechanisms initiating deep convection over complex terrain during COPS
Résumé
In dieser Arbeit wird hochreichende Konvektion in einer Mittelgebirgsregion untersucht, die durch Prozesse in der Grenzschicht und in der mittleren und oberen Troposphare ausgelost wird. Die Daten stammen aus der COPS-Messkampagne (Convective and Orographically-induced Precipitation Study), die im Sommer 2007 in Sudwestdeutschland und Ostfrankreich durchgefuhrt wurde. Bei der Bildung konvektiver Nieder- schlage konnen grob drei Antriebsmechanismen unterschieden werden: (i) Erwarmung der Erdoberf ache und bodennahe Massenkonvergenz, (ii) Erwarmung der Erdoberf ache mit ausreichendem Feuchteangebot inderGrenzschichtzurU ̈berwindungderKonvektionsunterdruckungbeipotentiellerund/oderlatenterInsta- bilitat und (iii) Hebungsvorgange in der mittleren Troposphare aufgrund von Divergenz und Luftmassen- bzw. Vorticityadvektion. Ausgewa ̈hlte COPS-Falle werden anhand dieser konzeptionellen Einteilung untersucht, um diejenigen Prozesse zu identif zieren, die in Wettervorhersagemodellen fur eine verbesserte quantitative Niederschlagsvorhersage adaquat reprasentiert sein mussen. Trotz der zusammenfassenden Verwendung von Daten nur ausgesuchter Messsysteme (vor allem Radiosonden, meteorologischen Bodenstationen, Radar und Satellit) wird in dieser Arbeit gezeigt, dass die konvektiven Systeme durch die Messungen sehr detailliert erfasst wurden. Durch den Nachweis von Konvergenzlinien in Radardaten bereits Stunden vor der Konvek- tionsauslosung wird gezeigt, dass deren Existenz und Lage entscheidende Bedeutung zukommt. Dies kann bei geeigneten Beobachtungen die Kurzfristvorhersage erleichtern. Im Falle der Advektion labiler Luftmassen uber komplexem Gelande ist die Vorhersage der Konvektionsauslosung deutlich erschwert. Die Passage einer frontahnlichen Struktur uber Vogesen, Rheingraben und Schwarzwald ging mit Konvektionsunterdruckung uberdemvergleichsweisebreitenRheingrabeneinher.Weiterstromabu ̈berdemSchwarzwaldwurdeKonvek- tionsverstarkung durch differentielle Bodenerwarmung, eine Konvergenzlinie und die durch eine Bo ̈enfront verursachte Stromung beobachtet.
Precipitating convection in a mountain region of moderate topography is investigated, with particular em- phasis on its initiation in response to boundary-layer and mid- and upper-tropospheric forcing mechanisms. The data used in the study are from COPS (Convective and Orographically-induced Precipitation Study) that took place in southwestern Germany and eastern France in the summer of 2007. It is found that the initiation of precipitating convection can be roughly classif ed as being due to either: (i) surface heating and low-level f ow convergence; (ii) surface heating and moisture supply overcoming convective inhibition during latent and/or potential instability; or (iii) mid-tropospheric dynamical processes due to mesoscale convergence lines and forced mean vertical motion. These phenomena have to be adequately represented in models in order to improve quantitative precipitation forecast. Selected COPS cases are analysed and classif ed into these initiation categories. Although only a subset of COPS data (mainly radiosondes, surface weather stations, radar and satellite data) are used here, it is shown that convective systems are captured in considerable detail by sensor synergy. Convergence lines were observed by Doppler radar in the location where deep convection is triggered several hours later. The results suggest that in many situations, observations of the location and timing of convergence lines will facilitate the nowcasting of convection. Further on, forecasting of the initiation of convection is signif cantly complicated if advection of potentially convective air masses over changing terrain features plays a major role. The passage of a frontal structure over the Vosges – Rhine valley – Black Forest orography was accompanied by an intermediate suppression of convection over the wide Rhine valley. Further downstream, an intensif cation of convection was observed over the Black Forest due to differential surface heating, a convergence line, and the f ow generated by a gust front.
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