SINFONY - die Kombination aus Nowcasting und Numerischer Wettervorhersage auf der konvektiven Skala am DWD

Das neue Seamless INtegrated FOrecastiNg sYstem (SINFONY) des DWD wird innerhalb der nächsten 2-3 Jahre das Licht der Welt erblicken, nach 4 Jahren intensiver Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in zwei internen Projekten. Zunächst sollen damit insbesondere die extremen sommerlich-konvektiven Starkregenereignisse auf der Kürzestfristskala von 0 - 12 h addressiert werden, die noch immer ein großes Problem im Vorhersage- und Warndienst darstellen. Ein zusätzliches hochaufgelöstes ICON-Ensemble-Modell mit Assimilation hochaufgelöster Fernerkundungsdaten, angepasster Modellphysik und stündlich neuen Vorhersagen in einem "Rapid Update Cycle" (SINFONY-RUC-EPS) ist eine der Kernkomponenten des Systems.

Es gibt verschiedene "optimale" Vorhersagemethoden für verschiedene Vorhersagezeitbereiche und verschiedene Wetterphänomene. Für Niederschlag und konvektive Ereignisse bis zu einigen Stunden, simple advektionsbasierte Extrapolationstechniken wie z.B. Radar-Nowcasting zeigen guten Skill bis zu etwa 2 h (natürlich situationsabhängig), während die Numerische Wettervorhersage (NWV) erst danach besser wird. Ensembles von Nowcasting sowie NWV helfen, die Vorhersageunsicherheiten abzuschätzen. "Optimal" kombinierte Niederschlagsvorhersagen als Funktion der Vorhersagezeit aus Nowcasting (dominiert am Anfang) und NWV (dominiert am Ende) bilden dann bruchfreie ("seamless") Vorhersagen.

Verschiedene interdisziplinäre Projektteams arbeiten eng zusammen bei der Entwicklung von
a) Radar Nowcasting ensembles für Niederschlag, Radarreflektivität und konvektive Zell-Objekte
b) Stündliche SINFONY-RUC-EPS NWP auf der km-Skala mit Assimilation von 3D Radar Volumendaten (Radialwind, Reflektivität, Zell-Objekte),    Meteosat VIS Kanäle und Blitzdaten
c) Optimale Kombination aus Nowcasting und NWV Ensemblevorhersagen im Beobachtungsraum (Niederschlag, Reflektivität, Zell-Objekte)
d) Systeme zur vergleichenden Verifikation von Nowcasting und NWV in diesem Beobachtungsraum. Insbesondere die Verifikation von Zell-Objekten wird uns ganz neue Einsichten in die Repräsentation von Eigenschaften konvektiver Zellen in unseren NWV-Modellen geben.

Für b) ermöglichen neue innovative und effiziente Vorwärtsoperatoren für Radarvolumendaten und sichtbare Satellitenkanäle die direkte Assimilation solcher Daten im Rahmen unseres LETKF-Systems (Localized Ensemble Transform Kalman Filter).  Eine fortschrittliche Modellphysik (2-Momenten Bulk Mikrophysikparametrisierung, stochastische Grenzschichtparametrisierung) trägt zur verbesserten Vorhersage konvektiver Wolken bei.

Für c) und d) gibt das SINFONY-RUC-EPS simulierte Radarreflektivitäts-Volumenscan-Ensembles des gesamten DWD Radarverbunds alle 5 min aus den Vorhersageläufen aus. Ensembles von synthetischen Radarkomposits und vorhergesagten Tracks konvektiver Zell-Objekte werden mit derselben Software und denselben Algorithmen produziert, so wie sie auch auf die Beobachtungen angewandt werden.

Bruchfrei kombinierte Zell-Objekte aus Nowcasting und NWV werden dabei helfen, den DWD-Warnprozess vor konvektiven Ereignissen hin zu einem flexiblen "Warn-on-objects" weiterzuentwickeln. Kombinierte Ensembles aus Niederschlags- und Reflektivitätskomposits sind auch für die Hochwasservorhersage interessant.

Der Vortrag gibt einen Überblick über das Konzept und den aktuellen Stand des SINFONY sowie über die derzeitigen Pläne hin zu einer operationellen Einführung in den nächsten Jahren.