COALITION-2

Projektanfang 01.12.2014
Themen Forschung und Zusammenarbeit
Wetter
Region Schweiz
Status Aktuelle Projekte

Der Zweck des operationellen System COALITION-2 ist, die Ausgabe von Unwetterwarnung zu unterstützen. Um die Vorlaufzeit der Warnungen zu erhöhen, ist es wichtig, die frühe Entwicklung von Gewittern zu überwachen. COALITION-2 ist speziell für diesen Zweck konzipiert. COALITION-2 nutzt Messungen des SEVIRI-Instruments an Bord des Satelliten «Meteosat Second Generation» (MSG). Da Satellitensensoren Wolken beobachten, ist COALITION-2 in der Lage, Gewittersignale noch vor dem Entstehen von Regen zu erkennen. Zu den Signalen, die auf sich entwickelnde Gewitter hinweisen, gehören das Aufsteigen der Wolkenobergrenze und der Beginn des Gefrierens der Wassertropfen an der Wolkenoberseite.

COALITION-2: Context and Scale Oriented Thunderstorm Satellite Predictors Development Version 2

Während der warmen Jahreszeit entstehen im Alpenraum regelmäßig starke Gewitter. Diese werden oft von Hagel, starken Regenfällen und stürmischen Windböen begleitet. Darüber hinaus können Blitze und Sturzfluten schwere Schäden an Grundstücken und der Infrastruktur verursachen und zu lebensbedrohlichen Situationen führen. Numerische Wettervorhersagemodelle liefern gute Vorhersagen auf regionaler bis globaler Ebene, jedoch haben sie Schwierigkeiten, den genauen Zeitpunkt und Ort von Gewitter vorherzusagen. Deshalb werden Nowcasting-Methoden benutzt, die aktuelle Beobachtungen verwenden, um den aktuellen Zustand intelligent in die nahe Zukunft zu extrapolieren. Im Gegensatz zur ersten Version von COALITION basiert die zweite Version ausschließlich auf Satellitenbeobachtungen. Daher ist es möglich, frühe Anzeichen von Gewittern vor dem Einsetzen von Regen zu erkennen. Als unabhängige Methode dient COALITION-2 als Backup für Radarbeobachtungen, kann aber auch auf Regionen außerhalb des Radarbereichs angewendet werden.

Ziele und Eingangsdatensätze

Das Ziel von COALITION-2 ist es, die Position und die Intensivierung konvektiv aktiver Regionen genau, kontinuierlich und auf robuste Weise mithilfe von Satellitendaten zu detektieren, zu verfolgen und zu prognostizieren. COALITION-2 nutzt die Infrarotkanäle des MSG/SEVIRI-Instruments, die Windgeschwindigkeit und -richtung (wie sie vom Wettermodell COSMO-CH vorhergesagt wird) und einige Produkte der Nowcasting-SAF-Software, wie z.B. die Höhe und den Druck der Wolkenobergrenze:

  • MSG SEVIRI 3.9 µm Kanal (Rapid Scan Service alle 5 min)
  • MSG SEVIRI 6.2 µm Kanal (Rapid Scan Service alle 5 min)
  • MSG SEVIRI 7.3 µm Kanal (Rapid Scan Service alle 5 min)
  • MSG SEVIRI 8.7 µm Kanal (Rapid Scan Service alle 5 min)
  • MSG SEVIRI 9.7 µm Kanal (Rapid Scan Service alle 5 min)
  • MSG SEVIRI 10.8 µm Kanal (Rapid Scan Service alle 5 min)
  • MSG SEVIRI 12.0 µm Kanal (Rapid Scan Service alle 5 min)
  • MSG SEVIRI 13.4 µm Kanal (Rapid Scan Service alle 5 min)
  • COSMO wind (u,v) at 800, 500, 300 hPa (COSMO-Vorhersage stündlich)
  • Nowcasting SAF Höhe der Wolkenobergrenze (Rapid Scan Service alle 5 min)
  • Nowcasting SAF Druck an der Wolkenobergrenze (Rapid Scan Service alle 5 min)
  • Nowcasting SAF Wolkentyp [Optional] (Rapid Scan Service alle 5 min)

Methodik

Das SEVIRI-Instrument an Bord von Meteosat Second Generation vermisst Wolken (kann jedoch keinen Niederschlag beobachten). Daher registriert COALITION-2 Veränderungen der Wolkeneigenschaften, die auf eine intensive Gewitterentwicklung hinweisen. Der Algorithmus beobachtet, wie Wolken dicker werden (Zunahme der optischen Dicke der Wolke), wie Tropfen im oberen Teil der Wolke gefrieren und wie die Obergrenze der Wolken aufsteigt (als Mass für die Aufwindstärke). Tagsüber wird ein zusätzlicher Schwellwerttest zur Detektion kleine Eiskristalle durchgeführt (die ein Hinweis auf starke Konvektion sind). Für die Tests der Aufwindstärke werden zeitliche Trends der Helligkeitstemperaturen verwendet. Diese zeitlichen Differenzen werden mit einer Korrektur der Gewitterbewegung berechnet, wobei COSMO-Windfelder als Bewegungsvektoren verwendet werden. Die folgende Tabelle zeigt die Schwellenwerttests zur Detektion von Gewittern.

Vergrösserte Ansicht: Abbildung 1: Die Tabelle zeigt die Parameter der fünf Tests zur Detektion optisch dicker Wolken, der drei Tests zur Detektion von Vereisung des oberen Teils der Wolke, der sieben Test zur Detektion von Aufwinden und des einen Tests zur Detektion von kleinen Eiskristallen.
Abbildung 1: Die Tabelle zeigt die Parameter der fünf Tests zur Detektion optisch dicker Wolken, der drei Tests zur Detektion von Vereisung des oberen Teils der Wolke, der sieben Test zur Detektion von Aufwinden und des einen Tests zur Detektion von kleinen Eiskristallen.

Wenn eine ausreichende Anzahl von Tests zur Aufwindstärke und zur Vereisung der Wolkenoberseite positiv sind, wird das Gewitter als «sich entwickelndes Gewitter» klassifiziert. Bei ausreichender Anzahl positiver Tests zur Wolkentiefe und zur Vereisung der Wolkenoberseite wird das Gewitter als «vollentwickeltes Gewitter» klassifiziert.

Produktbeschreibung

Mit den Informationen zur optischen Dicke der Wolke, der Vereisung und des Aufwindes wird ein Falschfarbenbild erzeugt, in dem die frühe Konvektion grün dargestellt wird. Sobald die Vereisung der Wolkenoberseite beginnt, wird die Farbe gelb, und vollentwickelte Gewitter werden in rot dargestellt. Tagsüber wird der 3,9 µm-Test verwendet, um die aktivsten Regionen von Gewittern zu lokalisieren, die in violett dargestellt werden (während der Nacht ist dieser Test nicht verfügbar, daher sind alle Gewitterwolken Wolken rot). Abbildung 2 und Abbildung 3 zeigen Beispiele des COALITION-2-Produkts für die Schweiz und für Europa.

Vergrösserte Ansicht: Abbildung 3: Produktbeispiel von COALITION-2 für Europa am 2. August 2018 um 15:15 UTC. COALITION-2 erkennt aktive Gewitter in verschiedenen Region von Europa. Während des Tages kann ein zusätzlicher Schwellwerttest die aktivsten Gewitterregionen lokalisieren, hier in violett dargestellt. Diese Regionen haben eine gute Übereinstimmung mit der Blitzaktivität, siehe unten links.
Abbildung 3: Produktbeispiel von COALITION-2 für Europa am 2. August 2018 um 15:15 UTC. COALITION-2 erkennt aktive Gewitter in verschiedenen Region von Europa. Während des Tages kann ein zusätzlicher Schwellwerttest die aktivsten Gewitterregionen lokalisieren, hier in violett dargestellt. Diese Regionen haben eine gute Übereinstimmung mit der Blitzaktivität, siehe unten links.

    
Das COALITION-2 wird alle 5 Minuten aktualisiert. Die Schweizer Version hat eine räumliche Auflösung von 1 km x 1 km und die europäische Version eine Auflösung von 3 km x 5 km. Es gibt kleine Unterschiede bei der Produktgenerierung für die verschiedenen Regionen. In der Schweizer Version wird die Wolkenbewegung berücksichtigt, was die Produktqualität verbessert, während dies in der europäischen Version vernachlässigt wird.

COALITION-2 ist vor allem zur Beobachtung der Anfangsphase von Gewittern nützlich. Sobald das Gewitter ausgewachsen ist, verdecken die Ambosse der Gewitter gewöhnlicherweise die Aufwindregion, wo die stärksten Gefahren erwartet werden. Bei vollentwickelten Gewittern wird daher empfohlen, das COALITION-2 Produkt zusammen mit dem Radarprodukt TRT zu verwenden.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Ulrich Hamann oder Lorenzo Clementi.

Weiterführende Informationen

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