Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur skalenabhängigen Verifikation der quantitativen Niederschlagsvorhersage vom Lokal-Modell (LM) des Deutschen Wetter-dienstes. Dazu wurde ein neuer Beobachtungsdatensatz für Deutschland in stündlicher Auflösung, der den Niederschlag in einen konvektiven und stratiformen Anteil trennt für das Jahr 2004, erstellt. Die Idee der Arbeit ist, die niederschlagsrelevanten Wolkentypen des konventionellen Beobachtungsmessnetzes und abgeleitete Wolken-typen aus Meteosat-Daten bei der Interpolation zu verknüpfen. Die Effizienz der abgeleiteten Wolkentypen aus Meteosat-Daten wurde anhand einer Fehlermatrix für den Zeitraum von 1992 bis 2004 mit synoptischen Beobachtungen der Wolken verglichen. Die Trennung der konvektiven und stratiformen Niederschlagsereignisse erfolgte unter Verwendung der stündlichen Wolkenbeobachtungen sowie des Wetterzustandes und der Niederschlagsmenge der Jahre 1992 bis 2004. Auf der konvektiven Skala wurden die Wolkentypen Cumulus, Cumulus congestus sowie Cumulonimbus/Nimbostratus und für stratiforme Niederschlagsereignisse Stratus fractus, Stratocumulus sowie Altocumulus mit Altostratus/Nimbostratus ermittelt. Damit diese Wolkentypen für die Interpolation nutzbar gemacht werden können, wurden sie in dieser Arbeit in eine normierte Niederschlagshäufigkeit umgesetzt. Bei der Berechnung der Niederschlagsanalyse ‚mit’ und ‚ohne’ Satellitendaten konnte gezeigt werden, dass sich für Deutschland "mit Satellitendaten" eine um 33 mm niedrigere Jahressumme ergab. Der Anteil des konvektiven Niederschlages ergab eine um 10 mm höhere Niederschlagssumme, wohingegen der stratiforme Niederschlag um 43 mm im Jahr reduziert wurde. Durch diesen neuen skalenabhängigen Niederschlagsdatensatz wird erstmalig eine flächendeckende Analyse des Tagesgangs des Niederschlages durchgeführt. Es wird gezeigt, dass der Tagesgang des Niederschlages für Deutschland stark vom Tagesgang des konvektiven Niederschlages abhängt. Im Vergleich der Niederschlagsvorhersage vom LM mit der Niederschlaganalyse "mit Satellitendaten" zeigte sich, dass in der Simulation des Tagesganges vom konvektiven Niederschlag die Tageszeit des maximalen Regens drei Stunden zu früh vorhergesagt wird. In der Jahressumme wird der konvektive Modellniederschlag im Gegensatz zur Niederschlagsanalyse der Freien Universität Berlin um 144 mm unterschätzt und der stratiforme um 237 mm überschätzt. Auch die Gegenüberstellung der räumlichen Verteilung der Niederschlagsmenge macht die Unterschiede zwischen den Jahreszeiten deutlich. Hier zeigte sich, dass gerade der konvektive Niederschlag vom Modell im Winter und im Herbst in Deutschland stark unterschätzt wird. In dieser Arbeit wurde durch die Trennung des Niederschlages in einen konvektiven und stratiformen Anteil der Nachweis erbracht, dass die Komplexivität des Niederschlages auf der konvektiven Skala liegt.
This work will contribute to the scale-dependent verification of precipitation forecasts of the German Weather Service’s Lokal-Modell (LM). A new observational dataset separating stratiform and convective precipitation at a one-hour temporal resolution was produced for Germany for the year 2004. The underlaying idea of this work is to connect rain producing cloud types taken from synoptic observations and derived cloud types from Meteosat data by the interpolation scheme. The accuracy of the cloud types derived from Meteosat data are compared with observed cloud types by in an error matrix for the period of 1992 to 2004. The distinction between convective and stratiform precipitation was made by using hourly observations of clouds, ‘weather watch’ and the amount of precipitation for the period 1992 to 2004. In summary the clouds of the convective scale are cumulus, cumulus congestus as well as cumulo-nimbus/nimbostratus and for stratiform precipitation events stratus fractus, stratocumulus as soon as altocumulus with altostratus/nimbostratus. In order to be able to use cloud types for the interpolation, these data are normalized to yield values of frequency of rainfall. A precipitation analysis is created, first without satellite data and in a second step using satellite data. The comparison shows that the rainfall record for Germany in 2004 "including satellite data" is approximately 33 mm higher than without satellite data. The proportion of convective rainfall is 10 mm higher with satellite data; for stratiform precipitation, it is 43 mm lower with satellite data than without. For the first time, a country-wide analysis of the diurnal cycle of scale dependent precipitation could be performed. It was shown that the diurnal cycle of precipitation in Germany highly depends on the diurnal cycle of convective precipitation. It is shown that compared with the rainfall record maximum, precipitation events generated by the model (both total rainfall and convective rainfall) are forecast three hours too early in the diurnal cycle. In contrast to the rainfall analysis performed by the Free University of Berlin, the model precipitation underestimates the sum of annual convective precipitation by 144 mm, while stratiform precipitation is overestimated by 237 mm. These results show that spatial distribution of rainfall clearly indicates the difference between the seasons. It is demonstrated that convective rainfall in winter and autumn is greatly underestimated in the model. As a result of the overall assessment of precipitation forecast using the Lokal-Modell, it should be noted that structures that show pronounced regional heterogeneity are not adequately represented at the convective scale.
