scholarly journals Evaluation of Numerical Weather Model–Based Satellite Precipitation Adjustment in Tropical Mountainous Regions

2019 ◽  
Vol 20 (3) ◽  
pp. 431-445 ◽  
Author(s):  
Xinxuan Zhang ◽  
Emmanouil N. Anagnostou
Keyword(s):  
Real Time ◽  
Heavy Precipitation ◽  
Precipitation Event ◽  
Satellite Precipitation ◽  
Numerical Weather ◽  
Mountainous Regions ◽  
Numerical Weather Model ◽  
Weather Model ◽  
Precipitation Estimates ◽  
Daily Scale

Abstract The study evaluated a numerical weather model (WRF)-based satellite precipitation adjustment technique with 81 heavy precipitation events that occurred in three tropical mountainous regions (Colombia, Peru, and Taiwan). The technique was applied on two widely used near-real-time global satellite precipitation products—the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Climate Prediction Center morphing technique (CMORPH) and the Global Satellite Mapping of Precipitation project (GSMaP)—for each precipitation event. The WRF-adjusted satellite products along with the near-real-time and gauge-adjusted satellite products as well as the WRF simulation were evaluated by independent gauge networks at daily scale and event total scale. Results show that the near-real-time precipitation products exhibited severe underestimation relative to the gauge observations over the three tropical mountainous regions. The underestimation tended to be larger for higher rainfall accumulations. The WRF-based satellite adjustment provided considerable improvements to the near-real-time CMORPH and GSMaP products. Moreover, error metrics show that WRF-adjusted satellite products outperformed the gauge-adjusted counterparts for most of the events. The effectiveness of WRF-based satellite adjustment varied with events of different physical processes. Thus, the technique applied on satellite precipitation estimates of these events may exhibit inconsistencies in the bias correction.

TOMOREF operator as a tool to improve weather forecasts

2021 ◽  
Author(s):  
Natalia Hanna ◽  
Estera Trzcina ◽  
Maciej Kryza ◽  
Witold Rohm
Keyword(s):  
Data Assimilation ◽  
Weather Forecasting ◽  
Positive Impact ◽  
Precipitation Event ◽  
Initial State ◽  
Total Delay ◽  
Numerical Weather ◽  
Numerical Weather Model ◽  
Weather Model ◽  
Tomography Data

<p>The numerical weather model starts from the initial state of the Earth's atmosphere in a given place and time. The initial state is created by blending the previous forecast runs (first-guess), together with observations from different platforms. The better the initial state, the better the forecast; hence, it is worthy to combine new observation types. The GNSS tomography technique, developed in recent years, provides a 3-D field of humidity in the troposphere. This technique shows positive results in the monitoring of severe weather events. However, to assimilate the tomographic outputs to the numerical weather model, the proper observation operator needs to be built.</p><p>This study demonstrates the TOMOREF operator dedicated to the assimilation of the GNSS tomography‐derived 3‐D fields of wet refractivity in a Weather Research and Forecasting (WRF) Data Assimilation (DA) system. The new tool has been tested based on wet refractivity fields derived during a very intense precipitation event. The results were validated using radiosonde observations, synoptic data, ERA5 reanalysis, and radar data. In the presented experiment, a positive impact of the GNSS tomography data assimilation on the forecast of relative humidity (RH) was noticed (an improvement of root‐mean‐square error up to 0.5%). Moreover, within 1 hour after assimilation, the GNSS data reduced the bias of precipitation up to 0.1 mm. Additionally, the assimilation of GNSS tomography data had more influence on the WRF model than the Zenith Total Delay (ZTD) observations, which confirms the potential of the GNSS tomography data for weather forecasting.</p>

scholarly journals Evaluation of High-Resolution Satellite-Based Real-Time and Post-Real-Time Precipitation Estimates during 2010 Extreme Flood Event in Swat River Basin, Hindukush Region

2016 ◽  
Vol 2016 ◽  
pp. 1-8 ◽  
Author(s):  
Muhammad Naveed Anjum ◽  
Yongjian Ding ◽  
Donghui Shangguan ◽  
Muhammad Wajid Ijaz ◽  
Shiqiang Zhang
Keyword(s):  
Real Time ◽  
Correlation Coefficient ◽  
Spatial Correlation ◽  
River Basin ◽  
Heavy Precipitation ◽  
Precipitation Event ◽  
Extreme Precipitation Events ◽  
Extreme Flood ◽  
Precipitation Estimates ◽  
Swat River

Satellite-based real-time and post-real-time precipitation estimates of Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) Multisatellite Precipitation Analysis (TMPA-3B42) were evaluated during an extreme heavy precipitation event (on 28–30 July 2010) over Swat River Basin and adjacent areas in Hindukush Region. Observations of 15 rain gauging stations were used for the evaluation of TMPA products. Results showed that the spatial pattern of precipitation in the event was generally captured by post-real-time product (3B42V7) but misplaced by real-time product (3B42RT), witnessed by a high spatial correlation coefficient for 3B42V7 (CC = 0.87) and low spatial correlation coefficient for 3B42RT (CC = 0.20). The temporal variation of the storm precipitation was not well captured by both TMPA products. 3B42V7 product underestimated the storm accumulated precipitation by 32.15%, while underestimation by 3B42RT was 66.73%. Based on the findings of this study, we suggest that the latest TMPA-based precipitation products, 3B42RT and 3B42V7, might not be able to perform well during extreme precipitation events, particularly in complex terrain regions like Hindukush Mountains. Therefore, cautions should be considered while using 3B42RT and 3B42V7 as input data source for the modelling, forecasting, and monitoring of floods and potential landslides in Hindukush Region.

scholarly journals Assessment of Near-Real-Time Satellite Precipitation Products from GSMaP in Monitoring Rainfall Variations over Taiwan

2021 ◽  
Vol 13 (2) ◽  
pp. 202
Author(s):  
Wan-Ru Huang ◽  
Pin-Yi Liu ◽  
Jie Hsu ◽  
Xiuzhen Li ◽  
Liping Deng
Keyword(s):  
Real Time ◽  
Complex Terrain ◽  
Daily Rainfall ◽  
Rainfall Estimation ◽  
Rainfall Events ◽  
Satellite Precipitation ◽  
Different Seasons ◽  
Daily Scale ◽  
Rainfall Variations ◽  
Southwestern Taiwan

This study assessed four near-real-time satellite precipitation products (NRT SPPs) of Global Satellite Mapping of Precipitation (GSMaP)—NRT v6 (hereafter NRT6), NRT v7 (hereafter NRT7), Gauge-NRT v6 (hereafter GNRT6), and Gauge-NRT v7 (hereafter GNRT7)— in representing the daily and monthly rainfall variations over Taiwan, an island with complex terrain. The GNRT products are the gauge-adjusted version of NRT products. Evaluations for warm (May–October) and cold months (November–April) were conducted from May 2017 to April 2020. By using observations from more than 400 surface gauges in Taiwan as a reference, our evaluations showed that GNRT products had a greater error than NRT products in underestimating the monthly mean rainfall, especially during the warm months. Among SPPs, NRT7 performed best in quantitative monthly mean rainfall estimation; however, when examining the daily scale, GNRT6 and GNRT7 were superior, particularly for monitoring stronger (i.e., more intense) rainfall events during warm and cold months, respectively. Spatially, the major improvement from NRT6 to GNRT6 (from NRT7 to GNRT7) in monitoring stronger rainfall events over southwestern Taiwan was revealed during warm (cold) months. From NRT6 to NRT7, the improvement in daily rainfall estimation primarily occurred over southwestern and northwestern Taiwan during the warm and cold months, respectively. Possible explanations for the differences between the ability of SPPs are attributed to the algorithms used in SPPs. These findings highlight that different NRT SPPs of GSMaP should be used for studying or monitoring the rainfall variations over Taiwan for different purposes (e.g., warning of floods in different seasons, studying monthly or daily precipitation features in different seasons, etc.).

scholarly journals Improving satellite precipitation estimates over complex terrain through the use of high-resolution numerical weather predictions

2018 ◽  
Author(s):  
Νικόλαος Μπαρτσώτας
Keyword(s):  
High Resolution ◽  
Complex Terrain ◽  
Satellite Precipitation ◽  
Numerical Weather ◽  
Precipitation Estimates

Ο υετός αποτελεί θεμελιώδη παράμετρο για ένα ευρύτατο φάσμα ανθρώπινων δραστηριοτήτων. Τόσο η έλλειψη όσο και οι υπερβολικές του ποσότητες προκαλούν σημαντικές συνέπειες και απειλούν ανθρώπινες ζωές και υποδομές. Η αβεβαιότητα που εξακολουθεί να υπάρχει στην πρόγνωση και επισκόπησή του, έχει σημαντικότατες προεκτάσεις στην γεωργία, τις μεταφορές, την αξιοποίηση υδάτινων πόρων καθώς και την παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές. Σε ακραίες εκδοχές φαινομένων υετού, όπως οι πολύ ισχυρές καταιγίδες που συνοδεύονται από ηλεκτρικά φαινόμενα, η αβεβαιότητα αυτή καθίσταται ισχυρότερη. Αυτού του είδους οι καταιγίδες αναπτύσσονται σε πολύ μικρές χωρικές και χρονικές κλίμακες, χαρακτηριστικό το οποίο ανάγει την πρόγνωσή τους σε ιδιαίτερα απαιτητική διαδικασία.Η απαραίτητη πληροφορία είναι επί του παρόντος αδύνατον να προκύψει από μία και μόνο πηγή μέτρησης ή έμμεσης εκτίμησης του υετού, καθώς έκαστη συνοδεύεται από συγκεκριμένους περιορισμούς. Καθίστανται έτσι επιτακτική η ανάγκη προς μια συνδυαστική προσέγγιση. Η συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή συνεισφέρει στη δημιουργία καλύτερων εκτιμήσεων υετού πάνω από περιοχές έντονου αναγλύφου, συνδυάζοντας αποτελεσματικά τα επιμέρους θετικά των διαθέσιμων πηγών πληροφορίας. Μετρήσεις από όργανα τηλεπισκόπησης (μετεωρολογικά ραντάρ και δορυφόροι), παρατηρήσεις από δίκτυα βροχομέτρων και ένα πλήθος αριθμητικών μοντέλων πρόγνωσης (ατμοσφαιρικό, υδρολογικό, μοντέλο διάχυσης σωματιδίων) επιστρατεύονται προς αυτό το σκοπό.Μια νέα τεχνική προσαρμογής δορυφορικών μετρήσεων αναπτύχθηκε στα πλαίσια αυτής της διατριβής. Σε αυτή, τα δορυφορικά δεδομένα αξιοποιούνται ως προς την εκτίμηση της χωροχρονικής εξέλιξης των καταιγίδων, ενώ σε ότι αφορά την ποσότητα του υετού, οι εκτιμήσεις προσαρμόζονται στις αντίστοιχες του αριθμητικών μοντέλων πρόγνωσης. Κατ’ αυτόν τον τρόπο, η αξιόπιστη χωροχρονική επισκόπηση από τους δορυφόρους διατηρείται ενώ οι συχνά εσφαλμένες ποσότητες υετού των δορυφορικών οργάνων πάνω από ορεινές περιοχές διορθώνονται με τη χρήση των ατμοσφαιρικών προσομοιώσεων. Η διόρθωση των δορυφορικών δεδομένων λαμβάνει χώρα μέσω μιας μεθόδου πυκνότητας πιθανότητας. Η αξιολόγηση των πρωτογενών δορυφορικών δεδομένων, των αριθμητικών προσομοιώσεων και των τελικών υβριδικών προϊόντων γίνεται έναντι σε πυκνά δίκτυα βροχομέτρων και πεδία από διαθέσιμα μετεωρολογικά ραντάρ. Λαμβάνει δε χώρα σε τρεις ορεινές περιοχές με διαφορετικά χαρακτηριστικά: δύο μέσων γεωγραφικών πλατών (Άλπεις και Βραχώδη Όρη) και μια υποτροπική (Αιθιοπία).Οι προσομοιώσεις των αριθμητικών μοντέλων υποδεικνύουν τη φύση των περιορισμών στην ανίχνευση του υετού από τα δορυφορικά όργανα. Μια μικροφυσική διερεύνηση λαμβάνει χώρα και οι ομοιότητες που παρουσιάζουν οι εν λόγω καταιγίδες στις περιπτώσεις όπου η δορυφορική ανίχνευση εμφανίζει μεγάλες αποκλίσεις από τις παρατηρήσεις σχολιάζονται διεξοδικά. Παράλληλα, παρουσιάζεται μια εκτίμηση του οφέλους που μπορεί να προκύψει στο άμεσο μέλλον από την υιοθέτηση πολύ λεπτομερών χωρικών αναλύσεων στα αριθμητικά μοντέλα πρόγνωσης. Αποτελέσματα από προσομοιώσεις σε χωρικές κλίμακες μικρότερες του 1 χιλιομέτρου (σ.σ.: έως και 250 μέτρα) συγκρίνονται με αντίστοιχα από κλίμακες που αποτελούν τον τρέχοντα κανόνα στις μετεωρολογικές υπηρεσίες (1 και 4 χιλιόμετρα). Οι επιπτώσεις που προκαλούν αυτές οι διαφορές στην εκτίμηση του υετού από το ατμοσφαιρικό μοντέλο στην υδρολογία και συγκεκριμένα στην απορροή των υδάτων εξετάζονται μέσω αντίστοιχων προσομοιώσεων με υδρολογικό μοντέλο.Για τις ανάγκες της διατριβής χρησιμοποιήθηκαν ένα εξελιγμένο ατμοσφαιρικό αριθμητικό μοντέλο (RAMS/ICLAMS), ένα υδρολογικό μοντέλο (CREST) καθώς κι ένα λανγκρανζιανό μοντέλο διασποράς-διάχυσης (HYPACT). Το πρώτο καθόρισε την υετίσιμη ποσότητα σε κάθε καταιγίδα και παρείχε την πληροφορία για περαιτέρω ανάλυση σε επίπεδο μικροφυσικής νεφών, το δεύτερο εκτίμησε τις απορροές που προέκυψαν από τις ατμοσφαιρικές προσομοιώσεις και το τρίτο χρησίμευσε στον καθορισμό της προέλευσης των υγρών αερίων μαζών πάνω από περιοχές όπου η βιβλιογραφία δεν ήταν ιδιαίτερα εκτεταμένη. Δυο δορυφορικά προϊόντα, που βασίζονται σε διαφορετικές τεχνικές ανίχνευσης και συγκεκριμένα από αισθητήρες υπέρυθρου (IR) και μικροκυμάτων (PMW) χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να υποδείξουν τους περιορισμούς που χαρακτηρίζουν την κάθε μέθοδο ανίχνευσης πάνω από περιοχές έντονου αναγλύφου. Αμφότερα είναι προϊόντα υψηλής χωρικής ανάλυσης (4 και 8 χιλιόμετρα αντίστοιχα).Τα αποτελέσματα εμφανίζουν οφέλη από τις λεπτομερείς χωρικές κλίμακες των προσομοιώσεων, τόσο στις ποσότητες του υετού, στη λεπτομερέστερη χωρική του κατανομή, όσο και την ακριβέστερη εκτίμηση της απορροής στη συνέχεια. Οι δορυφορικές μετρήσεις εμφανίζουν μια ξεκάθαρη τάση υποεκτίμησης του υετού πάνω από περιοχές έντονου αναγλύφου. Τα διορθωμένα δορυφορικά προϊόντα που προέκυψαν από την προτεινόμενη μέθοδο, υπερτερούν έναντι των πρωτογενών στη στατιστική ανάλυση και στις δύο περιοχές εφαρμογής. Σε επίπεδο μικροφυσικών ομοιοτήτων μεταξύ των περιπτώσεων ανεπαρκούς ανίχνευσης από τα δορυφορικά όργανα, παρατηρήθηκαν μικρές συγκεντρώσεις σωματιδίων πάγου και νεφικοί σχηματισμοί με περιορισμένη κατακόρυφη ανάπτυξη. Η διόρθωση των δορυφορικών παρατηρήσεων μέσω των αριθμητικών προσομοιώσεων εμφανίζεται ως μια αξιόπιστη εναλλακτική σε περιοχές όπου οι παρατηρήσεις δεν είναι επαρκείς προς εξυπηρέτηση αυτού του σκοπού.Η συνεισφορά της παρούσης διατριβής έγκειται αφενός στην προετοιμασία του εδάφους για μελλοντικά υβριδικά προϊόντα υετού, αφετέρου στην ανίχνευση των μικροφυσικών ομοιοτήτων που εμφανίζουν οι καταιγίδες οι οποίες δεν ανιχνεύονται ικανοποιητικά από τα δορυφορικά όργανα. Το τελευταίο μπορεί να καθορίσει σημαντικά την ανάπτυξη των σύγχρονων αλγορίθμων ανίχνευσης από τους παθητικούς αισθητήρες μικροκυμάτων. Τέλος, η εφαρμογή της προτεινόμενης μεθοδολογίας σε ψευδο-επιχειρησιακή βάση κατά τη διάρκεια ενός ιστορικού πλυμμηρικού φαινομένου, παρέχει μια εκτίμηση της επιχειρησιακής εφαρμοσιμότητας και του συγκριτικού οφέλους που μπορεί να προκύψει από την υιοθέτηση της συγκεκριμένης μεθόδου σε συστήματα έγκαιρης πρόγνωσης και πρόληψης πλημμυρών.

scholarly journals Validation of 7 Years in-Flight HY-2A Calibration Microwave Radiometer Products Using Numerical Weather Model and Radiosondes

2019 ◽  
Vol 11 (13) ◽  
pp. 1616 ◽  
Author(s):  
Zhilu Wu ◽  
Jungang Wang ◽  
Yanxiong Liu ◽  
Xiufeng He ◽  
Yang Liu ◽  
...  
Keyword(s):  
Microwave Radiometer ◽  
The Arctic ◽  
Radiosonde Data ◽  
Polar Regions ◽  
Systematic Bias ◽  
Tropical Regions ◽  
Numerical Weather ◽  
Numerical Weather Model ◽  
Weather Model ◽  
Interim Products

Haiyang-2A (HY-2A) has been working in-flight for over seven years, and the accuracy of HY-2A calibration microwave radiometer (CMR) data is extremely important for the wet troposphere delay correction (WTC) in sea surface height (SSH) determination. We present a comprehensive evaluation of the HY-2A CMR observation using the numerical weather model (NWM) for all the data available period from October 2011 to February 2018, including the WTC and the precipitable water vapor (PWV). The ERA(ECMWF Re-Analysis)-Interim products from European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) are used for the validation of HY-2A WTC and PWV products. In general, a global agreement of root-mean-square (RMS) of 2.3 cm in WTC and 3.6 mm in PWV are demonstrated between HY-2A observation and ERA-Interim products. Systematic biases are revealed where before 2014 there was a positive WTC/PWV bias and after that, a negative one. Spatially, HY-2A CMR products show a larger bias in polar regions compared with mid-latitude regions and tropical regions and agree better in the Antarctic than in the Arctic with NWM. Moreover, HY-2A CMR products have larger biases in the coastal area, which are all caused by the brightness temperature (TB) contamination from land or sea ice. Temporally, the WTC/PWV biases increase from October 2011 to March 2014 with a systematic bias over 1 cm in WTC and 2 mm in PWV, and the maximum RMS values of 4.62 cm in WTC and 7.61 mm in PWV occur in August 2013, which is because of the unsuitable retrieval coefficients and systematic TB measurements biases from 37 GHz band. After April 2014, the TB bias is corrected, HY-2A CMR products agree very well with NWM from April 2014 to May 2017 with the average RMS of 1.68 cm in WTC and 2.65 mm in PWV. However, since June 2017, TB measurements from the 18.7 GHz band become unstable, which led to the huge differences between HY-2A CMR products and the NWM with an average RMS of 2.62 cm in WTC and 4.33 mm in PWV. HY-2A CMR shows high accuracy when three bands work normally and further calibration for HY-2A CMR is in urgent need. Furtherly, 137 global coastal radiosonde stations were used to validate HY-2A CMR. The validation based on radiosonde data shows the same variation trend in time of HY-2A CMR compared to the results from ECMWF, which verifies the results from ECMWF.

Synergistic Use of Satellite Observations and Numerical Weather Model to Study Atmospheric Occluded Fronts

2015 ◽  
Vol 53 (9) ◽  
pp. 5269-5279 ◽  
Author(s):  
Xiaofeng Li ◽  
Xiaofeng Yang ◽  
Weizhong Zheng ◽  
Jun A. Zhang ◽  
Leonard J. Pietrafesa ◽  
...  
Keyword(s):  
Satellite Observations ◽  
Numerical Weather ◽  
Numerical Weather Model ◽  
Weather Model
Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document