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The evolution of liquid water/ice contents of a mid-latitude convective storm derived from radar data and results from a cloud-resolving model

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In a case study the evolution of the liquid water/ice content of an isolated thunderstorm observed by a Cband Doppler radar is investigated. To this end, a 3D cloud resolving mesoscale model is applied yielding the microphysical development of the observed storm including its radar reflectivities. The numerical results are used to derive relations between radar reflectivity Z and cloud mass L which are, on average, valid, on one hand, for mixed-phase cloud regions and, on the other hand, for those containing mostly liquid precipitation particles. These two model-based Z/L-relations are applied for calculating liquid water/ice contents of the observed storm. The liquid water/ice contents such obtained differ significantly from those employing commonly used Z/L-relations. The cloud water inside the cell volume is compared to the maximum available – pseudo-adiabatically determined – showing a good agreement only for the undiluted core of that cell. Finally, the precipitation efficiency is estimated resulting in an upper bound of about 60%.

Die Entwicklung des Flüssigwasser-/Eisgehalts einer isolierten, mit einen C-band Radar beobachteten Gewitterzelle wird in einer Fallstudie untersucht. Dazu wird ein dreidimensionales, wolkenauflösendes Mesoskalenmodell verwendet, mit dem die mikrophysikalische Entwicklung samt den entsprechenden Radarreflektivitäten berechnet wird. Die numerischen Ergebnisse werden verwendet, Beziehungen zwischen der Radarreflektivität Z und der Wolkenmasse L aufzustellen, die einerseits für Wolkenbereiche, die eine Mischung aus Eispartikeln und unterkühlten Tropfen enthalten, und andererseits für solche, die lediglich flüssige Niederschlagspartikel enthalten, gültig sind. Diese beiden, auf den Resultaten des numerischen Modells basierenden, Z/L-Beziehungen werden verwendet, die Eis- bzw. Wassergehalte der beobachteten konvektiven Zelle zu berechnen. Die so erhaltenen Eis- bzw. Wassergehalte unterscheiden sich signifikant von solchen, die mit üblichen Z/L-Beziehungen ermittelt werden. Das Wolkenwasser im Volumen der konvektiven Zelle wird mit dem verglichen, das sich ergibt, wenn man den maximal möglichen Wassergehalt pseudoadiabatisch berechnet. Eine gute Übereinstimmung findet man nur für den zentralen Kern der konvektiven Zelle. Schließlich wird die Niederschlagswirksamkeit abgeschätzt, für die sich eine obere Grenze von 60% ergibt.

Document Type: Research Article


Publication date: 2004-06-01

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