Open Access Application of ground-based, multi-channel microwave radiometer in the nowcasting of intense convective weather through instability indices of the atmosphere

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A ground-based microwave radiometer gives the possibility of providing continuously available temperature and humidity profiles of the troposphere, from which instability indices of the atmosphere could be derived. This paper studies the possibility of correlating the radiometer-based instability indices with the occurrence of intense convective activity, namely, the occurrence of lightning. The correlation so established could be useful for the nowcasting of convective weather: the weather forecaster follows the evolution of the radiometer-based instability indices in order to access the chance for lightning to occur. The quality of the radiometer-based instability indices is first established by comparing with the radiosonde-based indices. Though there are biases and spreads in the scatter plots of the two datasets, the radiometer-based indices appear to follow the trend of the radiosonde-based indices in spite of the differences in measurement locations and working principles of the two instruments. The thresholds of instability indices for the occurrence of lightning (using 1 discharge) are then determined, specifically for the radiometer in use and the climatological condition in Hong Kong. It turns out that, among all the indices considered in this paper, KI has the best performance in terms of probability of detection of lightning occurrence, particularly for non-summer months, by using an optimum threshold. Finally, the correlation between the instability index and the amount of lightning strokes (within a certain distance from the radiometer) is established. It turns out that the correlation is the best using the minimum value of humidity index, with correlation coefficient of 0.55. The distance from the radiometer considered is about 30 km (having the best correlation between the number of lightning discharges and the instability index), which may be taken as the area over which the radiometer's measurement is considered to be representative of the atmospheric conditions.

German
Bodengestützte Mikrowellen-Radiometer geben die Möglichkeit, kontinuierliche Profildaten für Temperatur und Feuchte bereit zu stellen, aus welchen Instabilitätsindizes für die Atmosphäre abgeleitet werden können. Hier soll die Möglichkeit der Korrelation von radiometer-basierten Instabilitätsindizes mit dem Auftreten von konvektiver Aktivität (Blitzen) untersucht werden. Solche Korrelationen könnten für das Nowcasting von konvektiven Wettererscheinungen nützlich sein: der Beobachter könnte aus der zeitlichen Entwicklung dieser Indizes auf die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Blitzen schließen. Zunächst wird die Qualität dieser Indizes mit solchen aus Radiosondendaten verglichen. Trotz systematischen Abweichungen und Streuungen scheinen diese Indizes denen aus den Radiosondendaten zu folgen. Dies geschieht, obwohl eine räumliche Distanz und prinzipielle Unterschiede zwischen den beiden Messsystemen bestehen. Danach werden Schwellenwerte für die Indizes bestimmt, die für die klimatologischen Gegebenheiten Hongkongs gelten. Es stellt sich heraus, dass der KI-Index die beste Fähigkeit hat, das Auftreten von Blitzen vorherzusagen, insbesondere für die Nicht-Sommer-Monate. Schließlich wird eine Korrelation zwischen den Index-Werten und der Blitzzahl untersucht. Hier zeigt sich mit 0,55 die beste Korrelation mit dem Minimalwert des Feuchteindex. Aus der Korrelation mit der Blitzzahl kann gefolgert werden, dass die Radiometerwerte für einen Umkreis von ca. 30 km für die atmosphärischen Bedingungen repräsentativ sind.

Document Type: Research Article

DOI: http://dx.doi.org/10.1127/0941-2948/2011/0276

Publication date: August 1, 2011

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