Kunstmann, H.

Marx, A.

Smiatek, G.

Werhahn, J.

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Dr. A. Marx | Institut für Meteorologie and Klimaforschung (Garmisch-Partenkirchen)KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Combined meteorological-hydrological forecasting for the Alpine regionwith hydrological focus on the Ammer catchmentJointMAP D-PHASE Scientific Meeting -COST 731 mid-term seminar19-22 May 2008 in Bologna, ItalyA. Marx, J. Werhahn, G. Smiatek, H. KunstmannForschungszentrum Karlsruhe, IMK-IFU, Garmisch-PartenkirchenDr. A. Marx | Institut für Meteorologie and Klimaforschung (Garmisch-Partenkirchen)KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Motivation17003000Total 200540409Total 199946205Bavaria 200530393Bavaria 1999Insured(Mio. €)Total(Mio. €)Flood EventDr. A. Marx | Institut für Meteorologie and Klimaforschung (Garmisch-Partenkirchen)KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)• operational NWP (MM5) since 1999 (Christophorus flood) at IMK-IFU• MCCM (MM5+chemical solvers)• 3 Domain Setup MM5/MCCM, Δx 60 – 15 - 3.75 km• MM5 results are published @ http://imk-ifu.fzk.de• operational NWP (WRF-ARW) since 2007• 72h-Forecast twice daily• GFS input data – no ensemblesNumerical Weather  PredictionDr. A. Marx | Institut für Meteorologie and Klimaforschung (Garmisch-Partenkirchen)KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Domain 1: 55 x 45 grid cells, 60x60 km²Domain 2: 77 x 73 grid cells, 15x15 km²Domain 3: 57 x 49 grid cells, 3.75x3.75 km²Operational D-Phase Setup MM5WaSiMPREVAH15km3.75kmDr. A. Marx | Institut für Meteorologie and Klimaforschung (Garmisch-Partenkirchen)KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Results for MM5 D033.75kmDr. A. Marx | Institut für Meteorologie and Klimaforschung (Garmisch-Partenkirchen)KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)DEM D03 & available 113 observation stationsDr. A. Marx | Institut für Meteorologie and Klimaforschung (Garmisch-Partenkirchen)KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Probablility of Detection POD, forecast 1-12h, MM5 3.75km,    all forecasts   june-oct. 2007,12h accumulated rain,treshold 2.4mm Results for MM5 D03Dr. A. Marx | Institut für Meteorologie and Klimaforschung (Garmisch-Partenkirchen)KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Probablility of Detection POD, forecast 49-60h, MM5 3.75km,    all forecasts   june-oct. 2007,12h accumulated rain,treshold 2.4mm Results for MM5 D03Dr. A. Marx | Institut für Meteorologie and Klimaforschung (Garmisch-Partenkirchen)KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)False Alarm Ratio FAR, forecast 1-12h, MM5 3.75km,    all forecasts   june-oct. 2007,12h accumulated rain,treshold 2.4mm Results for MM5 D03Dr. A. Marx | Institut für Meteorologie and Klimaforschung (Garmisch-Partenkirchen)KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Relative Error,  all forecasts, MM5 3.75km,       june-oct. 2007,Results for MM5 D03Dr. A. Marx | Institut für Meteorologie and Klimaforschung (Garmisch-Partenkirchen)KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Results for MM5 D03Relative Error,  all forecasts, MM5 3.75km,       September 2007Dr. A. Marx | Institut für Meteorologie and Klimaforschung (Garmisch-Partenkirchen)KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)MunichGarmischInnsbruckLandsat TM (30m)[ch 7-5-3]1991-30-08Hydrological testbed: Ammer CatchmentDr. A. Marx | Institut für Meteorologie and Klimaforschung (Garmisch-Partenkirchen)KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)WeilheimOberhausenPeissenbergObernachUnternoggO’gauWater Balance Simulation Model (WaSiM-ETH) (Schulla & Jasper 2001 / 2007)• distributed Modell, 100 m raster resolution• physically based process descriptions• Richards equation (Richards, 1931)• hydraulic conductivity after van Genuchten (1976) • Evapotranspiration after Penman-Monteith(Monteith, 1975; Brutsaert, 1982)• Snow storage model (Anderson, 1993)• Soil moisture storageHydrological ModelingDr. A. Marx | Institut für Meteorologie and Klimaforschung (Garmisch-Partenkirchen)KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Water Balance ModellWaSiMGlobal Forecasting System NCEP GFS (AVN)Online availableObserved Met-station data2-week WaSiM-run to provide initial conditionsDISCHARGE PREDICTIONLimited Area ModelMM5 + WRFHydrometeorological Prediction SystemDr. A. Marx | Institut für Meteorologie and Klimaforschung (Garmisch-Partenkirchen)KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)River discharge[mm h-1km-2]WRF-WaSiM Prediction Century flood 2005Return period100 years10 yearsDr. A. Marx | Institut für Meteorologie and Klimaforschung (Garmisch-Partenkirchen)KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)red line: forecastblack: observationgreen: rain gagesblue: radar rainfall13 flood forecasts fortwo runoff events in June 2001Validation WRF-WaSiM Period 2001River discharge[mm h-1km-2]Dr. A. Marx | Institut für Meteorologie and Klimaforschung (Garmisch-Partenkirchen)KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)River gage Peissenberg; MM5-3.75km/WaSiMDr. A. Marx | Institut für Meteorologie and Klimaforschung (Garmisch-Partenkirchen)KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)River gage Peissenberg; MM5-15km/WaSiMDr. A. Marx | Institut für Meteorologie and Klimaforschung (Garmisch-Partenkirchen)KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)• highter horizontal resolution does not automatically tendto better rainfall forecasts in both MM5 and WRF• MM5 15km/WRF 20km rainfall predictions outperformhigher resolutions• Rainfall overestimations (MM5 3.75km/WRF 5km) propagate to river discharge forecasts• Calibration of hydrological models: resolution of observation stations < 20km!-> horizontal resolution of input data effects surface runoffgenerationConclusions Dr. A. Marx | Institut für Meteorologie and Klimaforschung (Garmisch-Partenkirchen)KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Thank you for your attention!

Combined meteorological-hydrological forecasting for the Alipine region with hydrological focus on the Ammer catchment

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Combined meteorological-hydrological forecasting for the Alipine region with hydrological focus on the Ammer catchment

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