Publication

Snowfall deposition in mountainous terrain: a statistical downscaling scheme from high-resolution model data on simulated topographies

Michael Lehning
2024
Article
Résumé

One of the primary causes of non-uniform snowfall deposition on the ground in mountainous regions is the preferential deposition of snow, which results from the interaction of near-surface winds with topography and snow particles. However, producing high-resolution snowfall deposition patterns can be computationally expensive due to the need to run full atmospheric models. To address this, we developed two statistical downscaling schemes that can efficiently downscale near-surface, low-resolution snowfall data to fine-scale snow deposition accounting for the effect of preferential deposition in mountainous regions. Our approach relies on a comprehensive, model database generated using 3D wind fields from an atmospheric model and a preferential deposition model on several thousand simulated topographies covering a broad range in terrain characteristics. Both snowfall downscaling schemes rely on fine-scale topographic scaling parameters and low-resolution wind speed as input. While one scheme, referred to as the "wind scheme", further necessitates fine-scale vertical wind components, a second scheme, referred to as the "aspect scheme", does not require fine-scale temporal input. We achieve this by additionally downscaling near-surface vertical wind speed solely using topographic scaling parameters and low-resolution wind direction. We assess the performance of our downscaling schemes using an independent subset of the model database on simulated topographies, model data on actual terrain, and spatially measured new snow depth obtained through a photogrammetric drone survey following a snowfall event on previously snow-free ground. While the assessments show that our downscaling schemes perform well (relative errors

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La neige () est une forme de précipitations atmosphériques constituée de particules de glace ramifiées, de structure et d'aspect très variables qui sont la plupart du temps cristallisées et agglomérées en flocons contenant de l'air. Mais cette glace peut aussi être sous forme de grains (neige en grains, neige roulée) ou mouillée. Lorsqu'il y a suffisamment de froid et d'humidité dans l'atmosphère, la neige se forme naturellement par condensation solide de la vapeur d'eau à saturation autour des noyaux de congélation.
Atmospheric model
In atmospheric science, an atmospheric model is a mathematical model constructed around the full set of primitive, dynamical equations which govern atmospheric motions. It can supplement these equations with parameterizations for turbulent diffusion, radiation, moist processes (clouds and precipitation), heat exchange, soil, vegetation, surface water, the kinematic effects of terrain, and convection. Most atmospheric models are numerical, i.e. they discretize equations of motion.
Cisaillement (météorologie)
vignette|upright=1.5|alt=Ciel bleu comportant quelques nuages épars|Nuages de type cirrus avec des signes de vents cisaillants en haute altitude Le cisaillement du vent est une différence de la vitesse ou de la direction du vent entre deux points suffisamment proches dans l'atmosphère. Selon que les deux points de référence sont à des altitudes différentes ou à des coordonnées géographiques différentes, le cisaillement est dit vertical ou horizontal.
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