Evaluating regional atmospheric water vapour estimates derived from GPS and short‐range forecasts of the Canadian Global Environmental Multiscale model in southern Alberta

Abstract

Integrated atmospheric moisture has been derived from a network of Global Positioning System (GPS) receivers established in southern Alberta. GPS receivers and post‐processing techniques provide the ability to estimate integrated precipitable water vapour (PWV) at temporal and spatial scales not usually available using conventional observational techniques and without costly expendables. GPS‐derived PWV was evaluated during the Alberta GPS Atmospheric Moisture Evaluation (A‐GAME) using nearby radiosonde observations from the Airdrie, Olds‐Didsbury and Sundre airports during field campaigns in the summers of 2003 and 2004. For the 2004 A‐GAME period, the regional (15 km) Global Environmental Multiscale model (GEM)‐modelled PWV was compared to the GPS derived PWV using a distance weighting approach. GEM model performance was assessed with regards to prognosis time (from 0 to 9 hours), grid cell elevation, location and the presence of storms in the study region. The results show that there is good agreement between radiosonde‐derived PWV and PWV derived from nearby GPS sites with correlations (r²) ranging from 0.76 to 0.84; the GPS‐derived PWV showed a small dry bias averaging 0.6 mm. When compared to GPS‐derived PWV, GEM model performance was found to be favourable out to the hour‐3 prognosis with an overall correlation (r²) of 0.63. Performance decreased with increasing prognosis time and as a result of the presence of storm activity in the study region but did not decrease with increasing grid cell elevation.

Résumé

[Traduit par la rédaction] L'humidité atmosphérique intégrée a été dérivée à partir d'un réseau de récepteurs GPS (système mondial de localisation) établi dans le sud de l'Alberta. Grâce aux récepteurs GPS et à des techniques de post‐traitement, il est possible d'estimer la vapeur d'eau précipitable (VEP) intégrée à des échelles spatiales et temporelles que ne permettent habituellement pas les techniques classiques d'observation et sans employer de coûteux dispositifs non récupérables. La VEP dérivée par GPS a été évaluée lors du projet Alberta GPS Atmospheric Moisture Evaluation (A‐GAME) au moyen d'observations par radiosonde faites à proximité, aux aéroports de Airdrie, Olds‐Didsbury et Sundre, pendant les études sur le terrain menées au cours des étés de 2003 et 2004. Pour la période A‐GAME de 2004, la VEP modélisée par le GEM (modèle global environnemental multi‐échelle) régional (15 km) a été comparée à la VEP dérivée par GPS à l'aide d'une technique de pondération en fonction de la distance. La performance du GEM a été évaluée par rapport à la portée de la prévision (de 0 à 9 heures), à l'altitude de la maille de la grille, à l'endroit considéré et à la présence d'orages dans la région à l'étude. Les résultats montrent que la VEP dérivée des sondages concorde bien avec la VEP dérivée des sites GPS à proximité, avec des corrélations (r²) allant de 0,76 à 0,84; la VEP dérivée par GPS a affiché un léger biais sec de 0,6 mm en moyenne. Par comparaison à la VEP dérivée par GPS, la performance du GEM s'est révélée favorable jusqu'à la prévision pour l'heure 3, avec une corrélation générale (r²) de 0,63. La performance a diminué à mesure que le temps de prévision augmentait et lorsqu'il y avait de l'activité orageuse dans la région à l'étude, mais elle n'a pas diminué à mesure qu'augmentait l'altitude de la maille.

Notes

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