Evaluation of state-of-the-art polarimetric ice microphysical retrievals exploiting ground based radar and airborne in-situ measurements
Authors: Blanke Armin , Heymsfield Andrew , Moser Manuel , Trömel Silke 
Published: March 2022

&lt;p&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;Polarimetric microphysical retrievals &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;bear&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt; great potential for the evaluation of numerical models and data assimilation. However, a solid database is still lacking to evaluate their accuracy. &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;In order to&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt; &lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;evaluate&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt; these retrievals &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;and assess their accuracy&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;, ground based polarimetric radar &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;measurements&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt; &lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;are&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt; collocated spatially and temporally with air&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;borne&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt; in-situ microphysical data &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;collected&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt; during the OLYMPEX campaign (Olympic Mountain Experiment). &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;etrievals for&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt; ice water content, total number concentration, and mean volume diameter of ice particles &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;are assessed &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;exploiting both X-band Doppler on Wheels (DOW) &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;measurements &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;and &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt; in-situ &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;measurements&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt; obtained by &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;the &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;University of Dakota (UND) Citation aircraft&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;. &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;ertical profiles of the microphysical&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt; retrievals&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt; are derived from sector-averaged RHI scans. &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;The c&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;omparison of the retrievals with in-situ data above the freezing level &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;reveals&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt; &lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;new &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;insight&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;s&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt; into &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;the &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;str&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;ngth&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;s&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;, weaknesses, and accurac&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;ies&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt; of the &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;different&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt; retrievals, as well as the advantages using polarimetric retrievals rather than non-polarimetric ones. &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;esults &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;clearly &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;demonstrate&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt; &lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;the superiority of the polarimetric retrievals&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;.&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt; &lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;Furthermore&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;, &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;the recently introduced hybrid ice water content retrieval exploiting reflectivity ZH, differential reflectivity ZDR and specific differential phase KDP &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;outperforms &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;other&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt; retrievals &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;based on either (ZH, ZDR) or (ZH, KDP) &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;or non-polarimetric retrievals &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;in terms of &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;correlation&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;s&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt; &lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;with in-situ measurements &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;and &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;the&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt; root mean square &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;error&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;. &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;Z&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;-based retrievals for &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;the &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;mean volume diameter &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;partly &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;exhibit significant deviations &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;from&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt; airborne in-situ measurements, while polarimetric retrievals show &lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt;a good&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;strong&gt;&lt;span&gt; agreement.&lt;/span&gt;&lt;/strong&gt;&lt;/p&gt;