Zum System der Meeresströmungen in den höheren Breiten

Zusammenfassung Es wird gezeigt, daß in den höheren Breiten zwischen dem ozeanischen Stromfeld und der Windverteilung beträchtliche Unterschiede bestehen. Daher wird als Ursache des Strömungssystems nicht das Windfeld, sondern die Süßwasserzufuhr vom Festland angesehen, welche als Salzgehaltsstörung das küstennahe Massenfeld beherrscht und entsprechend dem Theorem nach Bjerknes ein Gradientstromsystem bedingt, welches dem beobachteten entspricht.

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A contribution to the system of ocean currents in the higher latitudes

Summary It is demonstrated that in the high latitudes, considerable differences exist between the oceanic current system and the wind distribution. It is, therefore, supposed that it is not the windfield that gives rise to the existing current system but the supply of fresh water from the continent which, as a salinity disturbance, plays a dominant part in the field of mass near the coast. According to Bjerknes' theorem, the disturbance of salinity conditions a gradient current system; this is in good agreement with the observations.

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Sur le système de courants marins par les hautes latitudes

Résumé On montre qu'il existe par les hautes latitudes de différences considérables entre le système de courants océaniques et la distribution des vents. Pour cette raison, on suppose que c'est l'afflux d'eau douce venant du continent et non le champ du vent qui engendre le système de courants dominant, sous la forme d'une perturbation de salinité, le champ de masse près des côtes. D'après le théorème de Bjerknes le système de courants de gradient est la conséquence nécessaire de la perturbation de salinité ce qui est en bon accord avec les observations faites dans ce domaine.

     

Zum Problem der „Dynamischen Bezugsfläche“, insbesondere im Golfstromgebiet

Zusammenfassung In der Ozeanographie ist cs üblich, als dynamische Bezugsfläche eine Nullfläche zu wählen, d. h. eine Fläche im baroklinen Ozean, in der die Geschwindigkeit der Strömung verschwindet. Die Kenntnis dieser Tiefe, also der Untergrenze des Strömungssystems, ist nicht nur eine Voraussetzung für die Berechnung absoluter Strömungen nach der klassischen Methode, sondern auch wichtig für eine Analyse der Dynamik ozeanischer Zirkulationsvorgänge.Bei der theoretischen Behandlung cines vertikal und horizontal geschichteten Ozeans mit Hilfe der vertikal integrierten Bewegungsgleichungen treten Glieder auf, die eine Kenntnis der Tiefenlage des Strömungssystems voraussetzen. Nur im Falle sehr spezieller Bedingungen oder einer konstanten Tiefe des Zirkulationssystems verschwinden die von der Untergrenze abhängigen Glieder.In der vorliegenden Arbeit wird an einem einfachen Modell der Einfluß einer variablen Tiefe der Untergrenze des Strömungssystems auf den horizontalen Massentransport diskutiert. Ein interessantes Beispiel bietet das Stromsystem an der Ostküste von Nordamerika, wo das Feld des Golfstromes einem äquivalent-barotropen System zuzustreben scheint. Ein solches Feld erfordert einen starken Abfall der Untergrenze der Strömung von der linken zur rechten Flanke, d. h. vom Kontinentalschelf zur Sargassosee. Die so geforderte Nullfläche stimmt gut mit der nach der D efantschen Methode bestimmten überein.

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On the problem of the dynamical reference surface with special consideration of the Gulf Stream

Summary It has become a customary practice in oceanography to choose as a dynamical reference surface a zerolevel, that is, a surface in the barocline ocean where the current velocities vanish. The knowledge of the depth of such a surface, or of the lower boundary of the current system, is not only required for computing absolute currents according to the classical method, but it is also important for an analysis of the dynamics of the oceanic circulation.When dealing theoretically with a stratified ocean by means of the vertically integrated equations of motion, additional terms appear in the basic equations which depend on the depth of the lower boundary of the current system. The terms which depend on the variable depth of this lower boundary would disappear only in the case of very special conditions or of a constant depth of the circulation.The present paper discusses a simple model which shows the effect of a variable depth of the lower boundary of the current system on the horizontal mass transport. An interesting example is offered by the currents off the east coast of North America, where the current field of the Gulf Stream seems to approach an equivalent-barotropic system. Such a field requires a strong slope of the lower boundary of the current, that is, of the zero level, from the left to the right hand border, or from the continental shelf towards the Sargasso Sea. This zero level as requir ed theoretically for stationary currents agrees well with the level of no motion as determined by the method of A. Defant.

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Sur le problème d'une «surface de référence dynamique» discuté en considération spéciale de la région du courant du Golfe

Résumé Les océanographes ont pris l'habitude de choisir comme «surface de référence dynamique» un «niveau de zéro», c. a. d. une surface dans l'océan barocline où la vitesse devient nulle. La connaissance de la situation en profondeur d'une surface, donc, la limite inférieure du système de courants est non seulement indispensable au calcul des courants absolus d'après la méthode classique mais aussi importante à l'analyse de la dynamique de la circulation océanique.Si l'on étudie théoriquement un océan stratifié en se servant des équations de mouvements verticalement intégrées, on rencontre dans les équations fondamentales des termes additionnels qui dépendent de la limite inférieure du système de courants. Ces termes qui dépendent de la profondeur variable de cette limite inférieure disparaîtront seulement en cas de conditions très spéciales ou de présence d'une profondeur constante du système de circulation.Le travail actuel discute à l'aide d'un exemple simple l'influence qu'une profondeur variable de la limite inférieure du système de courants exersc sur le transport horizontal de masse. Le système de courants devant la côte orientale de l'Amérique du Nord où le champ du courant de Golfe semble s'approcher d'un système équivalent-barotrope en offre un exemple intéressant. Un tel champ nécessite une forte inclinaison de la limite inférieure du courant, c. a. d. une inclinaison allant du bord gauche au bord droit du niveau de zéro ou du plateau continental jusqu'à la mer des Sargasses. Ce niveau de zéro, comme il est théoriquement dérivé en cas des courants stationnaires, est en bon accord avec le niveau sans mouvement déterminé d'après la méthode de Defant.

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Herrn Professor Dr. Gerhard Schott zum 90. Geburtstag gewidmet.     

A detailed comparison of theoretical wave spectra and wave forecasting methods

Summary Theoretical wave spectra derived by J. Darbyshire and G. Neumann, and a modification of Neumann's results by H. U. Roll and G. Fischer are compared with a carefully computed observed spectrum and with average period, significant height, and slope observations. Observations of waves for one of the two most intense storms in the North Pacific for a 35 year period are compared with forecasts made by the Sverdrup-Munk-Bretschneider wave forecasting method, the Pierson-Neumann-James-method, and the Darbyshire method.It is shown that the Neumann spectrum agrees best with the observed spectrum. It correctly predicts the significant height, and it is consistent with average period considerations, with sea surface slope considerations, and with the properties that the sea should have when photographed. Moreover, for wave observations for one of the most intense storms in the North Pacific the Sverdrup-Munk-Bretschneider and Pierson-Neumann-James-method agree within a few feet for the significant height. The Darbyshire method is too low by more than 12 feet although the sea was not fully developed, and it would have forecast a fully developed sea.The Roll-Fischer modification leads to discrepancies with the observable characteristics of the composite wave pattern which cannot be resolved by changing the constant of the spectral function in order to adjust the total wave energy to suit the wave height characteristics.Résumé Des spectres théorétiques des vagues derivées par J. Darbyshire et G. Neumann ainsi qu'une modification par Roll-Fischer des spectres proposés par G. Neumann sont comparés à un spectre soigneusement calculé à partir des enregistrements des vagues. Les valeurs de la période moyenne apparente, de la hauteur significative des vagues et de l'angle d'inclinaison des vagues, à dériver des spectres théorétiques, permettent de les mettre en parallèle avec des observations. De plus, on confronte des observations des vagues, prises des enregistrements d'une des deux tempêtes les plus fortes qui se sont produites pendant les dernières 35 années en océan Pacifique Nord, avec les résultats obtenus grâce aux méthodes de prévision des vagues de Sverdrup-Munk-Bretschneider, de Pierson-Neumann-James et de Darbyshire.Il se montra que le spectre d'après Neumann se rapproche le plus du spectre observé. Ses résultats correspondent aux observations de l'énergie totale de la mer agitée, aux considérations de la période moyenne, à l'angle d'inclinaison des vagues et aux propriétés statistiques de la surface de la mer agitée, comme elles se laissent dériver des photographies stéréophotogrammétriques. Des observations des vagues, provenant d'une des tempêtes les plus fortes en océan Pacifique Nord, correspondent également à quelques pieds près aux prévisions effectuées d'après les méthodes de Sverdrup-Munk-Bretschneider et de Pierson-Neumann-James. Au contraire, l'application de la méthode de Darbyshire donne des hauteurs trop faibles de 12 pieds bien que cette méthode eût prédit l'entrée d'un développement complet de l'agitation de la mer en vue des conditions données par la tempête. En réalité, la mer n'atteignit pas l'état d'une agitation complètement développée et le résultat de la prévision d'après la méthode de Darbyshire eut différé encore plus fort de l'agitation réelle complètement développée de la mer, vu la grande force des vents.La modification d'après Roll-Fischer entraîne des contradictions par rapport à certaines caractéristiques de l'agitation complexe de la mer, accessibles à l'observation. Une modification de la constante de la fonction spectrale ne peut pas faire disparaître ces contradictions lors même que l'on essayerait à adapter à la caractéristique des hauteurs des vagues l'énergie totale de l'agitation de la mer.Résultats des prévisions de l'agitation de la mer. — On compare différentes méthodes en tant qu'elles se basent sur des spectres des vagues et on trouve que la méthode proposée en 1955 par Pierson-Neumann-James semble s'accorder le mieux avec les conditions observées. Cela se vérifie particulièrement lorsqu'on considère un grand nombre de situations météorologiques et des conditions de la mer agitée, offrant le plus de différences et d'extrêmes possibles.

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Ausführliche Gegenüberstellung von theoretischen Wellenspektren und Methoden für die Seegangsvorhersage

Zusammenfassung Theoretische Wellenspektren nach Darbyshire und Neumann sowie nach der von Roll-Fischer vorgeschlagenen Änderung der Neumann-Spektren werden mit einem aus Seegangsregistrierungen sorgfältig berechneten Spektrum verglichen. Die aus den theoretischen Spektren abzuleitenden Werte für die mittlere scheinbare Periode, die kennzeichnende Wellenhöhe und die Neigungswinkel der wellenbewegten Meeresoberfläche lassen einen Vergleich mit den Beobachtungen zu. Außerdem werden Wellenbeobachtungen von einem der beiden stärksten Stürme innerhalb der letzten 35 Jahre im Nordpazifik den Resultaten der Seegangsvorhersage-Methoden nach Sverdrup-Munk-Bretschneider, Pierson-Neumann-James und Darbyshire gegenübergestellt.Es zeigt sich, daß das Neumann-Spektrum dem beobachteten Spektrum am nächsten kommt. Es stimmt überein mit der beobachteten Gesamtenergie des Seeganges, mit Betrachtungen über die mittlere Periode, die Neigungswinkel der Wellen und den statistischen Eigenschaften der wellenbewegten Meeresoberfläche, die man z.B. aus stereophotogrammetrischen Aufnahmen ableiten kann. Auch die Wellenbeobachtungen in einem der stärksten Stürme im Nordpazifik stimmen bis auf wenige Fuß mit den Vorausberechnungen nach den Methoden von Sverdrup-Munk-Bretschneider und Pierson-Neumann-James überein. Dagegen fallen die Höhen nach der Darbyshire-Methode um mehr als 12 Fuß zu niedrig aus, obwohl diese Methode den Seegang unter den im Sturm herrschenden Bedingungen als voll ausgereift angibt. Tatsächlich war der Seegang aber nicht voll entwickelt, und der Unterschied gegen die Darbyshire-Methode würde für voll ausgereifte See bei den hohen Windstärken noch größer sein.Die Roll-Fischer-Modifikation des Neumann-Spektrums führt zu Widersprüchen mit gewissen Eigenschaften des komplexen Seeganges, die der Beobachtung zugänglich sind. Diese Widersprüche lassen sich auch dann nicht durch Änderung der Konstanten der Spektralfunktion beseitigen, wenn man die Gesamtenergie das Seeganges der Wellenhöhencharakteristik anzupassen versucht.Ergebnisse der Seegangsvorhersage. — Methoden, soweit sie auf Wellenspektren gegründet sind, werden miteinander verglichen. Die von den Verfassern 1955 vorgeschlagene Methode scheint den beobachteten Verhältnissen am nächsten zu kommen. Dies zeigt sich besonders, wenn möglichst verschiedene und extreme Wetterlagen und Seegangsverhältnisse betrachtet werden.

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Comparaison détaillée des spectres théorétiques des vagues et des méthodes de prévision des vagues

     

Turbulenz und Vermischung im Meer

Zusammenfassung Die Bedeutung der Vermischungs- und Turbulenzvorgänge ist in der Ozeanographie relativ frühzeitig erkannt worden, und ihre Wirkung auf die Verteilung der ozeanographischen Faktoren (Temperatur, Salzgehalt u. a.) in allen Tiefenschichten der Ozeane ist vornehmlich mit Hilfe der ST-Beziehung eingehend untersucht worden. Die Diffusionskoeffizienten ergaben sich dabei um so größer, je großräumiger man die ozeanischen Bewegungen ansah, eine Tatsache, für die man keine Erklärung zu geben vermochte. Für die Darstellung der Turbulenzvorgänge bediente man sich in Anlehnung an die ähnlichen Vorgänge der molekularen Diffusion der Fickschen Diffusionsgleichung, und wichtige Folgerungen aus ihr haben das Verständnis des Mechanismus der Turbulenz und Vermischung wesentlich gefördert. Aber die Beobachtungen zeigten doch, daß diese einfache Beziehung den tatsächlichen Verhältnissen in der Natur nicht völlig gerecht wird und einer Erweiterung bzw. Änderung bedarf. L. F. Richardson [1926] hat sich zuerst mit dieser Frage befaßt und aus den vorliegenden Berechnungen des Turbulenzkoeffizienten ableiten können, daß dieser einer 4/3-Potenz einer charakteristischen Länge der Turbulenzbewegung (Weglänge der Vermischung, Mischungsweg oder Größe der Turbulenzelemente) proportional ist. Neuere Versuche von L. F. Richardson und H. Stommel [1948] haben auch für die turbulenten ozeanischen Ströme dieselbe Gesetzmäßigkeit gezeigt.Die neue statistische Theorie der Turbulenz von Weiszäcker-Heisenberg führt zur gleichen Abhängigkeit der Turbulenzkoeffizienten und gibt weitere Auskünfte über die Verteilung der Energie auf die verschiedenen Größenklassen der Turbulenzwirbel, über die mittlere Geschwindigkeit in ihnen und über die Abhängigkeit des Turbulenzkoeffizienten von der Art der Trennung zwischen Grund- und Turbulenzgeschwindigkeit. Die Anwendung dieser Theorie auf die ozeanische Turbulenz ist mit einigen Änderungen in den Voraussetzungen der Theorie durchaus möglich und gewährt eine geeignete Grundlage für einen Einblick in die dynamischen Verhältnisse der turbulenten Meeresströme.

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On turbulence and mixing processes in the sea

Summary The importance of turbulence and mixing processes was relatively early recognized in oceanography and their effect on the distribution of oceanographic factors (temperature, salinity, and others) was made the subject of detailed investigations chiefly based on ST-correlations. The coefficients turned out the greater the larger in extension the oceanic circulation was assumed to be, a fact, for which no sufficient explanation could be found. In analogy with similar considerations which had already been successfully applied to molecular diffusion, the processes of turbulence were represented by means of the equation of diffusion after Fick and important conclusions were drawn from it contributing much to understand the mechanism of turbulence and mixing. Yet, observations proved that this simple relation does not fully correspond with the actual conditions in nature, but, on the contrary, had to be expanded or modified. L. F. Richardson was the first to deal with this question as early as in 1926 and to find by derivation from the existing computations of the coefficient of turbulence that the latter is proportional to a 4/3 power of a characteristic length of the turbulent movement. Recent experiments by L. F. Richardson and H. Stommel [1948] show that the same laws may likewise be applied to turbulent oceanic currents.The new statistical theory of turbulence after Weiszäcker-Heisenberg leads likewise up to a dependence of the coefficients of turbulence on the length of the turbulent movement and supplies further information about the distribution of energy among the various sizes of turbulent eddies, their mean velocity and the dependence of the coefficient of turbulence on the nature of separation between basic velocity and velocity of turbulence. Some modifications with regard to the suppositions of the theory will render it possible to apply the theory to oceanic turbulence as well and will offer a suitable basis for an insight into the dynamic conditions of turbulent ocean currents.

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Les procédés de turbulence et de mélange dans la mer

Résumé L'importance des procédés de turbulence et de mélange a été reconnue relativement tôt par l'océanographie et l'effet de ces procédés sur la distribution des facteurs océanographiques (température, salinité et d'autres) dans toutes les couches océaniques a été l'objet de recherches détaillées qui se basaient, avant tout, sur les corrélations entre la température et la salinité. On trouvait que les coefficients de diffusion aggrandissent proportionnellement à l'étendue de la circulation prise en considération.

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Nach Vorträgen im Geophysikalischen Kolloquium der Universität Hamburg (10. Dezember 1953) und im Meereskundlichen Kolloquium der Universität Kiel (27. November 1953). résultat que l'on ne pouvait pas expliquer. Pour représenter les procédés de turbulence on se servit, en s'appuyant sur des procédés analogues de la diffusion moléculaire, de l'équation de diffusion d'après Fick dont on tira des conséquences importantes qui ont avancé la connaissance du mécanisme de la turbulence et du mélange. Cependant, les observations montraient que cette simple relation ne s'accorde pas complètement avec les procédés réels dans la nature mais qu'il est plutôt nécessaire d'étendre et de modifier cette relation. L. F. Richardson [1926] était le premier à s'occuper de cette question et á l'aide de déductions des calculs déjà établis du coefficient de turbulence, il a réussi á montrer que celui-ci est en proportion avec 4/3 de puissance d'une longueur caractéristique du mouvement turbulent. Des essais récents de L. F. Richardson et de H. Stommel [1948] ont montré que ces relations peuvent être appliquées à la théorie des courants turbulents océaniques.La nouvelle théorie statistique de la turbulence d'après Weiszäcker-Heisenberg nous fait constater que le coefficient de turbulence dépend d'une manière analogue de la longueur du mouvement turbulent; elle révèle la distribution de l'énergie aux diverses grandeurs des tourbillons de turbulence, la vitesse moyenne dans ces tourbillons et la dépendance des coefficients de turbulence de la nature de la séparation entre la vitesse fondamentale et la vitesse de turbulence. Après avoir modifié quelques suppositions de cette théorie il est tout à fait possible de l'appliquer à la turbulence océanique et de créer ainsi une base convenable pour l'entendement des conditions dynamiques des courants turbulents dans la mer.     

The nature of the sea surface as deduced from composite temperature analysis

Summary A technique is described for preparing detailed sea surface temperature analyses for large ocean areas utilizing injection temperature observations from commercial ships. The inadequacies of analyses based on averaged data are discussed, as well as some of the difficulties inherent in contouring scalar fields.Sea surface temperatures are interpreted according to some concepts derived from cross sectional profiles and surface current data. Isotach analyses of mean current drift are considered as flow patterns to aid temperature analysis in areas where data are sparse.

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Die Schwankungen der Oberflächentemperatur des Meeres nach der zusammengesetzten Temperaturanalyse

Zusammenfassung Es wird eine Methode beschrieben, die geeignet ist, mittels Temperaturbeobachtungen von Handelsschiffen aus die Vorarbeiten zu detaillierten Analysen von Oberflächentemperaturen in großräumigen Meeresgebieten durchzuführen. Die Unzulänglichkeit von Analysen gemittelter Werte sowie einige Schwierigkeiten bei der graphischen Darstellung von Skalarfeldern werden besprochen.Gemäß den Vorstellungen, die von Querschnittsprofilen und Oberflächenstromwerten abgeleitet wurden, werden Oberflächentemperaturen gedeutet. Um die Temperaturanalyse in Gebieten mit geringen Beobachtungen zu erleichtern, werden Isotachen-Analysen mittlerer Strömungswerte als Strömungsvorbilder benutzt.

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La nature de la température superficielle de la mer suivant l'analyse composée de la température

Résumé L'article actuel décrit une méthode propre à préparer, au moyen des observations de la température faites au bord des navires marchands, des analyses détaillées de la température superficielle dans de grandes étendues océaniques. L'impropriété de l'analyse des valeurs moyennes ainsi que plusieurs difficultés que l'on rencontre en représentant des champs scalaires sont exposées.Suivant les conceptions déduites des coupes transversales et des courants de surface, on interprète les températures superficielles des courants de l'océan. Dans le but de faciliter l'analyse des températures dans de grandes zones océaniques où des observations sont rares, on se serve comme modèle de courant des analyses des isotaches des valeurs moyennes de courants.

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Submitted October 1961 for publication in Deutsche Hydrographische Zeitschrift.     

The dissipation of energy in wind-generated waves: a hypothesis

Summary The rate of the energy dissipation in wind-generated waves is evaluated as the difference between the rate of the energy received from the wind, and the rate of development of the wave energy. An equation is derived from the rate of the energy dissipation in terms of wave characteritics, broadness of the directional distribution of spectral compoennts, and a coeffciient of turbulent viscosity. A hypothesis is made that the latter is composed of two parts, the one directly produced by the wind drag, and the other by the wave formation. The first is evaluated on basis of Ekman's theory of ocean currents, and of Richardson-Kolmogorov 4/3 power scaling law. The the functional form of the second part is obtained by dimesnional reasoning, and a universal empirical coefficient is computed, which has a constant value for all wind velocities, and alls stages of the wave development.

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Die Energie-Dissipation in, winderzeugten Wellen: Eine Hypothese

Zusammenfassung Die Energie-Dissipationsrate in winderzeugten Wellen wird als Differenz zwischen der Energiezufuhr durch den Wind und der Zunahme der Wellenergei berechnet.Eine Gleichung für die Energie-Dissipation wird abgeleitet in Abhängigkeit von den charackteristischen Wellengrößen, der Breiten der Richtungsverteilung der Spektralkomponente und einem Koeffizienten der turbulenten Reibung. Es wird eine Hypothese aufgestellt, daß sich der letztere aus zwei Teilen zusammensetzt, deren einer direkt durch die Windreibung und der andere durch die Wellenbildung bestimmt sind. Der erste wird auf der Grundlagen der Ekman-Theorie der Meeresströmungen und des 4/3 Potenzgesetzes von Richardson-Kolmogorov berechnet. Die funktionalen Form des, zweiten Teils folgt aus Dimensionsbetrachtungen. Dabei ergibt sich ein universeller empirischer Koeffizient, der für alle Windgeschwindigkeiten und alle Stadien der Wellenentwicklung eine konstanten Wert hat.

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Une hypothèse relative à la dissipation de l'énergie dans les vagues dues au vent

Résumé La valeur de la perte d'énergie dans les vagues dues au ent est considérée comme étant la différence entre l'énertie reçue du vent et celle que développe la vague. On obtient uen équation pour cette dissipation de l'énergie en fonction des caractéristiques de vague, larguur de la distribution directionnelle des composantes spectrales, et un coeffiocient de viscosité turbulente. On a émis 'hypothése que ce dernier est composé de deux parties, l'une produite directement par l'entraînement du vent, l'autre par la formation de la vague. La valeur de la première est calculée d'après la théorie d'Ekman sur les courants océaniques et la loi de Richardson-Kolmogorov des 4/3 de puissance de graduation. La forme fonctionnelle de la seconde partie est déduite à partir des dimensions et on calcule un coefficient empirique universel d'une valeur constante pour toutes les vitesses du vent et tous les stades de développement de la vague.

     

Surge frequencies along the Danish westcoast

Summary Extreme values of meteorological elements can be treated statistically by various methods. Such methods correspond to different frequency formulas; four of these are considered in the following, dealing with the frequencies of high sea-levels. Each formula has its special feature and its limitation. A limit is also set by the available number of observed values.As to the southern part of the Danish westcoast, flood-levels with heights of about four metres over mean sea-level have occurred in this century; flood-levels with heights of 5 m or even more over mean sea-level must be foreseen, and specified frequencies can be assigned to them. Along the central, directly westfacing part of the Danish coast the flood-levels are lower; here values of about 3 m have occurred in this century. Further to the north, along the Skagerrak coast, flood-levels are roughly half as high.As the highest occurring flood-levels are dependent on the strongest occurring gales, the frequencies of these are shortly considered.

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Häutigkeit des Auftretens von Sturmfluten an der dänischen Westküste

Zusammenfassung Extremwerte meteorologischer Elemente können statistisch nach verschiedenen Methoden bearbeitet werden. Solche Methoden entsprechen verschiedenen Häufigkeitsformeln. Vier dieser Formeln werden in der folgenden Abhandlung besprochen; sie betreffen die Häufigkeit des Auftretens hoher Wasserstände. Jede Formel hat ihren besonderen Charakter und Geltungsbereich. Eine Begrenzung der Genauigkeit ist durch die Anzahl der zur Verfügung stehenden durch Beobachtung gewonnenen Werte gegeben.Im Südteil der dänischen Westküste sind Sturmfluten von ungefähr 4 m Höhe über mittlerem Wasserstand seit der Jahrhundertwende aufgetreten; mit Sturmfluten von 5 m oder sogar mehr über mittlerem Wasserstand muß gerechnet werden; ihnen können bestimmte Häufigkeiten zugesprochen werden. Entlang dem mittleren Teil der dänischen Westküste erreichen die Sturmfluten geringere Höhen; hier sind Werte von ungefähr 3 m über mittlerem Wasserstand während der letzten fünfzig Jahre beobachtet worden. Weiter im Norden, an der Skagerrak-Küste, erreichen die Sturmfluten etwa nur noch die Hälfte, d. h. 1,50 m über mittlerem Wasserstand.Da das Auftreten der höchsten Sturmfluten von der Möglichkeit des Auftretens stärkster Stürme abhängt, wird die Häufigkeit solcher Stürme im folgenden kurz besprochen.

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Sur des fréquences des ondes de tempête sur la côte occidentale de Danemark

Résumé Des valeurs extrêmes des éléments météorologiques permettent l'application des méthodes statistiques différentes. De telles méthodes correspondent à des formules différentes de fréquences. On en a choisi, pour le travail suivant, quatre formules qui traitent la fréquence de l'entrée des hautes niveaux de la mer. Chaque formule se distingue de son caractère particulier et de ses limitations de précision. Une de ces limitations est déjà donnée par le nombre disponible des valeurs observées.Dans la partie méridionale de la côte occidentale de Danemark des ondes de tempête, s'élevant à d'environ 4 m de hauteur au-dessus du niveau moyen de la mer, se sont produites au cours de ce siècle. Il faut s'attendre à des ondes de tempête de 5 m, ou même plus, de hauteur au-dessus du niveau moyen de la mer, et on doit supposer qu'elles se présentent suivant certaines fréquences. Le long de la partie centrale de la côte occidentale danoise les ondes de tempête sont moins hautes; on a observé des valeurs de 3 m au-dessus du niveau moyen de la mer au cours des dernières cinquante années. Plus vers le nord, sur la côte de Skagerrak, les ondes de tempête se reduisent à la moitié, à savoir à d'environ 1,50 m de hauteur au-dessus du niveau moyen de la mer.Comme la fréquence de l'entrée des ondes de tempête d'une extrême hauteur dépend de l'éventualité de l'entrée des tempêtes les plus fortes, on expose dans l'article suivant la fréquence de l'entrée de pareilles tempêtes.

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Presented before the Conference on Long Waves and Storm Surges, May 27–31, 1957 (National Institute of Oceanography, Wormley, England).     

Ein einfaches Modell der Zirkulation im Meere

Zusammenfassung In einem geschichteten Meer einfacher Form werden aus den vorgegebenen Randbedingungen und Randwerten, unter denen die Dichte an der Meeresoberfläche die Hauptrolle spielt, die Bewegungsvorgänge und die Massenverteilung im Innern des Meeres ermittelt. Es existiert eine Tiefe, in der die Horizontalkomponente der Geschwindigkeit Null ist. Diese Tiefe hängt in dem einfachen Modell außer von dem Verhältnis Gesamttiefe durch Länge von dem Verhältnis des horizontalen zu dem vertikalen Austausch ab. Je größer der erste ist, desto näher rückt die Tiefe mit verschwindender Horizontalkomponente der Strömung an die Oberfläche.

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A simple model of oceanic circulation

Summary The processes of motion and mass distribution in the depths of the ocean are derived from given boundary conditions (Randbedingungen) and bonudary values (Randwerte) in a stratified ocean of simple form, and especially from the density at the sea surface of such ocean. In pursuance of these assumptions one arrives at a level at which the horizontal component of velocity equals zero. In the simple model this level depends upon the ratio of the total depth to the length as well as upon the ratio of the horizontal to the vertical eddy viscosity. With intensifying eddy viscosity the zero level approaches the sea surface.

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Un modèle simple de la circulation océanique

Résumé Les processus de mouvement et de distribution de masses dans les profondeurs de l'océan sont dérivés des grandeurs supposées desRandbedingungen (conditions au-contour) et desRandwerte (valeurs au contour) dans un océan stratifié de forme simple et, surtout, de la densité superficielle d'un tel océan. Ces suppositions conduisent à un niveau où la composante horizontale de la vitesse devient égale à zéro. Dans le modèle simple, ce niveau de zéro dépend de la proportion entre la profondeur totale et la longueur d'une part et entre la viscosité virtuelle horizontale et la viscosité virtuelle verticale d'autre part. Avec l'intensification de la viscosité virtuelle le niveau de zéro s'approche de la surface de la mer.

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Herrn Professor Dr. Gerhard Schott zum 90. Geburtstag gewidmet.     

Balance of energies in the development of sea waves,semi-empirical evaluation

Summary As sea waves develop with increasing fetch, a balance is continuously maintained among the enegy increase in waves, the rate of energy received from the wind, and the rate of the energy dissipated in water. In making a semi-empirical analysis of this problem, the first is evaluated by B. W. Wilson's Formula IV, the second by aerodynamic and meteorological methods and data, and third by matching certain dimensional considerations to the difference of the first two. In the consequent synthesis the rate of the wave energy growth is evaluated as the rate of the wind energy input less the rate of energy dissipation. The growth of the wave energy with increase of the fetch is finally evaluated by numerical integration of energy equations. The increase of the energy is resolved into increases of wave celerity and height by simultaneous solution of energy and momentum equations. The form of energy equations, and the experience with their integration provide explicit indication of many factors affecting the wave growth, in addition to the, commonly used, wind speed and fetch.

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Der Energiehaushalt bei der Entwicklung von Meereswellen, halb-empirische Auswertung

Zusammenfassung Da sich die Meereswellen mit zunehmendem Windweg entwickeln, ist ständig ein Gleichgewicht vorhanden zwischen der Energiezunahme der Wellen, dem Anteil der Energie, die sie vom Wind erhalten und dem Energieanteil, der im Wasser vernichtet wird. Bei einer halbempirischen Analyse dieses Problems wird ersteres nach der Formel IV von B. W. Wilson untersucht, zweites an Hand von aerodynamischen und meteorologischen Methoden und Daten und letzteres durch gewisse Dimensionsbetrachtungen über die Differenz der beiden ersten. In der anschließenden Synthese wird die Zuwachsrate der Wellenergie berechnet aus dem Verhältnis der Windenergie, die ihr zugeführt wird, abzüglich der Energievernichtung. Die Wellenenergiezunahme ist mit zunchmendem Windweg schließlich durch numerische Integration von Energiegleichungen berechenbar. Die Energiezunahme wird zerlegt in die Zunahme der Wellengeschwindigkeit und-höhe bei gleichzeitiger Lösung von Energie- und Impulsgleichungen. Die Form der Energiegleichungen und die Erfahrungen mit ihrer Integration geben einen klaren Hinweis auf die vielen Faktoren, die das Wachsen der Wellen verursachen, zusätzlich zu Windgeschwindigkeit und Windweg, die normalerweise nur berücksichtigt werden.

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Bilan d'énergie dans la formation des vagues; évaluation semi-empirique

Résumé Tandis que les vagues se développent à mesure que s'accroît le fetch, un équilibre est continuellement maintenu entre l'accroissement d'énergie des vagues, la part d'énergie fournie par le vent et la part d'énergie dissipée dans l'eau. Pour faire une analyse semi-empirique du problème, la première est évaluée au moyen de la formule IV de B. W. Wilson, la seconde par des méthodes et des données aérodynamiques et météorologiques et la troisième en adaptant certaines considérations d'ordre dimensionnel à la différence entre les deux premières. Dans la synthèse qui en résulte, le taux d'accroissement de l'énergie des vagues est considéré comme étant la différence entre la part de l'énergie fournie par le vent et celle de l'énergie dissipée. L'accroissement de l'énergie des vagues à mesure qu'augmente le fetch est obtenu finalement par intégration numérique des équations d'énergie. Cet accroissement d'énergie se traduit en accroissements de la célérité des vagues et de leur hauteur obtenus en résolvant simultanément les équations d'énergie et des moments cinétiques. La forme des équations d'énergie et l'expérience avec leur intégration fournissent des indications explicites sur les nombreux facteurs qui interviennent dans la croissance des vagues, en plus de la vitesse du vent et du fetch habituellement utilisés.

     

A Note on the comparison of proposed wave spectrum formulae

Summary Three wave spectrum formulae due to various authors are mentioned. The additional evidence brought forward to support the Neumann wave spectrum is examined. Additional information is given about the data and the method by which the Darbyshire wave spectrum was derived. Additional examples of wave observations in the North Atlantic are given and the Darbyshire formula and the methods of W. J. Pierson, Jr., G. Neumann, and R. W. James are used to hindcast them. In all the examples, the Darbyshire formula is the more accurate.

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Eine Bemerkung über den Vergleich von Formeln verschiedener Autoren zur Berechnung von Wellenspektren

Zusammenfassung Drei Formeln zur Berechnung von Wellenspektren von verschiedenen Verfassern werden besprochen. Ein zusätzlicher Beweis, erbracht, um das Neuman-Spektrum zu stützen, wird geprüft. Weitere Einzelheiten über die Unterlagen und die Methode, auf die das Wellenspektrum von Darbyshire sich stützt bzw. mit deren Hilfe es abgeleitet wird, werden gegeben. Verschiedene Beispiele von Wellenbeobachtungen im Nord-Atlantischen Ozean werden angeführt, und die Darbyshire-Formel sowie die Methoden von W. J. Pierson, Jr., G. Neumann und R. W. James werden benutzt, um den Seegang aus den Wetterkarten zu bestimmen (hindcast). Bei allen drei Beispielen erweist sich die Darbyshire-Formel als die genaueste.

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Note sur la comparaison des formules proposées de divers auteurs pour le calcul des spectres des vagues

Résumé On expose trois formules proposées de divers auteurs pour calculer les spectres des vagues. La preuve additionnelle fournie pour appuyer la méthode du spectre des vagues d'après G. Neumann est vérifiée. D'autres détails concernant les données et la méthode dont J. Darbyshire s'est servi pour en dériver sa formule du spectre des vagues, sont fournis. L'auteur présente encore d'autres exemples des vagues observées en Océan Atlantique Nord et se sert de la formule de J. Darbyshire et des méthodes de W. J. Pierson, Jr., G. Neumann et R. W. James pour déterminer la mer agitée à partir des cartes météorologiques (hindcasting). La formule de J. Darbyshire se trouve être la plus précise des trois exemples discutés ici.

     

A method for extracting storm surges from tidal records

Summary A method is described for extracting storm surge heights from hourly tabulations of tidal heights, which dispense with the use of a tide predicting machine. Within limits the method is adaptable according to the nature of the tidal regime encountered, and is particularly useful where shallow water effects are important. The computational work involved requires only slide rule, adding machine and graph paper. Two examples are given; one theoretical to justify the method, and one from nature.

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Eine Methode zur Bestimmung von Sturmfluthöhen aus Gezeitenregistrierungen

Zusammenfassung Eine Methode, mit der sich die Höhe von Sturmfluten aus stündlichen Gezeitentafeln errechnen läßt, wird besprochen. Diese Methode macht den Gebrauch einer Gezeitenmaschine überflüssig. Innerhalb bestimmter Grenzen läßt sich die Methode der jeweilig angetroffenen Gezeitenform anpassen; sie eignet sich besonders gut bei Vorhandensein von stärkeren Flachwassertiden. Für die Rechenarbeit sind nur Rechenschieber, Addiermaschine und Zeichenpapier erforderlich. Zwei Beispiele werden angeführt, ein theoretisches, um die Methode zu belegen, und ein Beispiel aus der Natur.

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Sur une méthode de détermination des hauteurs des ondes de tempête à partir des enregistrements des marées

Résumé On discute une méthode qui permet de calculer des hauteurs des ondes de tempête à partir des annuaires horaires des marées. Cette méthode rend inutile l'emploi d'une machine à prédire les marées. Elle se laisse adapter jusqu'à un certain degré à la nature individuelle de la marée rencontrée et est particulièrement convenable en présence de fortes ondes des petits fonds. Pour faire le calcul on a seulement besoin d'une règle à calcul, d'une machine à additionner et de papier à dessins. On offre deux exemples, dont l'un est de caractère théorique pour justifier la méthode pendant l'autre s'appuie sur des observations.

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The author wishes to acknowledge the encouragement and advice given to him during the development of the method by Dr. A. T. Doodson and Mr. G. W. Lennon.     

Eine kritische Bemerkung zum Neumann-Spektrum des Seeganges

Zusammenfassung Es wird darauf hingewiesen, daß das Maximum in der von G. Neumann gegebenen Form des Energiespektrums des Seeganges bei verschiedenen Perioden liegt, je nachdem das Spektrum auf die Wellenperiode oder auf die Wellenfrequenz bezogen wird. Diese Schwierigkeit wird vermieden, wenn man in beiden Darstellungsformen die Perioden bzw. Frequenzen logarithmisch unterteilt. Die neue Form des Energiespektrums führt auf eine Beziehung für die Gesamtenergie des ausgereiften Seeganges pro Flächeneinheit der Meeresoberfläche, in der die Windgeschwindigkeit-abweichend von Neumann-mit der 4. Potenz eingeht. Abschließend wird versucht, die im Energiespektrum auftretende Konstante zu bestimmen.

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A critical note on Neumann's sea spectrum

Summary It is pointed out that the maximum of the energy spectrum of sea waves, as given by G. Neumann, occurs at different periods, depending on the spectrum being referred to the period or to the frequency of the waves. This difficulty will be avoided if in both types of representation the periods or the frequencies will be divided according to the logarithmic scale. The new form of the energy spectrum will permit to set up an equation representing the total energy of the fully developed sea per unit area of sea surface; in this equation the wind velocity — contrary to Neumann — is raised to the 4th power. In conclusion, the attempt is made to determine the constant occurring in the energy spectrum.

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Note critique sur le spectre de l'état de la mer d'après Neumann

Résumé On indique que le maximum du spectre d'énergie de la mer agitée, comme G. Neumann l'a fixé, se produit dans des périodes différentes suivant que le spectre est référé à la période ou à la fréquence des vagues. On peut éviter cette difficulté si l'on applique, suivant le cas, la subdivision logarithmique aux périodes ou aux fréquences de ces deux types de représentation. La nouvelle forme du spectre d'énergie permet d'établir une équation représentant l'énergie totale de l'agitation complètement développée de la mer référée à l'unité de superficie de la surface océanique. Dans cette équation la vitesse du vent — contrairement à Neumann — est élevée à la quatrième puissance. En conclusion, on essaie de déterminer la constante présente dans le spectre d'énergie.

     

Harmonische Analyse und Synthese mit Lochkartenmaschinen

Zusammenfassung Viele Aufgaben der praktischen Analyse lassen sich bequem und schnell mit Lochkartenmaschinen lösen. Insbesondere führt die Möglichkeit, daß Lochkarten leicht umgeordnet werden können, oft zu erheblichen Rechenvorteilen. Im folgenden wird ein Lochkartenverfahren zur harmonischen Analyse und Synthese entwickelt, das diese Vorzüge der Lochkartenmaschinen erkennen läßt.

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On harmonic analysis and synthesis with the aid of punching card machines

Summary Many problems of practical analysis may be easily and rapidly resolved with the aid of punching card machines. Considerable advantages may be derived from the fact that punching cards can be re-arranged without difficulties according to new aspects. On the following pages a punched cards method for the harmonic analysis and synthesis is developed which exhibits the advantage of punching card machines under this special aspect.

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Sur l'analyse et la synthèse harmonique à l'aide de machines de comptabilité à cartes perforées

Résumé Beaucoup de problèmes de l'analyse pratique se laissent résoudre d'une manière convenable et rapide au moyen des machines de comptabilité à cartes perforées. En particulier, la possibilité de pouvoir arranger sans inconvénient d'après de nouveaux aspects des cartes perforées souvent offre de considérables avantages. Sur les pages suivantes, un procédé pour l'analyse et la synthèse harmonique est dévelopé qui montre les avantages résultants de l'emploi des machines de comptabilité à cartes perforées.

     

Air pressures causing wave development,estimate by theory,model tests,and sea observations

Summary The wave drag, caused by horizontal components of normal air pressures, had been evaluated by three methods: wind tunnel tests on rigid models, observations of wave growth at sea, and theories of J. W. Miles and T. Brooke Benjamin. It has been found that neither the magnitude nor the functional form of the pressure drag is correctly predicted by the form of the theory specifically developed for application to rigid models. On the other hand, the form of the theory developed for mobile waves gives results in good agreement with wind tunnel model data at corresponding values of wave steepness. Model tests and theory agree in that the pressure drag does not depend on the Reynolds Number. In the absence of experimental data on pressures acting on water waves, the limits, within which the pressure drag must be confined, are defined by considering the observed rate of wave development at sea, and the total and frictional drag of water surface. Model tests, as well as the theory, give pressure drag estimates which lie within the foregoing limits. Miles' form of the pressure drag coefficient, ^*, in terms of the friction velocity,u _*, leads to a particularly simple expression for the ratio of the pressure drag to total drag. Thus, rational prediction of the wave growth in wind is connected with the ability to predict the total drag of the sea surface.

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Winddruck und Wellenentwicklung — eine Schätzung an Hand von theoretischen Berechnungen, Modelltests und Seebeobachtungen

Zusammenfassung Der durch die horizontalen Komponenten normalen Winddrucks erzeugte Wellenwiderstand ist auf drei verschiedene Methoden ausgewertet worden: durch Windkanaltests an starren Modellen, Beobachtungen der Wellenzunahme auf See und mit Hilfe der Theorien von J. W. Miles und T. Brooke Benjamin. Es stellte sich heraus, daß weder die Größenordnung noch die funktionelle Form des Druckwiderstandes genau von der theoretischen Form wiedergegeben wird, die speziell für starre Modelle entwickelt worden ist. Andererseits ergibt die theoretische Form für wandernde Wellen Daten, die bei entsprechenden Werten der Wellensteilheit gut mit den Ergebnissen der Windkanalmodelle übereinstimmen. Modelltests und Theorie stimmen darin überein, daß der Druckwiderstand nicht von der Reynolds-Zahl abhängt. Da experimentelle Daten über den Druck, der auf Wasserwellen ausgeübt wird, fehlen, werden die Grenzen, in denen sich der Druckwiderstand bewogen muß, unter Berücksichtigung der beobachteten Wellenzuwachsrate auf See und des Gesamt- und Reibungswiderstands bestimmt. Modelltests und Theorie ergeben Druckwiderstandsschätzungen, die in den oben erwähnten Grenzen liegen. Miles Druckwiderstandskoeffizient ^* bei einer Schubspannungsgeschwindigkeit ^* führt zu einer besonders einfachen Darstellung des Verhältnisses von Druckwiderstand zu Gesamtwiderstand. So besteht ein Zusammenhang zwischen stichhaltiger Vorausberechnung der Wellenzunahme bei Wind und der Möglichkeit, den Gesamtwiderstand der Meeresoberfläche zu berechnen.

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Evolution des vagues sous l'effet des pressions de l'air. Etude théorique — Essais sur modèles — Observations à la mer

Résumé La résistance à l'avancement des vagues due aux composantes horizontales de pressions d'air normales a été calculée suivant trois méthodes: par essais en soufflerie sur modèles rigides, par observations à la mer de la croissance des vagues et suivant la théorie de J. W. Miles et T. Brooke Benjamin. On a trouvé que ni la valeur ni la forme de l'expression de la résistance due à la pression ne sont données correctement par la théorie spécifiquement adaptée aux modèles rigides. D'autre part la théorie appliquée aux vagues en mouvement donne des résultats qui concordent bien avec ceux obtenus en soufflerie pour des valeurs correspondantes de la cambrure des vagues. Les essais sur modèles et la théorie sont d'accord sur le fait que la résistance due à la pression ne dépend pas du Nombre de Reynolds. En l'absence de données expérimentales sur l'action des pressions sur les vagues, les limites à l'intérieur desquelles doit être comprise la résistance de pression sont définies en considérant la vitesse de formation des vagues observée à la mer, la résistance totale et la résistance de frottement sur la surface de l'eau. Les essais sur modèles, comme la théorie, donnent des estimations de la résistance de pression qui restent dans les limites mentionnées ci-dessus.La forme donnée par Miles au coefficient ^* de cette résistance en fonction de la vitesse de frictionu _*, permet d'obtenir une expression particulièrement simple du rapport de la résistance de la pression à la résistance totale. De cette façon la prévision rationnelle de la croissance des vagues dans le vent se trouve rattachée à la possibilité de prévoir la résistance totale de la surface de la mer.

     

The transport of trace substances in the atmosphere and their implications for the general circulation of the stratosphere

Summary Considerations concerning the distribution of artificial radioactive substances in the troposphere point to the occurrence of stratospheric-tropospheric exchange in the region of the discontinuity between the tropical and middle latitude tropopause. Computations of the horizontal flux of ozone in the lower stratosphere and examination of the distribution of the tracer tungsten 185 in the stratosphere suggest that the trace substances are transported northwards from the tropical stratosphere by the action of transient eddy processes in which northward moving parcels of air are sinking and southward moving parcels are rising. The amount of ozone transported varies seasonally and is a maximum in the late winter and spring. The total transport appears sufficient to account for the observed spring build-up of ozone in middle and high latitudes. The eddies invoked are shown to be consistent with the observed countergradient transport of heat in the lower stratosphere, the pattern of stratospheric isentropes and the covariance values found from meridional and vertical velocities. The combined results indicate a new view concerning the mechanics of stratospheric motions as contrasted with the classical ideas of mean meridional motions.

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Zusammenfassung Erwägungen im Hinblick auf die Verteilung künstlicher radio-aktiver Bestandteile in der Troposphäre deuten auf das Auftreten von stratosphärischem-troposphärischem Austausch in der Diskontinuäts-Zone zwischen der tropischen und mittleren Breite in der «Tropopause». Berechnungen des horizontalen Einfliessens des Ozons in der niedrigeren Stratosphäre und Untersuchung der Verteilung des Spurmaterials Wolfram 185 in der Stratosphäre deuten darauf hin, dass die Spuren-Bestandteile nordwärts transportiert werden von der tropischen Stratosphäre durch die Wirkung vorübergehender Wirbel-Prozesse; die Luftmassen, die sich in nördlicher Richtung bewegen, sinken, die in südlicher Bewegung, steigen. Der transportierte Ozon-Gehalt wechselt mit der Jahreszeit, ist maximal spät in Winter und Frühjahr. Der gesamte Transport erscheint genügend, um den beobachteten Frühjahrs-Zuwachs von Ozon in den mittleren und höheren Breitegraden zu rechtfertingen. Die in Betracht kommenden Wirbel scheinen in Übereinstimmung zu sein mit dem beobachtetem Hitze-Transport in der niedrigen Stratosphäre entgegen dem Aufstieg, mit dem üblichen Verlauf der stratosphärischen Isotropen und den Werten, die für die Co-Varianten gefunden wurden von meridionalen und vertikalen Geschwindigkeiten. Die kombinierten Resultate geben einen neuen Einblick in den Mechanismus der strato-sphärischen Strömungen in Kontrast zu den klassischen Ideen einer durchschnittlichen meridionalen Strömung.

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Résumé Des considérations concernant la distribution des substances radio-actives artificielles dans la troposphère indiquent l'occurrence d'un échange strato-sphérique-troposphérique dans la région de discontinuité entre les latitudes tropicales et centrales de la tropopause. Des computations du flux horizontal d'ozone dans la basse stratosphère et l'examen de la distribution du traceur tungstène 185 dans la stratosphère suggèrent que les trace-substances soient transportées vers le nord de la stratosphère tropicale par l'action des procès de tourbillon transitoire dans lequel les parcelles d'air mouvant vers le nord s'enfoncent et les parcelles mouvant vers le sud s'élèvent. Le total d'ozone transporté varie periodiquement et devient maximum pendant la fin de l'hiver et du printemps. Le transport total paraît suffisant à justifier l'élévation de l'ozone observée au printemps aux latitudes moyennes et supérieures. Les tourbillons invoqués se montrent consistant au contregradient du transport de chaleur observé dans la basse stratosphère, le modèle des isentropes et les valeurs covariées se trouvent dependre des vitesses méridionales et verticales. Les résultats combinés indiquent une nouvelle vue sur les mécaniques des mouvements stratosphériques contrastant des idées classiques aux mouvements moyens méridionaux.

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The research reported in this article was sponsored by the Atomic Energy Commission under Contract No. AT (30-1) 2241 and by the Geophysics Research Directorate, Air Force Cambridge Research Center, under Contract No. AF 19 (604) 5223.     

Meereskundlich-chemische Untersuchungen mit Hilfe des Pulfrich-Photometers von Zeiss

Zusammenfassung Die bisherigen Methoden zur Bestimmung des Chlorophylls im Meerwasser benötigen zu ihrer Durchführung Wassermengen von einem bis zu einigen Litern. Sie sind infolgedessen zur Ausfühung serienmäßiger ozeanischer Messungen noch nicht voll geeignet. Durch Ausnutzung der intensiven Rotfluoreszenz des Chlorophylls und Benutzung kleinerer und engerer Kolorimeterröhren läßt es sich ermöglichen, den Wasserbedarf bis auf 100 ccm und weniger je Probe herabzudrücken und somit diesen Mangel zu beheben. Die für diesen Zweck geschaffene gleiche Arbeitsapparatur ermöglicht weiterhin, im Anschluß an die Chlorophyllbestimmung ohne wesentlich erhöhte Arbeitsbelastung die Bestimmung der Eigenfluoreszenz gleichfalls auf dem Wege der Mikromethodik an nur 1 ccm Meerwasser durchzuführen.

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Investigations in chemical oceanography carried out with the aid of the Pulfrich photometer

Summary The old method of determining the chlorophyll content of sea water required a comparatively great quantity of sea water (one or severel litres) and, hence, was not suitable in case of serial measurements. The utilization of the intensive red fluorescence of chlorophyll and the use of small and narrow colorimeter tubes render it possible to minimize the required quantity of water to 100 ccm and less per sample. The apparatus which was especially constructed for this purpose being fit for the determination of both the chlorophyll content and the proper fluorescence, the latter can be easily determined immediately after the determination of the chlorophyll content by means of the micro-method from only 1 ccm of sea water.

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Investigations chimiques dans le domaine océanographique à l'aide du photomètre de PulfrichVII^e communication. Les micro déterminations de la teneur en chlorophylle et de la fluorescence propre de l'eau de mer

Résumé La quantité minimale nécessaire pour déterminer la teneur en chlorophylle selon la méthode en usage jusqu' à présent se montait d'un à plusieurs litres; à cause de cela cette méthode n'était pas convenable pour des mensurations en séries. En se servant de l'intensive fluorescence rouge de la chlorophylle et en employant un petit tube étroit à colorimètre il est possible de limiter la quantité d'eau à 100 ccm et moins par échantillon. En outre, on peut se servir du même appareil pour déterminer la fluorescence propre selon la nouvelle méthode. Pour cette détermination qui peut être effectué sans peine immédiatement après celle de la chlorophylle on a besoin de seulement 1 ccm d'eau de mer.

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Die sechs vorhergehenden Mitteilungen sind in den Annalen der Hydrographie und maritimen Meteorologie erschienen, und zwar I:59, 1931, 313; II:61, 1933, 124; III:62, 1934, 65; IV:63, 1935, 58: V:63, 1935, 195; VI:65, 1937, 276.     

Modellrechnungen zu winderzeugten Bewegungen in einem Meer mit Sprungschicht

Zusammenfassung Nach Erörterung der benutzten vertikal integrierten Bewegungsgleichungen für ein Meer mit Sprungschicht sowie der Ansätze für Schubspannung und Reibung werden die Beziehungen zwischen Spiegel- und Sprungflächenlage und die Wirkung des Windschubs auf einen geschichteten Kanal diskutiert. Es folgt die Beschreibung der Windschubwirkung auf tropische Modellmeere mit Sprungschicht. Insbesondere wird das Ergebnis einer den Verhältnissen im Arabischen Meer bei beginnendem Sommermonsun nahekommenden Modellrechnung beschrieben, in der sich die Sprungschicht vor der afrikanisch-arabischen Küste um mehrere Dekameter hebt (upwelling), vor der indischen Küste ebenso stark absenkt. Parallel diesen Küsten treten zwischen dem 8. und 16. Tag Wellenkämme und-täler in der Sprungschicht und in der Oberfläche in genau gleicher Art auf, wie sie A. Defant [1950/1951] aus Beobachtungen vor der kalifornischen Küste im Zusammenhang mit auf- und ablandigem Windschub abgeleitet hat. Wir zeigen noch, daß diese Wellen nichts mit fortschreitenden zu tun haben können und leiten die dafür gebräuchliche Formel für die Fortpflanzungsgeschwindigkeit aus den vertikal integrierten Bewegungsgleichungen ab.Abschließend wird das Modell einer idealisierten Nordsee mit sommerlicher Sprungschicht beschrieben, in dem das Massen- und Geschwindigkeitsfeld durch ein vorüberziehendes Tiefdruckgebiet Änderungen erfährt. Dem Luftdruckminimum folgt eine Mulde mit zyklonaler Wasserzirkulation in der Oberschicht nach, welche noch geraume Zeit nach Abzug des Tiefs anhält. Die Sprungschicht hebt sich südlich der Bahn des Tiefs um einige Meter und entfaltet eine kräftige, südwärts fortschreitende Wellenbewegung an der östlichen Begrenzung. Auch in der Unterschicht herrscht eine zyklonale Wasserzirkulation vor; das untere Wirbelzentrum bleibt aber hinter dem der Oberschicht zurück und holt es erst nach Abzug der Zyklone ein. Beide Wirbelzentren liegen dann unter einer sich abschwächenden Mulde in der Wasseroberfläche.Unsere Modelle zeigen, daß es mit den heutigen Hilfsmitteln im Prinzip möglich ist, nicht nur die Einflüsse aktueller meteorologischer Faktoren auf die Wasseroberfläche, sondern auch ihre Wirkung auf die Massenverteilung innerhalb des Meeres zu ermitteln. Zur modellmäßigen Darstellung der allgemeinen Zirkulation des Meeres sind allerdings die hier nicht berücksichtigten Vermischungsvorgänge in Rechnung zu stellen.

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Numerical models on wind produced motions in a sea with a pycnocline

Summary After a treatment of the system of vertically integrated equations of motion concerning a sea with a pycnocline we discuss the stress and friction terms used here and the general relations connecting the variation of the surface with that of the pycnocline as well as the effect of wind stress in a double-layered canal. After that we regard the effects of wind stress and pressure of air on tropical model oceans with a pycnocline. Especially the result of a numerical computation of the behaviour of an idealized Arabian Sea in the beginning of the summer monsoon is described: The pycnocline is lifting by several decameters in front of the African and Arabian shores (upwelling) and is descending by the same number of decameters in front of the Indian coast. Between the eighth and sixteenth day there are contrary wave crests and troughs in the surface and in the pycnocline parallel to the African and Indian shores of exactly the same kind as those already derived from observations in front of the Californian coast by A. Defant [1950/1951] in connection with on-shore an off-shore winds.Concluding, we describe the model of an idealized North Sea with a summer thermocline where the fields of mass and velocity are affected by a passing low. Its centre is followed by a trough in the surface and a cyclonic circulation in the upper layer continuing even a long time after the low had passed. In the south of its path the thermocline ascents some meters and at the eastern shore it develops a vigorous wave motion propagating southward. A cyclonic circulation prevails also in the layer beneath the thermocline; its centre lags behind the curl centre of the upper layer but at last joins it after the low left the model sea. Both curl centres then come to lie underneath the gradually diminishing trough in the sea surface.As shown by our models, the modern aids make it possible, not only to compute the effects of the actual meteorological events on the sea surface but also their effects on the mass distribution within the sea. If, however, a model of the general circulation in the oceans is to be given, there should, at any rate, be taken into account the mixing processes of water masses neglected here.

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Modèles numériques pour le calcul des mouvements dûs au vent dans une mer ayant une couche de densité à discontinuité

Résumé Pour une mer ayant une couche de densité à discontinuité on discute le système des équations de mouvements, intégrées verticalement et on expose les termes du frottement tangentiel dû au vent et ceux de la friction interne employés dans ce travail. Puis on traite les relations générales qui existent entre les variations de la surface et celles de la couche de discontinuité et on décrit les effets du frottement tangentiel dû au vent dans un canal à deux couches. Aprés cela on étudie l'effet du frottement tangentiel dû au vent et la pression atmosphérique exercée sur des modèles de mers tropiques ayant des couches de discontinuité. On décrit surtout le résultat du calcul numérique du comportement d'une mer idéalisée arabique au commencement de la mousson estivale. Suivant ce calcul, la couche de discontinuité s'élève par plusieurs décamètres (upwelling) devant la côte afro-arabique et elle s'abaisse en même degré devant la côte indienne. Entre le 8^ième et le 16^ième jour il se présente, parallèlement à ces côtes, des crêtes et des creux de vagues opposées dans la couche de discontinuité et dans celle de la surface. Ces vagues sont de la même espèce que celles que A. Defant [1950/1951] a déjà dérivées des observations faites devant la côte de la Californie en présence du frottement tangentiel dû aux vents de terre et de mer. On montrera que ces vagues ne peuvent avoir aucun rapport aux vagues progressives et nous dérivons des équations verticalement intégrées de mouvement la formule en usage pour la vitesse de propagation.Ênfin, on décrit le modèle de la mer idéalisée du Nord, dans laquelle on suppose une couche estivale de discontinuité. Dans ce modèle le champ de masse et le champ de vitesse subissent de changements par le passage d'une aire de basse pression, dont le minimum atmosphérique est suivi d'une dépression qui de sa part, dans la couche supérieure de l'eau, est accompagnée d'une circulation cyclonique, qui se maintient même quelque temps après le passage de l'aire de basse pression. Au sud de sa trajectoire la couche de discontinuité s'élève par plusieurs mètres; à sa limite orientale elle développe de fortes vagues qui se propagagent vers le sud. Dans la couche qui se trouve au-dessous de la couche de discontinuité, une circulation cyclonique est également prédominante; son centre est en retard sur celui de la couche supérieure qu'il ne rattrapera qu'après le passage du cyclone. Les deux centres cycloniques se trouvent alors au-dessous de la dépression en voie de s'exténuer à la surface de l'eau.Les modèles montrent que les ressources modernes permettent, en principe, de calculer non seulement les effets des facteurs météorologiques actuels à la surface de l'eau, mais aussi leurs effets sur la distribution des masses dans l'océan. Si l'on veut, cependant, représenter la circulation générale en mer au moyen d'un modèle, il est nécessaire de tenir compte des processus de mélange non considérés dans cette étude.

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Hierzu Tafel 7 mit Abb. 7a-e, Tafel 8 mit Abb. 11a-d, Tafel 9 mit Abb. 12a-e

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Herrn Professor A. Defant zum 81. Geburtstag gewidmet.     

Anwendbarkeit von Satellitenmessungen in der Ozeanographie

Zusammenfassung Nach Erörterung der allgemeinen Voraussetzungen für Satellitenmessungen werden die Möglichkeiten ozeanographischer Satellitenbeobachtungen mittels Fernsehen (Seegang, Meeresvereisung) und Strahlungsmessungen (Wärmehaushalt des Meeres, Oberflächentemperaturverteilung) dargestellt und durch Beobachtungen erläutert. Die Bedeutung meteorologischer und geodätischer Satelliten für ozeanographische Zwecke wird beschrieben. Die Möglichkeiten ozeanographischer Anwendungen von Satellitenbeobachtungen werden für die Zukunft mit Einschränkungen, besonders aber für ozeanographische Vorhersagen günstig beurteilt.

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Possibilities of applying satellite observations to oceanographic research

Summary After a discussion of the general conditions of satellite measurements the possibilities of oceanographic satellite observations by means of television (state of the sea, sea ice) and radiation measurements (heat budget of the ocean, surface-temperature distribution) are outlined and complemented by observations. The importance of meteorological and geodetic satellites for oceanographic purposes is shown. The possibilities of applying satellite observations to future oceanographic research are — apart from several restrictions — judged to be favorable, especially in regard to oceanographic forecasts.

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Possibilités d'appliquer en faveur de l'océanographie les observations effectuées par des satellites

Résumé Après avoir exposé les circonstances générales permettant de se servir de satellites pour effectuer des mesures, on discute les possibilités de faire des observations océanographiques de satellites au moyen de la télévision (état et glaciation de la mer) et au moyen de la mesure du rayonnement (régime thermique de la mer, distribution de la température à la surface de la mer). Ces considérations sont expliquées à l'aide des observations. L'importance des observations météorologiques et géodésiques effectuées au moyen des satellites est exposée. Sauf quelques restrictions, les possibilités futures d'exploiter pour l'océanographie les observations par de satellites sont jugées favorables, en particulier en ce qui concerne les prévisions océanographiques.

     

Die Strömungen in Meeresstraßen

Zusammenfassung In folgender Zusammenfassung unserer Kenntnisse der Ozeanographie der Meeresstraßen wird ein kurzer Überblick über den Aufbau und die Bewegungen der Wassermassen in Meeresstraßen gegeben und versucht, letztere als eine Auswirkung eines thermodynamischen Systems aufzufassen. Dies ergibt die Möglichkeit, in einfacher Weise aus dem Dichteunterschied der Wassermassen beim Ein- und Austritt in die Meeresstraße und den Dimensionen derselben die mittlere Stromstärke des Wasseraustausches zwischen beiden Meeren zu ermitteln. Für eine genauere Bestimmung der Stromverhältnisse muß man auf die antitriptischen Bewegungsgleichungen zurückgehen. Eine Lösung derselben wird gegeben und ein Vergleich der theoretischen Ergebnisse mit den Strombeobachtungen ergibt eine recht befriedigende Übereinstimmung. Der Einfluß der Corioliskraft, der Morphologie der Meeresstraße, besonders des Meeresbodens in ihr, sowie jener der Gezeiten wird kurz besprochen.In einem Endteil wird die große Beeinflussung des thermohalinen Aufbaues vor der Mündung der Meeresstraße in den freien Ozean durch den Ausfluß salzreicher und warmer Wassermassen des Unterstromes näher behandelt und eine Theorie der Ausbreitung dieses Wassereinschubes als Austauschproblem gegeben. Die Anwendung derselben auf die Verhältnisse im Atlantischen Ozean vor der Straße von Gibraltar führt zu einem Wert des seitlichen Austauschkoeffizienten, wie er bei anders gearteten Meeresströmungen gefunden wurde.

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On the nature of water movements passing through straits

Summary In the following paper summarizing our knowledge of the oceanography of straits, the stratification and passage of water masses through straits is outlined and their occurrence is interpreted as being the effect of the thermodynamic system. This conception permits to determine the mean strength of current of the water interchange between two oceans by simply deducing it from the dimensions of the straits and from the difference in density of the water masses on their passage through the mouths of the straits. A precise determination of the current conditions calls for the application of the equations of movement leaving, however, friction out of account. A solution of these equations is given and a comparison between the results arrived at by theory and those obtained from current observations shows a good correspondence. The combined effects of the deflecting force of the earth's rotation, of the morphology of the straits, and, in particular, of that of their floor as well as the influence of the tides are discussed in a concise manner.In conclusion, the great influence is treated the outflowing water masses of the undertow with their high temperature and salinity exert on the thermohaline stratification of the water body in the open ocean near the mouth of the straits. A theory is developed treating the distribution of the intercalated water body as a problem of interchange. The application of the theory to the conditions dominating in the Atlantic Ocean before the Straits of Gibraltar yields a value for the lateral mixing coefficient which comes very near to that one arrived at when calculating ocean currents of a different character.

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Sur la nature des courants d'eau à travers les détroits

Résumé Dans le présent résumé de nos connaissances de l'océanographie de détroits on donne un aperçu de la stratification et des mouvements des eaux à travers des détroits, phénomènes, que l'on essaie d'attribuer au système thermodynamique. Cette interprétation permet de conclure, d'une manière simple, des dimensions du détroit et de la différence en densité des eaux au moment de leur passage par les ouvertures du détroit à l'intensité moyenne du courant d'échange entre les deux océans. Une précision des conditions de courant exige l'application des éqations de mouvements sans, cependant, tenir compte de la friction; une solution en est donnée. La comparaison des résultats théoriques avec des observations de courant montre que l'accord en est satisfaisant. L'ensemble des influences de la rotation terrestre, de la morphologie des détroits, particulièrement de celle de leur fond, ainsi que l'effet des marées est brièvement discuté.Enfin, on traite le grand effet que l'écoulement des eaux à haute température et salinité du courant sous-marin exerce sur la stratification thermohaline des eaux qui se trouvent dans l'océan ouvert devant l'ouverture du détroit. On développe une théorie d'après laquelle on considère la distribution de ce corps intercalé d'eau comme problème de l'échange des eaux. L'application de cette théorie aux conditions dans l'océan Atlantique devant l'ouverture du détroit de Gibraltar conduit à une valeur du coefficient latéral de mélange qui est très voisine de celle que l'on obtient en faisant le calcul des courants marins d'un caractère différent.

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Herrn Professor Dr. Georg Wüst, Kiel, zu seinem 65. Geburtstage zugeeignet.

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Nach einem Vortrag im Geophysikalischen Kolloquium der Universität Hamburg am 10. Februar 1955.     

Monsune und Tropenorkane im Witterungsklima und in der Groß-Zirkulation

Zusammenfassung In dem Ablauf des Jahresganges im Witterungsklima und der allgemeinen Zirkulation wirken sich monsunale Einflüsse aus. Das im Winter zeitweise auftretende ozeanwärts gerichtete Abströmen kontinental-arktischer Luft erfolgt in Zusammenhang mit Kaltlufthöhentrögen. Im Sommer bedingen die Nordwärtsverlagerung der nordatlantischen und nordpazifischen Hochdruckgebiete und der Aufbau von warmen Höhenhochdruckgebieten über Hochasien und Arizona dazwischenliegende Höhentröge, mit denen die monsunale Advektion maritimer Luftmassen in das Festland hinein verbunden ist. Auch das indische Monsuntief befindet sich in einem Höhentrog zwischen dem hochasiatischen Höhenhoch und dem nordwärts vorgerückten Hoch aus dem Südindischen Ozean. Die festländischen sommerlichen Höhenhochs üben eine blockierende Wirkung auf die Zirkulation aus. Der ebenfalls in die Großzirkulation eingreifende interhemisphärische Austausch von Masse und Moment tritt witterungsklimatisch am meisten dadurch in Erscheinung, daß die Entstehungsgebiete der tropischen Wirbelstürme den Trögen der jeweils anderen, winterlichen Halbkugel zugeordnet sind.

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Witterungsklima (weather-climate) and general circulation considered in the light of monsoons and tropical storms

Summary The course of the annual variations of theWitterungs-klima and of the general circulation is subjected to monsoonal influences. The outflow of arctic air masses from the continent to the ocean occurring temporarily during the winter is related to upper air troughs of cold air. In summer, the northward displacement of the North Atlantic and the North Pacific anticyclones and the formation of warm upper air highs above Central Asia and Arizona cause intermediate air troughs to develop which, on their part, are related to the monsoonal advection of maritime air masses to the continent. The Indian monsoonal low is likewise located in an upper air trough between the upper air high above Central Asia and the high pressure area that advanced from the South Indian Ocean. In summer, the continental upper air highs exert a blocking action on the circulation. The interhemispheric exchange of mass and momentum which, too, reflects on the large scale circulation is mainly called into existence in its weather-climatic respect owing to the fact that the areas of origin of tropical storms (hurricanes, typhoons) are co-ordinated to the througs of the opposite winterly hemisphere.

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Witterungsklima (climat du temps) et circulation générale considérés sous l'aspect des moussons et des cyclones tropicaux

Résumé Le cours des variations annuelles duWitterungsklima et de la circulation générale est sujet à des influences des moussons. Les écoulements à partir du continent vers l'océan des masses d'air arctiques, se produisant de temps en temps pendant l'hiver, sont reliés à des talwegs d'air froid en altitude. En été, le déplacement vers le nord des anticyclones de l'Atlantique Nord et du Pacifique Nord ainsi que la formation d'anticyclones en grande altitude au-dessus de l'Asie Centrale et d'Arizone causent la formation des hauts talwegs intercalés entre les anticyclones mentionnés ci-dessus. Ces talwegs ont rapport à l'advection de mousson des masses d'air maritime vers le continent. La dépression de mousson indien se trouve dans un talweg en altitude entre le haut anticyclone de l'Asie Centrale et l'anticyclone de l'océan Indien du Sud qui s'est déplacé vers le Nord. En été, les anticyclones continentaux en altitude ont un effet bloquant sur la circulation. L'échange interhémisphérique de masses et de moment qui réflète également sur la circulation générale se montre d'une manière la plus prononcée dans le «climat du temps» par suite du fait que les régions d'origine des cyclones tropicaux sont coordonnées à des trains de talwegs de l'hémisphère hivernal opposé.

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Herrn Professor Dr. Gerhard Schott zum 90. Geburtstag gewidmet.