Atmospheric carbon dioxide variations at coastal site, Shibukawa, in Seto Inland Sea, Japan

Summary Four years of measurements (1980–83) of carbon dioxide at the northern coast site, Shibukawa, are presented. The data reveal well defined diurnal and seasonal variations. The amplitude of the daily carbon dioxide variation is about 30 ppm during the colder season (January–March; November–December), and about 60 ppm during the warmer season (April–October). The seasonal variation of daily minimum concentration of carbon dioxide has a maximum in the middle of summer (July–September) and a minimum in the winter months. This variation does not correspond to that expected from vegetation activity. The summer peak in carbon dioxide concentration seems to be inherent features at the coast site, Shibukawa; it is probably due to less activity of the vertical mixing under stable stratification of the air layer prevailing throughout the day. The year-to-year comparison of minimums in the winter months reveals an average annual increase of the carbon dioxide content of 6 ppm/year, which is much greater than 1.5 ppm/year observed in the troposphere over Japan [1]. This indicates that the carbon dioxide concentration and its variations at Shibukawa station represent the local scale values rather than the large scale one. The horizontal distribution of carbon dioxide concentration, measured over sea surface near Shibukawa station, also suggests the existence of many patches of high concentration of carbon dioxide due to the local point sources related to the human activity such as ships and industries distributed at the coast site.

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Variationen des atmosphärischen CO₂ bei Shibukawa im Küstengebiet des Inlandsees Seto in Japan

Zusammenfassung Es werden Ergebnisse über Tages- und Jahresgänge von vierjährigen Messungen (1980–83) des CO₂ bei Shibukawa an der nördlichen Küste des Sees vorgelegt. Die Amplitude des Tagesganges beträgt in der kalten Jahreszeit ungefähr 30 ppm und in der warmen Jahreszeit ungefähr 60 ppm. Im Jahresgang des täglichen Minimums des CO₂ fällt das Maximum auf den Sommer und das Minimum auf Wintermonate. Dies entspricht nicht der aus der Aktvität der Vegetation zu erwartenden Variation. Das Sommermaximum scheint eine Besonderheit der Lage von Shibukawa an der Küste zu sein und ist wahrscheinlich auf die zu geringe vertikale Durchmischung bei der tagsüber dort vorherrschenden stabilen Schichtung zurückzuführen. Der Vergleich der Minima der Wintermonate von Jahr zu Jahr läßt eine Zunahme um 6 ppm pro Jahr erkennen, die bedeutend größer ist als die Zunahme um 1,5 ppm pro Jahr in der Troposphäre über Japan [ 1 ]. Dies weist darauf hin, daß die CO₂-Konzentration und ihre Variationen in Shibukawa eher lokale als großräumige Werte darstellen.Die über der Seeoberfläche in der Nähe von Shibukawa gemessene Verteilung der CO₂-Konzentrationen zeigt viele Stellen mit hoher CO₂-Konzentration, die auf lokale Punktquellen menschlicher Aktivität wie auf Schiffe und auf an der Küste verteilte Industrien hinweisen.

     

Foliage temperature increases in water hyacinth caused by atmospheric CO2 enrichment

Summary Atmospheric CO₂ enrichment tends to induce partial stomatal closure in most higher plants. This phenomenon reduces per-unit-leaf-area plant transpirational water loss rates, which in turn leads to higher plant temperatures. Working in the field with water hyacinths maintained in open-top, clear-plastic wall, CO₂ -enrichment chambers at Phoenix, Arizona, we have quantified this relationship for a plant species which has been shown previously to react like most land plants in this regard. Our results indicate that in some parts of the world this non-greenhouse mechanism for surface temperature change may play an important role in determining future climate. Under sunlit and well-watered conditions conducive to active growth, for instance, we found water hyacinth foliage temperatures to increase by 2.7 K in response to a 300 to 600 ppm doubling of the atmospheric CO₂ concentration.

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Erhöhungen der Blattemperatur von Wasserhyazinthen durch atmosphärische CO₂-Anreicherung

Zusammenfassung Erhöhter CO₂ -Gehalt neigt dazu, teilweises Schließen der Spaltöffnungen höherer Pflanzen zu verursachen. Das reduziert den Wasserverlust durch Transpiration und führt zu höheren Pflanzentemperaturen. Bei Feldarbeiten an Wasserhyazinthen in oben offenen Klarplastikkammern mit CO₂ -Anreicherung bei Phoenix, Arizona wurde diese Beziehung für eine Pflanzenart quantifiziert, die sich in diesem Zusammenhang den meisten Landpflanzen als ähnlich erwiesen hat. Die Ergebnisse liegen nahe, daß dieser, vom Glashauseffekt unabhängige, Mechanismus der änderung der Oberflächemtemperatur in einigen Teilen der Welt eine bedeutende Rolle bei der Bestimmung des zukünftigen Klimas spielen könnte. Es konnte z.B. unter für das Wachstum günstigen Strahlungs- und Wasserverhältnissen eine Erhöhung der Blattemperatur der Wasserhyazinthen um 2,7 K durch eine Verdoppelung der atmosphärischen CO₂ -Konzentration von 300 auf 600 ppm nachgewiesen werden.

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Contribution from th Agricultural Research Service, U.S. Department of Agriculture.

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With 3 Figures     

The CO2 climate response problem a statistical approach

Summary The anthropogenic increase of the atmospheric carbon dioxide (CO₂) concentration leads to a global warming of the atmospheric surface layer, whereas the stratosphere is cooled. This greenhouse effect postulated by a number of climate models (on a physical basis) can be conditionally verified by statistical multiple regression techniques. In this study the following climatic time series are used (all data yearly averages): northern hemisphere mean temperatures near surface 1781–1980 (alternatively since 1851 or 1881) and corresponding stratospheric data 1958–1983, sea surface temperatures 1856–1980, northern hemisphere or global average, alternatively, and the global mean sea level fluctuations 1881–1980. In order to account for an appropriate part of explained variance, volcanic and solar forcing parameters are implied and the data are low-pass filtered suppressing variations of the period rangeT < 10 years. Based on the recently assessed preindustrial CO₂ concentration of c. 280 ppm and the Mauna Loa value of c. 344 ppm in 1984 this industrial CO₂ increase reveals a northern hemisphere temperature increase near surface of c. (.7±.1) K (average and standard deviation of all statistical regression runs), statistically significant at the 95% level. A CO₂ doubling (300 to 600 ppm) leads to a statistically derived signal of (3.1±.6) K, satisfactorily congruent with the results of most of the (deterministic) climate models: c. (3±1.5)K. A stratospheric cooling trend in recent time may be existent but is highly non-significant. Similarly, the SST data do not allow to evaluate a significant CO₂ signal to noise ratio. In contrast to that the observed long-term global mean sea level increase (9.3 cm) can be predominantly attributed to the CO₂ effect (99.9% level).

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Zusammenfassung Der anthropogen bedingte Anstieg der atmosphärischen Kohlendioxid-(CO₂-)Konzentration führt zu einer Erwärmung der bodennahen Luftschicht, während die Stratosphäre abgekühlt wird. Dieser Glashauseffekt, von zahlreichen Klimamodellierungen (auf physikalischer Basis) postuliert, kann auf statistischem Weg durch multiple Regressionsrechnungen bedingt verifiziert werden. Die vorliegende Studie basiert auf den folgenden Klima-Zeitreihen (alle Daten in Form von Jahresmittelwerten): nordhemisphärische Mitteltemperatur in Bodennähe 1781–1980 (alternativ seit 1851 bzw. 1881) und in der Stratosphäre 1958–1983, Meeresoberflächentemperatur 1956–1980, nordhemisphärisch bzw. global gemittelt, und mittlere globale Meeresspiegelschwankungen 1881–1980. Um einen angemessenen Teil erklärter Varianz zu erfassen, wurden vulkanische und solare Parameter mit einbezogen und eine Tiefpaßfilterung mit Unterdrückung des PeriodenbereichsT < 10 Jahre zugrunde gelegt. Auf der Basis des kürzlich abgeschätzten vorindustriellen CO₂-Konzentrationswertes von ca. 280 ppm und dem Mauna Loa Wert des Jahres 1984 von ca. 344 ppm entspricht dieser industrielle CO₂-Anstieg einer Erhöhung der bodennahen nordhemisphärischen Mitteltemperatur von ca. (0.7±0.1) K (Mittelwert und Standardabweichung aller Regressionsrechnungen), was einen auf dem 95%-Niveau signifikanten Temperaturanstieg darstellt. Eine CO₂-Verdoppelung (300 auf 600 ppm) führt, ebenfalls auf statistischem Weg, zu einem Temperatursignal von (3.1±0.6) K, in befriedigender Übereinstimmung mit den meisten der (deterministischen) Klimamodelle: ca. (3±1.5) K. In der Stratosphäre könnte in letzter Zeit ein Abkühlungstrend aufgetreten sein, der aber höchst insignifikant ist. Auch die SST-Daten erlauben keine signifikanten Schätzungen des Signal-Rausch-Verhältnisses. Im Gegensatz dazu kann der langfristige Trend des globalen Meeresspiegelanstiegs (9.3 cm) weitgehend dem CO₂-Effekt zugeschrieben werden (99.9%-Signifikanzniveau).

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With 7 Figures     

On bioclimatological aspects of Harmattan dust haze in Nigeria

Summary Saharan dust which is transported from the Tibesti region of Africa into the tropical atmosphere and its significant effects are discussed in relation to aeronautical and ecological problems. Incidence of Harmattan dust haze in Nigeria between November and March during the Northern Hemisphere winter is described and the major health hazards associated with its occurrence are discussed.Results suggest that while large deposits of loess-rich dust may aid soil fertility at the fringes of the Saharan dust source, the increasing trend of frequency of occurrence and intensity of dust in Nigeria may worsen the health hazards in the north such as acute respiratory infections, pneumonia and bronchitis. This may become serious in the immediate future in the southern parts of Nigeria which hitherto had been spared the menace of severe Harmattan dust haze.

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Über bioklimatische Aspekte des Hannattan-Staubdunstes in Nigeria

Zusammenfassung Der Sahara-Staub, der aus dem Gebiet von Tibesti in Afrika in die tropische Atmosphäre transportiert wird, und seine signifikanten Auswirkungen werden in Beziehung zu aeronautischen und ökologischen Problemen besprochen. Der Einfall von Harmattan-Staubdunst in Nigeria zwischen November und März im Winter der Nordhemisphäre wird beschrieben und die damit verbundenen Gesundheitsgefährdungen werden diskutiert. Die Ergebnisse weisen darauf hin, daß, während große Ablagerungen von lößreichem Staub die Fruchtbarkeit des Bodens am Rande der Staubquelle der Sahara fördern, die zunehmende Tendenz von Häufigkeit und Intensität der Staubeinfälle in Nigeria durch akute Infektionen der Atmungsorgane, Pneumonie und Bronchitis eine Gefährdung der Gesundheit im Norden verursacht. Dies mag in der unmittelbaren Zukunft in südlichen Teilen von Nigeria, die bisher von der Gefahr starker Harmattan-Staubeinfälle verschont waren, gefährlich werden.

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With 6 Figures     

A comparison of the chemical composition of fog and rainwater collected in the Fichtelgebirge,Federal Republic of Germany,and from the South Island of New Zealand

Summary We measured ionic compounds in rain and fog at two remote sites in the South Island of New Zealand and at two sites in the Fichtelgebirge, F. R. of Germany. In the Fichtelgebirge high concentrations of H₃O⁺, NO ₃ ^– , SO ₄ ^2– and NH ₄ ⁺ indicate an anthropogenic impact, whereas in New Zealand concentrations were generally very low except for seasalt derived ions such as Na⁺, Cl^– and Mg²⁺ at one site near the coast which receives precipitation from maritime sources. Remarkable differences occur in the acidity of hydrometeors in New Zealand and the Fichtelgebirge. The low pH values of the Fichtelgebirge (pH 4.2) are due to an excess of strong mineral acids, whereas the acidity of rain and fog in New Zealand is controlled by dissolved CO₂ (pH 5.6). In the Fichtelgebirge, acidity in fog is much higher than in rain, whereas no difference could be observed in New Zealand due to marine influences and the lack of strong mineral acids. Rain of different trajectories of air flow in New Zealand is accompanied by a wide range of ionic concentrations.

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Zusammenfassung An zwei entlegenen Meßstellen der Südinsel Neuseelands und an zwei Meßstellen im Fichtelgebirge haben wir die Ionen im Regen und Nebel gemessen. Die Luftverschmutzung im Fichtelgebirge ist gekennzeichnet durch hohe Konzentrationen von H₃O⁺, NO ₃ ^– , SO ₄ ^2– und NH ₄ ⁺ . Die Ionenkonzentrationen im neuseeländischen Niederschlagswasser waren durchwegs sehr gering mit Ausnahme von Na⁺, Cl^– und Mg²⁺, die aus Seesalzen stammen und nur in einer küstennahen Meßstelle bei günstigen Wetterlagen bestimmt werden konnten. Große Unterschiede bestehen in der Azidität der Hydrometeore. Während im Fichtelgebirge starke Mineralsäuren niedrige pH-Werte (pH 4.2) bewirken, wird die Azidität des Regens und des Nebels an den neuseeländischen Meßstellen durch gelöstes CO₂ kontrolliert (pH 5.6). Im Fichtelgebirge ist die Azidität im Nebel erheblich höher als im Regen. Im Gegensatz dazu konnten wir keinen Unterschied in der Azidität zwischen Nebel und Regen in Neuseeland beobachten, was wir mit dem marinen Einfluß und dem Fehlen starker Mineralsäuren erklären. Unterschiedliche Trajektorien der atmosphärischen Strömung in Neuseeland unterscheiden sich zugleich in ihren Ionenkonzentrationen im Regen.

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With 6 Figures     

Magnetic and ionospheric storms

Summary The characteristic ionospheric storm variation of F₂ Layer ionisation at a temperate latitude station is described and compared with corresponding effects at other latitudes. The well known marked variability of the F₂ Layer critical frequency is attributed, in part, to the operation of the ionospheric storm mechanism. The lack of correlation between variations of F₂ ionisation at two sites, at a considerable distance apart, is due to the fact that ionospheric storm manifestation is found to vary, in sign and magnitude, with geomagnetic latitude, and is also subject to a diurnal control determined by local time.

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Zusammenfassung Die charakteristische Ionosphärensturmvariation der Ionisation der F₂-Schicht an einer Station der gemäßigten Breite wird beschrieben und mit entsprechenden Vorgängen in anderen Breiten verglichen. Die bekannte eindeutige Veränderlichkeit der kritischen Frequenz der F₂-Schicht wird teilweise der Wirkung des Mechanismus der Ionosphärenstürme zugeschrieben. Das Fehlen einer Korrelation zwischen den Variationen der F₂-Schicht an zwei in beträchtlicher Entfernung voneinander gelegenen Orten erklärt sich aus der Tatsache, daß das Auftreten der Ionosphärenstürme nach Vorzeichen und Ausmaß mit der geomagnetischen Breite variiert und außerdem einem ortszeitlich bedingten Tageseinfluß unterliegt.

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Résumé On décrit la variation la variation caractéristique d'ionisation de la couche F₂ lors des tempêtes ionosphériques observées à une station de latitude moyenne et on la compare aux phénomènes analogues à d'autres latitudes. La variabilité marquée et bien connue de la fréquence critique de la couche F₂ est partiellement attribuée au mécanisme des tempêtes ionosphériques. L'absence de corrélation entre les variations de la couche F₂ en deux endroits considérablement éloignés l'un de l'autre s'explique par le fait que l'apparition des tempêtes ionosphériques varie en signe et en intensité avec la latitude

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With 4 figures.

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Dedicated to Professor Dr.H. Benndorf on the occasion of his eightieth birthday.     

Magnitude and sources of variation in albedo within an alpine tundra

Summary Temporal and spatial variations of albedo in a mid-latitude alpine tundra are assessed in order to develop a classification of surface cover mapping units which is useful for surface climate simulations. The largest temporal changes in albedo result from alterations in moisture conditions at the tundra surface associated with snowpack ripening and precipitation. Surface albedo varies under high atmospheric transmission conditions (clear skies) from 0.168 to 0.205; under low transmission conditions (cloudy) there was little variation in the surface albedo with the solar zenith angle and the value of the albedo was approximately equal to that under clear skies when 45° >z > 30°.Spatial variation of albedo within commonly used alpine surface cover mapping units is large, due to the roughness and heterogeneity of the tundra surface. Small differences between mean albedo among vegetated units (mean values range from 0.15 to 0.19) and large ranges of values within units (average 25% of the mean value) preclude differentiation of the commonly used surface cover mapping units (except snow) on the basis of shortwave reflectivity. Aggregation of the vegetated surface cover units based on height and density of plants yields three classes (krummholz, dense low vegetation, and sparse low vegetation) for which differences between mean albedo among all combinations of pairs of mapping units (4 units, 3 vegetative plus snow) are statistically significant.

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Zusammenfassung Zeitliche und räumliche Unterschiede der Albedo einer alpinen Tundra der mittleren Breiten werden herangezogen, um eine kartographische Klassifikation der Oberflächendecke zu entwickeln, die für klimatische Simulationen von Nutzen sein kann.Die auffälligsten zeitlichen Schwankungen der Albedo resultieren aus einer Veränderung der Feuchtigkeitsbedingungen an der Tundraoberfläche in Verbindung mit der Alterung der Schneedecke und Niederschlag. Die Oberflächenalbedo schwankt bei starker atmosphärischer Transmission (klarer Himmel) von 0.168 bis 0.205; bei geringer atmosphärischer Transmission (wolkig) zeigt sich nur wenig Veränderung der Oberflächenalbedo, wobei der Sonnenzenithwinkel und der Albedowert bei 45° >z > 30° in etwa den Werten bei klarem Himmel gleichen.Die räumliche Variation der Albedo innerhalb der üblicherweise herangezogenen kartographischen Einheiten der alpinen Oberflächendecke ist aufgrund der Rauhigkeit und Heterogenität der Tundraoberfläche groß. Bei Vergleich der Vegetationseinheiten untereinander zeigen sich nur geringfügige Unterschiede der durchschnittlichen Albedo (die Durchschnittswerk bewegen sich zwischen 0.15 und 0.19), während die Bandbreite der Werte innerhalb der jeweiligen Einheiten (im Durchschnitt 25% des Mittelwerts) hoch ist. Dies verhindert eine Differenzierung der allgemein angewandten kartographischen Klassifizierung der Oberflächendecke (Schnee ausgenommen) auf der Grundlage kurzwelliger Reflektivität.Eine Einteilung der Vegetationseinheiten hinsichtlich Höhe und Pflanzendichte ergibt drei Klassen (Krummholz, dichter Niederbewuchs und spärlicher Niederbewuchs), wobei die Unterschiede der Albedomittelwerte aller paarweisen Kombinationen der kartographischen Einheiten (4 Einheiten: 3 Vegetationstypen und Schnee) statistische Signifikanz aufweisen.

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With 3 Figures     

Ergebnisse der Registrierung der Schwefeldioxid-Immission in Wien mit dem Gasspurenanalysator Picoflux

Zusammenfassung Es wird über die Ergebnisse der SO₂-Immissionsregistrierungen an der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik in Wien-Hohe Warte im Winter 1967/68 berichtet. Die Tages- und Monatsmittelwerte sowie die Immissionskenngrößen werden mitgeteilt. Ferner wird die Abhängigkeit der gemessenen SO₂-Werte von Windrichtung und Windstärke untersucht.

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Summary The author gives a report on the results of the SO₂ immission recordings which have been effectuated at the Zentralanstalt für Meteorologic und Geodynamik in Vienna (Hohe Warte) during the winter 1967 to 1968. Daily and monthly means are given as well as the immission parametersI ₁ andI ₂. Further, the dependancy of the measured amounts of SO₂ from wind direction and wind speed is discussed.

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Résumé On rapporte ici sur les résultats des enregistrements d'immissions de SO₂ effectués durant l'hiver 1967–1968 à l'Institut central de Météorologie et de Géodynamique à Vienne (Autriche). On communique les moyennes journalières et mensuelles ainsi que les dimensions des immissions. On recherche enfin les relations pouvant exister entre les valeurs mesurées de SO₂ d'une part, les directions et forces du vent d'autre part.

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Mit 2 Abbildungen     

A further note on extreme monsoonal rainfall deficits in India

Summary In a previous paper, maps were provided of the extreme monsoonal rainfall deficits likely to occur somewhere within individual Standard Meteorological Sub-Divisions in India. The present paper extends this study to similar evaluations for areas of radius 150 km around each of the 306 stations used in the previous study. Maps are presented of percentage rainfall deficits (or percentage of average values) with return periods of 2, 5, 10 and 50 years, and of the spatial pattern of return periods for deficits of 40%, 50%, 60% and 70% below the average. In addition, there are graphs for 25 stations displaying the relationships between deficit intensity and return period.

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Zusammenfassung In einer vorhergehenden Arbeit wurden Karten über extreme Monsonregendefizite vorgelegt, wie sie wahrscheinlich innerhalb der einzelnen meteorologischen Untereinheiten Indiens vorkommen. Diese Arbeit präzisiert diese Studien auf Gebiete im Umkreis von 150 km jeder der 306 schon früher verwendeten Meßstationen. Hierbei werden Karten vorgelegt, die sowohl Prozentsätze der Regendefizite (bzw. der Durchschnittswerte) für Wiederholungszeiten von 2, 5, 10 und 50 Jahren als auch räumliche Muster der Wiederholungszeiten für Defizite von 40, 50, 60 und 70% unter dem Durchschnittswert angeben. Dem sind Grafiken von 25 Stationen beigefügt, die die Zusammenhänge von Defizitintensität und Wiederholungszeit zeigen.

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With 4 Figures     

Variation in the spatial organisation of daily rainfall during the north Queensland wet seasons, 1979–82

Summary Daily rainfall correlation fields are examined for the north Queensland wet season months (November-March) for four consecutive years. Considerable monthly variation in correlation patterns is exhibited which is shown to be closely associated with the nature of the prevailing atmospheric circulation. Daily rainfall patterns are characteristically sporadic during the early part of the wet season (November and December), but later, and during January in particular, rainfall is more widespread and better organised. In February and March the degree of organisation decreases markedly as rainfall activity along the monsoon trough moves progressively northwards. During the period January to March and for days on which the monsoon trough is particularly active, there is a tendency for rainfall to be preferentially organised along marked axes. Axial eccentricity in correlation fields is related to orientation of the monsoon through when it is in the north of the region, and is also influenced by the trend of the east coast and adjacent high ground.

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Zusammenfassung Es werden Korrelationsfelder des täglichen Niederschlags für die Regenzeit Nordqueenslands (November-März) in vier aufeinanderfolgenden Jahren untersucht. Es zeigt sich eine bemerkenswerte monatliche Variation der Korrelationsmuster, die mit der vorherrschenden Zirkulation zusammenhängt. Zu Beginn der Regenzeit (November und Dezember) weisen die täglichen Niederschlagsmuster meist eine punktuelle Charakteristik auf, später jedoch, und besonders im Januar ist das Niederschlagsgebiet ausgedehnter und zusammenhängender. Der Grad der Organisation sinkt im Februar und März merklich, wenn die Niederschlagszone entlang des Monsuntroges nach Norden fortschreitet. In der Periode Januar bis März und an Tagen mit hoher monsunaler Aktivität scheint sich der Niederschlag vorzugsweise entlang ausgeprägter Achsen zu entwickeln. Die axiale Exzentrizität in den Korrelationsfeldern steht in Beziehung mit der Orientierung des Monsuntroges, wenn sich dieser nördlich der Region befindet und wird ebenfalls von der Richtung der Küstenlinie und des angrenzenden Hochlandes beeinflußt.

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The Bureau of Meteorology (1978) defined a tropical cyclone as a non-frontal synoptic-scale cyclonic, rotational low pressure system of tropical origin, in which 10-minute mean winds of at least gale force 63 km/h occur, the belt of maximum winds being in the vicinity of the system's centre.

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A tropical depression is defined as a closed, cyclonic, rotational system of tropical origin, in which mean winds at any point within the closed system do not exceed gale force (Lourensz, 1981).

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With 12 Figures     

New results regarding the influence of solar activity on the stratospheric-tropospheric exchange

Summary The dependence of stratospheric intrusions on solar events is analyzed on the basis of 8-years' recordings of the concentration of stratospheric radionuclides and the ozone at 3 km altitude, as well as of the atmospheric profile of the ozone concentration and the total ozone.A significant, even though weak influence of solar magnetic sector structure boundary passages of type-/+ can be identified, a seasonal influence, however, is also observed. The strong 50 to 80% increase in the frequency of stratospheric intrusions after solarH -flares is significant and completely independent of the phase of the solar cycle and season. The total atmospheric ozone shows also a correlation with solar flares: A well defined maximum on the day preceding the flare. The neutron density clearly shows the Forbush decrease on theH -key day. Using key days with Forbush minimum for the superposed epoch analysis reveals a significant maximum of the Be 7-concentration on the day before the flare (rise by about 45 to 60%).Notable is the following sequence: Approximately 3 days before the solar flare the neutron density begins to decrease, 1 to 2 days before the flare the total atmospheric ozone maximizes, and 2 to 3 days after the flare one finds the maximum of the Be 7 in the troposphere as a consequence of the stratospheric intrusion.Around days with maximum Be 7-concentration the reliability of weather forecasts is clearly reduced — a fact, which at this point is obviously indicative of an acute activation of a labile atmospheric condition.We selected some characteristic individual cases to demonstrate by means of tables the time lapse of typical solar atmospheric and geophysical variables associated with solar flares. The attendant structures of the vertical ozone profile are discussed.Some preliminary reflections on a physical link are set forth.

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Neue Ergebnisse über den Einfluß der Sonnenaktivität auf den stratosphärisch-troposphärischen Austausch

Zusammenfassung Anhand 8jähriger Registrierungen der Konzentration stratosphärischer Radionuklide und des Ozon in 3 km Höhe sowie des atmosphärischen Profils der Ozon-Konzentration und des Gesamt-Ozon wird die Abhängigkeit stratosphärischer Lufteinbrüche in die Troposphäre von solaren Ereignissen analysiert.Ein signifikanter, wenn auch schwacher Einfluß von Sektordurchgängen des interplanetarischen Magnetfeldes beim Polaritätswechsel vom Typ-/+ läßt sich nachweisen, jedoch geht ein jahreszeitlicher Einfluß mit ein.Signifikant und völlig unabhängig von der Phase des solaren Zyklus und der Jahreszeit ist die starke Zunahme der Häufigkeit bzw. der Stärke von stratosphärischen Lufteinbrüchen 2 bis 3 Tage nachH -Eruptionen (Zunahme um 50 bis 80%). Das atmosphärische Gesamt-Ozon zeigt ebenfalls eine Korrelation mitH -Eruptionen: Ein gut ausgeprägtes Maximum am Tag vor der Eruption wird festgestellt. Die Neutronendichte zeigt amH -Stichtag deutlich den Forbush-Effekt. Verwendet man Stichtage mit einem Forbush-Effekt für die Überlagerungs-Analyse, so findet man am Tage vor dem Stichtag ein signifikantes Maximum der Be 7-Konzentration (Anstieg um 45–60%). Auffallend ist die folgende Zeitfolge: Etwa 3 Tage vor derH -Eruption beginnt die Neutronendichte abzusinken, 1 bis 2 Tage vor der Eruption erreicht das atmosphärische Gesamt-Ozon das Maximum, 2 bis 3 Tage nach derH -Eruption findet man das Maximum des Be 7 in der Troposphäre als Folge der stratosphärischen Lufteinbrüche.Um Tage mit maximaler Be 7-Konzentration ist die Treffsicherheit von Wetterprognosen eindeutig reduziert. Man hat es also zu diesem Zeitpunkt offensichtlich mit der akuten Aktivierung eines labilen atmosphärischen Zustandes zu tun.Anhand von Tabellen wird der zeitliche Ablauf von charakteristischen solaren atmosphärischen und geophysikalischen Größen im Zusammenhang mit solaren Ereignissen für einige charakteristische Einzelfälle dargelegt. Die zugehörigen Strukturen des vertikalen Ozon-Profiles werden besprochen.Einige vorläufige Gedanken über einen Kausalzusammenhang werden dargelegt.

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With 12 Figures     

Review of meteorological aspects on hail defense activities in Austria

Summary Hail defense in Austria is supported by meteorological offices since 1979. Testing the efficiency of these weather modification activities hailpad-networks have been erected 1981/1982 in two target areas (Lower Austria, size 500 sqkm and Styria, size 700 sqkm), with a mean distance of 2 km. All data, i.e. seeding information, hailpad data, crop damage (estimation by the Austrian Hail Insurance) are collected to establish a relation between hail registration and harm on plants. For the period 1981–1987 first results of the target areas are presented. For further investigation on the seeding effect a ten year period with more intensive radar registration will be necessary.

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Zusammenfassung Seit 1979 werden in Österreich bestehende Hagelabwehrorganisationen seitens der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAfMuG) mit betreut. Zur objektiven Registrierung von Hagelschlägen wurden 1981/1982 Hagelmeßnetze mit einem mittleren Stationsabstand von zwei Kilometern errichtet. In Niederösterreich besteht ein Schutzgebiet von 500 km², in der Steiermark von 700 km².Die anfallenden Daten, aus Impfeinsätzen, getroffenen Hagelplatten und Kulturschäden (geschätzt von der Österreichischen Hagelversicherungsanstalt) werden an der ZAfMuG gesammelt. Beziehungen zwischen Hagelregistrierungen und Schäden an Pflanzen werden gezeigt. Auf Grund der Erfahrungen bei den Auswertungen zur Periode 1981–1987 wird zur weiteren Beurteilung des Impfeffektes der Einsatz eigener Radaranlagen in einer Folgeperiode empfohlen.

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With 7 Figures     

A note on the intercornparison between monthly mean radiance equivalent and rocketsonde temperatures

Summary Rocketsonde monthly mean temperature structure of the stratosphere is compared with that derived from Nimbus-5 SCR radiance measurements for the solsticial months in 1973 and for the equinoctial months in 1974. The comparison shows good agreement only at pressure levels between about 5 mb and 15 mb (upper-middle stratosphere). The satellite minus rocket bias is highest at the stratopause region possibly due to the constraints applied in retrieving the radiance equivalent temperatures.

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Über einen Vergleich zwischen Monatsmittelwerten von strahlungsäquivalenten Temperaturen und Temperaturen von Raketensonden

Zusammenfassung Die mit Raketensonden gewonnene mittlere monatliche Temperaturstruktur der Stratosphäre wird mit der aus Strahlungsmessungen von Nimbus-5 SCR abgeleiteten für die Monate Juni und Dezember 1973 und für März und September 1974 verglichen. Der Vergleich zeigt eine gute Übereinstimmung nur in den Druckniveaus zwischen 5 mb und 15 mb, das ist in der oberen mittleren Stratosphäre. Die Differenz zwischen den mit Satelliten und den mit Raketensonden gewonnenen Temperaturen ist am größten in der Stratopausenregion, möglicherweise zufolge der zur Ableitung der strahlungsäquivalenten Temperaturen angewendeten Methode.

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With 2 Figures     

Etude des échanges de chaleur entre l'air et le sol sur deux sols de nature différente

Résumé On mesure les températures du sol à 2 profondeurs ainsi que les températures de la surface du sol et de l'air près du sol sur 2 sols différents: le sable des dunes du Grand Erg Occidental et la hamada¹, près de Béni-Abbès (Algérie). On en déduit les coefficients de diffusivité thermique des matériaux constituant le sol. Connaissant d'autre part les rayonnements incidents, réfléchis, diffusés et émis par le sol, on estime la chaleur échangée entre celui-ci et l'air par convection et conduction. Observant que les chaleurs échangées varient avec la nature du sol et l'heure on en conclut qu'il doit s'établir une brise entre l'erg et la hamada analogue à la brise marine.

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Summary One measures soil temperature at two depths, surface and air temperature near the ground in sand dunes of the Grand Erg Occidental and in the hamada¹, near the oasis of Béni-Abbès (Algeria). One deduces from these results thermal diffusivity coefficients for these two soils. Knowing incident, reflected, diffused and emitted radiations of the ground, one computes the energy exchanged between air and ground surface through convection and conduction. One finds that these energies vary with the nature of the soil and with time, and one concludes that it must appear a breeze between dunes and hamada, quite similar to the sea breeze.

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Zusammenfassung Es wurden die Bodentemperatur in zwei Tiefen, die Oberflächentemperatur und die Lufttemperatur in Bodennähe auf zwei unterschiedlichen Bodenarten, auf den Sanddünen des Grand Erg Occidental und auf der Hamada² bei Beni-Abbès (Algerien), registriert. Aus den Messungen werden die Wärmeleitzahlen der entsprechenden Bodensubstanzen bestimmt. Aus den bekannten Werten der Einstrahlung und der Ausstrahlung sowie der reflektierten und der gestreuten Strahlung des Bodens wird der Wärmeaustausch durch Konvektion und Wärmeleitung zwischen Luft und Bodenoberfläche abgeschätzt. Da dieser Wärmeaustausch von der Natur des Bodens und der Tageszeit abhängt und über beiden Bodenarten verschieden groß ist, entsteht vermutlich eine Luftbewegung zwischen der Düne und der Hamada ähnlich der Seebrise.

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Avec 5 Figures     

Partialwellen in den halb- und vierteltäglichen gezeitenartigen Schwingungen der Atmosphäre

Zusammenfassung Es werden die Formen der möglichen Partialwellen in den atmosphärischen Gezeiten angegeben. Eine Analyse der geographischen Verteilung der halbtäglichen Luftdruckschwankung nach diesen Partialwellen zeigt, daß neben den seit langem bekannten Wellentypen, der wandernden (S ₂ ² ₂) und der stehenden (S ₂ ⁰ ₂) Welle, auch noch eine dritte Welle (S ₂ ³ ₃) mit beachtlicher Amplitude auftritt. Sie besteht aus einem System von drei Hoch- und drei Tiefdruckgebieten (Abb. 2), das in 3/2 Tagen die Erde umkreist. Ein Vergleich zwischen entsprechenden Partialwellen im Druck und in der Temperatur führt zur Aufstellung einer empirischen Resonanzkurve für die thermische Erregung. Ebensolche Analysen wurden für die Ortszeitglieder der vierteltäglichen Druckschwankungen und ihre jahreszeitlichen Variationen durchgeführt.

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Summary The patterns of the possible component waves in the atmospheric tides are described. A decomposition of the geographical distribution of the semidiurnal pressure oscillation into these component waves shows, that there exists a third wave (S ₂ ³ ₃) with appreciable amplitude besides the well known migrating (S ₂ ² ₂) and standing (S ₂ ⁰ ₂) waves. It consists of three high and three low pressure areas (Fig. 2) moving around the earth in 3/2 days. Comparisons between corresponding component waves in the pressure and temperature lead to the establishment of an empirical resonance curve for the thermal excitation. Similar decompositions have been made for the local time waves in the six-hourly pressure oscillations and their seasonal variations.

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Résumé L'auteur expose la structure des ondes partielles de la marée atmosphérique. Une analyse de la distribution géographique de la variation semi-diurne de la pression atmosphérique révèle qu'il existe, outre les ondes migratoires (S ₂ ² ₂) et fixes (S ₂ ⁰ ₂) bien connues, une troisième onde (S ₂ ³ ₃) à amplitude notable. Elle consiste en un système de trois aires de hautes et de basses (Fig. 2) pressions circulant autour du globe en un jour et demi. En comparant les ondes partielles de pression et de température, on peut dresser une courbe empirique de résonnance pour l'excitation thermique. Des analyses analogues ont été faites pour les oscillations d'un quart de jour de la pression et leur variation saisonnière.

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Mit 3 Textabbildungen

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Die Untersuchungen, über die hier berichtet wird, wurden bei einem mehrmonatigen Besuch im Department of Meteorology der New York University angestellt. Dieser Besuch wurde ermöglicht durch Zuwendungen des Geophysics Research Directorate of Air Force Cambridge Research Center, Air Research and Development Command, unter dem Contract No. AF 19 (604)-1006.     

Precipitation of stratospheric tracers and cyclogenesis in the Western Mediterranean

Summary The phenomenological theory of tropopause folding as associated with the injection of stratospheric tracers into the troposphere during intense cyclogenesis is reexamined in connection with cyclone formation in the Western Mediterranean area. Ozone and radioactivity ground measurements are critically analysed in this respect. Correlation between concentration in the lower troposphere of stratospheric tracers and intense cyclogenesis is shown not to be appreciable beyond 5% cohenrence confidence level, even if visual inspection of both time records and weather maps gives the opposite impression.

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Der Ausfall von stratosphärischen Tracern und die Zyklogenese im westlichen Mittelmeer

Zusammenfassung Es wird die phänomenologische Theorie der Tropopausenfaltung in Verbindung mit der Zufuhr von stratosphärischen Tracern in die Troposphäre bei intensiver Zyklogenese im Zusammenhang mit der Zyklonenbildung im westlichen Mittelmeer überprüft. Zu diesem Zwecke wurden in Bodennähe durchgeführte Messungen des Ozons und der Radioaktivität kritisch analysiert. Die Korrelation zwischen der Konzentration der stratosphärischen Tracer in der unteren Troposphäre und einer intensiven Zyklogenese erweist sich als nicht merklich über die 5% Vertrauensgrenze der Kohärenz hinausreichend, wenn auch die visuelle Betrachtung der beiden Zeitreihen und der Wetterkarten den entgegengesetzten Eindruck macht.

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With 6 Figures     

Further results of the analysis of central England temperature data

Summary Central England temperature data for 1659–1986 are analysed using a new procedure for separating the trend from monthly mean temperatures. The method has been developed without any important assumption relating to the trend function. The monthly trends are illustrated. It is suggested that a general warming tendency underlies various cooling and warming periods. Several autoregressive-moving average (ARMA) processes have been fitted to the stationarized time series of which an ARMA (2, 1) process proved to be the most appropriate model. Calculations on the data after adjustment to remove non-linear trends show much lower autocorrelations of yearly and individual monthly mean temperatures than estimated before.

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Zusammenfassung In vorliegender Studie werden Temperaturdaten von Mittelengland des Zeitraums 1659 bis 1986 unter Zuhilfenahme eines neuen Verfahrens zur Trennung von Trend und Monatsmittel analysiert. Die Methode wurde ohne besondere Annahme für die Temperaturtrendfunktion entwickelt. Die Monatstrends werden illustriert. Daraus ergibt sich eine allgemeine Tendenz der Erwärmung, der Perioden der Abkühlung und der Erwärmung überlagert sind. Verschiedene Verfahren mit autoregressiven gleitenden Mitteln (ARMA) wurden an die stationären Zeitserien angepaßt, wobei sich ein bestimmter ARMA-Prozeß (2, 1) als besonders geeignet erwies. Nach einer Anpassung durch Entfernung der nichtlinearen Trends ergaben die Berechnungen weit niedrigere Autokorrelationen der jährlichen und monatlichen Temperaturmittelwerte als bislang angenommen.

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With 6 Figures     

A method of automatic solar radiation integration with printed records including an assessment of its reliability

Summary Solar radiation intensity has been recorded on a single trace strip chart potentiometer and integrated automatically. The integral can be printed at frequencies from minutes to hours as required. The performance of the integration equipment has been assessed by (1) comparing chart area expected from a calibration of the printed digital output with the area as measured by planimeter and (2) estimating the scatter in the relation of chart area to printed output per hour on a number of days over periods up to a month. The errors (95% limits) are about ±1 cal cm^–2 for hourly values and ±4 cal cm^–2 for daily values.

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Zusammenfassung Die Intensität der Sonnenstrahlung wurde mit einem selbstabgleichenden Millivoltschreiber registriert und automatisch integriert. Das Integral kann nach Bedarf über Zeiten von der Größenordnung von Minuten bis Stunden gebildet werden. Die Leistungsfähigkeit des Integrators wurde abgeschätzt 1. durch Vergleich der auf Grund der Eichung des Integrators aus seinen Angaben errechneten Fläche unter der Registrierkurve mit der planimetrierten Fläche und 2. durch Abschätzung der Streuung der Werte des Zusammenhanges zwischen den pro Stunde angegebenen Integratorwerten und der Fläche auf dem Registrierstreifen an einer Anzahl von Tagen aus Perioden von einer Dauer bis zu einem Monat. Der Fehler (bei einer Genauigkeitsgrenze von 95%) liegt bet ±1 cal cm^–2 für Stundensummen und bei ±4 cal cm^–2 für Tagessummen.

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Résumé L'intensité du rayonnement solaire fut enregistrée par un millivoltmètre compensateur et intégrée automatiquement. L'intégration peut s'étendre à des temps allant de la minute à plusieurs heures. L'exactitude de l'intégrateur fut estimée 1) en comparant la surface résultant de ses indications à celle que l'on planimètre, et 2) en calculant la dispersion des écarts entre les valeurs données par heure par l'intégrateur et celles qui résultent de la planimétrie, cela pour un certain nombre de jours choisis dans des périodes pouvant atteindre le mois. L'erreur (pour un domaine de validité de 95%) est de ±1 cal cm^–2 pour des sommations horaires, de ±4 cal cm^–2 pour des sommations diurnes.

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With 4 Figures     

Weather Observation and Hail Suppression system in Slovenia

Summary A computer supported system for Weather Observation and Hail Suppression at Lisca (Slovenia, Yugoslavia) is presented. The described system is of an operational type, where the hail prevention is based on launching anti-hail rockets. The system consists of a C-band meteorological radar, computers, a grid of rocket launchers and a communication subsystem between the radar computer center and the launchers, the weather forecast service and the air traffic control.The main emphasis is given to system functions and algorithms for computer weather monitoring, severe cloud detection, cloud movement recognition and rocket launching computation. The software part of the system is discussed in detail, while technical data of the radar and the computer hardware equipment are included for better understanding of the system as a whole. The efficiency estimation of the hail damage reductions is not the topic of the presented article, it is only briefly mentioned.

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Zusammenfassung Es wird ein rechnerunterstütztes System zur Wetterbeobachtung und Hagelabwehr in Lisca (Slowenien, Jugoslawien) vorgestellt. Das beschriebene System ist ein operationelles mit einer auf Hagelraketen beruhenden Abwehr. Das System besteht aus einem C-Band-Radar, Rechnern, einem Netz von Raketenstartplätzen und einem Kommunikationssystem zwischen dem Radarcomputerzentrum und den Startplätzen, dem Wettervorhersagedienst und der Flugsicherung.Die Betonung liegt auf den Systemfunktionen und den Algorithmen zur automatischen Wetterbeobachtung, zur Erkennung von Hagelwolken, zur Feststellung der Wolkenbewegung und zur Berechnung der Raketenstarts. Die Software des Systems wird genau erläutert, während die technischen Werte des Radars und der Rechner zum besseren Verständnis des Gesamtsystems erwähnt werden. Die Abschätzung der Wirksamkeit des Systems bei der Verringerung von Hagelschäden ist nicht Gegenstand des Artikels und wird daher nur kurz erwähnt.

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With 6 Figures