On the electrical conductivity of air inside buildings

Summary Simultaneous measurements of the electrical conductivity of air inside and outside of buildings have been performed with continuously recording electronic instruments of high sensitivity and short time constant. It appears that the electrical conductivity, a measure of the natural ionization of air, is one atmospheric-electric parameter that can manifest itself inside occupied buildings without appreciable difference in physical character from outside values.The probable importance of these experimental results for the field of bioclimatology is pointed out and the possibility is discussed that the electrical conductivity of air might be one of the searched—for parameters in associating physiological phenomena with weather changes.

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Zusammenfassung Gleichzeitige Messungen der luftelektrischen Leitfähigkeit im Freien und innerhalb von Gebäuden wurden mit kontinuierlich registrierenden Röhreninstrumenten von großer Empfindlichkeit und kurzer Zeitkonstante durchgeführt. Es wurde gefunden, daß die Leitfähigkeit als Maß der natürlichen Luftionisierung eine luftelektrische Größe darstellt, die ohne wesentliche physikalische Beeinflussung in bewohnte Gebäude einzudringen vermag.Die mögliche Bedeutung dieser experimentellen Ergebnisse für das Gebiet der Bioklimatologie wird angedeutet und die Wahrscheinlichkeit diskutiert, daß die luftelektrische Leitfähigkeit einen der noch unbestimmten Faktoren des Zusammenhanges physiologischer Erscheinungen mit Wetterveränderungen darstellen könnte.

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Résumé Des instruments électroniques à enregistrement continu de haute fidelité et ayant une constante de courte durée ont permis de prendre des mesures simultanées de la conductivité électrique de l'air à l'intérieur et à l'extérieur de bâtiments. Il semble que la conductivité électrique, mesure de l'ionisation naturelle de l'air, soit un paramètre de l'électricité atmosphérique qui peut se manifester à l'intérieur de bâtiments habités sans différence appréciable de caractéristiques physiques avec celles des valeurs extérieures.L'importance probable de ces résultats expérimentaux dans le champ de la bioclimatologie est indiquée, et la possibilité que la conductivité atmosphérique puisse être un des paramètres recherchés dans l'association des phénomènes physiologiques avec des changements du temps est étudiée.

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With 1 Figure.

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Publication No. 25 of the Institute of Geophysics, University of California at Los Angeles. The research reported in this paper has been sponsored in part by the Geophysics Research Directorate of the Air Force Cambridge Research Center, Air Research and Development Command, under Contract No. AF 19(122)-254.     

Rate constants for the reactions of the NO3 radical with HCOOH/HCOO− and CH3COOH/CH3COO− in aqueous solution between 278 and 328 K

The kinetics of the aqueous phase reactions of NO₃ radicals with HCOOH/HCOO^– and CH₃COOH/CH₃COO^– have been investigated using a laser photolysis/long-path laser absorption technique. NO₃ was produced via excimer laser photolysis of peroxodisulfate anions (S₂O ₈ ^2– ) at 351 nm followed by the reactions of sulfate radicals (SO ₄ ^– ) with excess nitrate. The time-resolved detection of NO₃ was achieved by long-path laser absorption at 632.8 nm. For the reactions of NO₃ with formic acid (1) and formate (2) rate coefficients ofk ₁=(3.3±1.0)×10⁵ l mol^–1 s^–1 andk ₂=(5.0±0.4)×10⁷ l mol^–1 s^–1 were found atT=298 K andI=0.19 mol/l. The following Arrhenius expressions were derived:k ₁(T)=(3.4±0.3)×10¹⁰ exp[–(3400±600)/T] l mol^–1 s^–1 andk ₂(T)=(8.2±0.8)×10¹⁰ exp[–(2200±700)/T] l mol^–1 s^–1. The rate coefficients for the reactions of NO₃ with acetic acid (3) and acetate (4) atT=298 K andI=0.19 mol/l were determined as:k ₃=(1.3±0.3)×10⁴ l mol^–1 s^–1 andk ₄=(2.3±0.4)×10⁶ l mol^–1 s^–1. The temperature dependences for these reactions are described by:k ₃(T)=(4.9±0.5)×10⁹ exp[–(3800±700)/T] l mol^–1 s^–1 andk ₄(T)=(1.0±0.2)×10¹² exp[–(3800±1200)/T] l mol^–1 s^–1. The differences in reactivity of the anions HCOO^– and CH₃COO^– compared to their corresponding acids HCOOH and CH₃COOH are explained by the higher reactivity of NO₃ in charge transfer processes compared to H atom abstraction. From a comparison of NO₃ reactions with various droplets constituents it is concluded that the reaction of NO₃ with HCOO^– may present a dominant loss reaction of NO₃ in atmospheric droplets.     

Regional effects of large-scale extreme wind events over orographically structured terrain

Summary ?Above orographically structured terrain considerable differences of the regional wind field may be identified during large-scale extreme wind events. So far, these regional differences could not be resolved by climate models. To determine the relationships between large-scale atmospheric conditions, the influence of orography, and the regional wind field, data measured in the upper Rhine valley within the framework of the REKLIP Regional Climate Project were analyzed and calculations were made using the KAMM mesoscale model. In the area of the upper Rhine valley, ratios of the wind velocity in the Rhine valley at 10 m above ground level, ν_val, and the large-scale flow velocity, ν_lar, are between ν_val/ν_lar ≈ 0.1 and ν_val/ν_lar ≈ 1. The ν_val/ν_lar ratio exhibits a strong dependence on thermal stratification, δ, and decreases from ν_val/ν_lar ≈ 1 at δ = 0 K m⁻¹ to ν_val/ν_lar ≈ 0.2 at δ = 0.0075 K m⁻¹. In areas, where the lateral mountainous border of the Rhine valley is interrupted, the ν_val/ν_lar ratio increases again with increasing stability or decreasing Froude number. This is obviously due to flow around the Black Forest under stable stratification. It is demonstrated by model calculations that a complex wind field develops in the Rhine valley at small Froude numbers (Fr < 1) irrespective of the direction of large-scale flow. The ν_val/ν_lar ratio is characterized by small values in the direct lee side (ν_val/ν_lar ≈ 0.2) and high values on the windward side of the lateral mountainous border of the Rhine valley (ν_val/ν_lar ≈ 0.8). Received October 22, 2001; revised June 18, 2002; accepted June 23, 2002     

Eine statistische Theorie der Böigkeit des Windes

Zusammenfassung Es werden Gleichungen abgeleitet, mittels derer man aus dem Energiespektrum des Windes die Häufigkeit von Böen bestimmter Größe und bestimmter Mindestgröße, die Größe der häufigsten Böenspitze und einen mittleren Abstand zwischen zwei Böenstößen berechnen kann. Die Theorie wird an einem Beispiel erläutert.

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Summary Equations are derived which allow the calculation of frequencies of gusts with a velocity equal or larger than a given amount, of the velocity of the most frequent gust, and of a mean interval between two gusts out of the power-spectrum of wind. The theory is illustrated by an example.

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Résumé L'auteur établit des formules permettant de calculer les grandeurs suivantes en partant du spectre énergétique du vent: Fréquence des rafales de force ou de force maximale déterminées, force des rafales les plus fréquentes ainsi que le temps moyen séparant deux rafales. Il démontre sa théorie par un exemple.

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Mit 4 Textabbildungen     

A condensation method particle size spectrometer

Summary A condensation method of measuring the size frequency distribution of Aitken nuclei is described. Making use of thePollak-Nolan photoelectric nucleus counter it is based on the removal of the nuclei activated at various overpressures from the counter by precipitation and the counting of those that remain. Various stored aerosols are investigated by means of it and the decay mechanisms of these aerosols discussed in the light of the results obtained. The value of the exhaustion method of finding diffusion coefficients is also examined.

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Zusammenfassung Es wird eine Kondensationsmethode zur Messung des Häufigkeitsspektrums der Größenverteilung von Aitken-Kernen beschrieben. Unter Benützung des photoelektrischen Kernzählers vonPollak undNolan beruht sie darauf, daß die aktivierten Kerne bei verschiedenen Überdrucken durch Ausfällung ausgeschieden und die übrigbleibenden ausgezählt werden. Mit dieser Methode wurden verschiedene gespeicherte Aerosole untersucht und auf Grund der Ergebnisse der Zerfallsmechanismus dieser Aerosole diskutiert; es wurde auch die Eignung der Evakuierungsmethode zur Bestimmung von Diffusionskoeffizienten untersucht.

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Résumé L'auteur décrit une méthode permettant de mesurer par condensation le spectre des fréquences de la répartition des grosseurs de noyaux d'Aitken. Cette méthode repose sur le principe suivant: On élimine les noyaux activés sous différentes pressions par sédimentations successives. Les noyaux restant sont alors dénombrés par le compteur photoélectrique de noyaux mis au point parPollak etNolan. L'auteur a étudié par cette méthode divers aérosoles conservés et il discute, sur la base des résultats obtenus, le mécanisme de désagrégation de ces aérosoles. Il a également étudié si la méthode par évacuation se prêtait à la détermination des coefficients de diffusion.

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With 1 Figure     

Klimatologische Untersuchung über die geographische Verteilung der Globalstrahlung und der diffusen Himmelsstrahlung

Zusammenfassung Die vorliegende strahlungsklimatologische Studie verfolgt den Zweck, ausschließlich auf Grund von Meßergebnissen anhand ausgewählter Beispiele gegensätzlicher Großaumklimate zunächst die typischen Eigenschaften des Jahresganges der Globalstrahlung (T) und der diffusen Himmelsstrahlung (D) zu untersuchen. In Ergänzung hierzu werden häufigkeitsstatistische Betrachtungen über die Eigenheiten im Verhalten dieser Strahlungselemente im Bereich verschieden beschaffener geographischer Räume angestellt. Dabei zeigt sich, daß neben dem jahreszeitlichen Ablauf auch die Häufigkeitsverteilungen vonT undD sich zur Klimatypisierung heranziehen lassen. Ein besonderes Interesse beansprucht der jahreszeitliche Verlauf des VerhältnissesD/T in den Hauptklimazonen der Erde. Ferner wird die Breitenabhängigkeit der Globalstrahlung (T), der diffusen Himmelsstrahlung (D) und des VerhältnissesD/T behandelt. Hinsichtlich der Höhenabhängigkeit ergibt sich auf Grund des Verhaltens vonT undD für die gemäßigten Breiten eine Abnahme des QuotientenD/T. Den Abschluß bilden strahlungsklimatologische Überlegungen zur Frage der Abhängigkeit des VerhältnissesD/T von der Sonnenscheindauer im Bereich charakteristischer Klimazonen der Erde.

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Summary The present study of radiation climatology, exclusively basing on results of measurements, presents selected examples of contrary large-scale climatic conditions and examines the typical features of the annual variation of global radiation (T) and diffuse sky radiation (D). Supplementary considerations on frequency statistics refer to the peculiarities in the behaviour of these two radiation elements in different geographical areas. It results that beside the seasonal variation frequency distributions ofT andD can be used for a characterization of radiation climates. The seasonal variation of the characteristic ratioD/T in the main climatic zones of the earth is of particular interest. Furthermore, the latitudinal dependency of global radiation (T), diffuse sky radiation (D) and of the ratioD/T is discussed. As to the dependence on altitude the ratioD/T shows a decrease in temperate latitudes on account of the behaviour ofD andT. Finally climatological reflections on the dependence of the ratioD/T on the duration of sunshine in characteristic climatic regions of the earth are discussed.

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Résumé La présente étude de la climatologie du rayonnement a pour but de déterminer les propriétés typiques de l'évolution annuelle du rayonnement global (T) et du rayonnement diffus du ciel (D) et cela exclusivement sur la base de mesures faites et d'exemples choisis parmi des climats très différenciés. En complément, on prend en considération des statistiques de la fréquence des particularités de ces deux éléments à l'intérieur d'aires géographiques de climats divers. On en déduit que, à côté de l'évolution annuelle, la répartition des fréquences deT et deD permettent d'établir le type du climat. L'évolution saisonnière du rapportD/T est tout spécialement intéressant dans les principales zones climatiques de la terre. On considère ensuite la dépendance du rayonnement global (T), du rayonnement diffus du ciel (D) et du rapportD/T de la latitude du lieu. Dans les zones tempérées, le quotientD/T diminue avec l'altitude. L'auteur termine par des réflexions concernant la climatologie du rayonnement en relation avec la dépendance du rapportD/T de la durée d'insolation dans des zones climatiques caractéristiques de notre planète.

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Mit 12 Textabbildungen     

Processing of oxidised nitrogen compounds by passage through winter-time orographic cloud

Four case studies are described, from a three-site field experiment in October/November 1991 using the Great Dun Fell flow-through reactor hill cap cloud in rural Northern England. Measurements of total odd-nitrogen nitrogen oxides (NO _y ) made on either side of the hill, before and after the air flowed through the cloud, showed that 10 to 50% of the NO _y , called NO _z , was neither NO nor NO₂. This NO _z failed to exhibit a diurnal variation and was often higher after passage through cloud than before. No evidence of conversion of NO _z to NO₃ ^- in cloud was found. A simple box model of gas-phase chemistry in air before it reached the cloud, including scavenging of NO₃ and N₂O₅ by aerosol of surface area proportional to the NO₂ mixing ratio, shows that NO₃ and N₂O₅ may build up in the boundary layer by night only if stable stratification insulates the air from emissions of NO. This may explain the lack of evidence for N₂O₅ forming NO₃ ^- in cloud under well-mixed conditions in 1991, in contrast with observations under stably stratified conditions during previous experiments when evidence of N₂O₅ was found. Inside the cloud, some variations in the calculated total atmospheric loading of HNO₂ and the cloud liquid water content were related to each other. Also, indications of conversion of NO _x to NO _z were found. To explain these observations, scavenging of NO _x and HNO₂ by cloud droplets and/or aqueous-phase oxidation of NO₂ ^- by nitrate radicals are considered. When cloud acidity was being produced by aqueous-phase oxidation of NO _x or SO₂, NO₃ ^- which had entered the cloud as aerosol particles was liberated as HNO₃ vapour. When no aqueous-phase production of acidity was occurring, the reverse, conversion of scavenged HNO₃ to particulate NO₃ ^-, was observed.     

Spectra of temperature derivatives in the atmospheric surface layer

Measured spectra ofθ _x,θ _y,θ _z, the derivatives of temperature in streamwise, lateral and vertical directions, respectively, indicate that the spectral densities ofθ _z andθ _y are nearly similar but significantly different from the spectral density ofθ _x. The high-frequency parts of the three spectra satisfy, in a qualitative sense, local isotropy requirements. In the high-frequency end of the inertial subrange, the relative behaviour of spectra ofθ _x,θ _y andθ _z is also consistent with local isotropy.     

The role of clouds in tropospheric photochemistry

We show that photochemical processes in the lower half of the troposphere are strongly affected by the presence of liquid water clouds. Especially CH₂O, an important intermediate of CH₄ (and of other hydrocarbon) oxidation, is subject to enhanced breakdown in the aqueous phase. This reduces the formation of HO _x -radicals via photodissociation of CH₂O in the gas phase. In the droplets, the hydrated form of CH₂O, its oxidation product HCO₂ ^–, and H₂O₂ recycle O₂ ^– radicals which, in turn, react with ozone. We show that the latter reaction is a significant sink for O₃. Further O₃ concentrations are reduced as a result of decreased formation of O₃ during periods with clouds. Additionally, NO _x , which acts as a catalyst in the photochemical formation of O₃, is depleted by clouds during the night via scavenging of N₂O₅. This significantly reduces NO _x -concentrations during subsequent daylight hours, so that less NO _x is available for O₃ production. Clouds thus directly reduce the concentrations of O₃, CH₂O, NO _x , and HO _x . Indirectly, this also affects the budgets of other trace gases, such as H₂O₂, CO, and H₂.     

Der Hagel im Wiener Becken

Zusammenfassung An Hand der Schadenstatistik 1952–1956 der österreichischen Hagelversicherung wurden Häufigkeitsverteilungen der Hagelschäden im Wiener Becken berechnet. Für längere Zeitabschnitte wurde die jährliche Hagelwahrscheinlichkeit in Wien als Poisson-Verteilung dargestellt. Eine Karte bringt die örtliche Verteilung der Hagelgefahr im Wiener Becken, wobei sich zwei besonders gefährdete Gebiete zeigen. Im weiteren wird gezeigt, daß Hagelfälle besonders bei den GroßwetterlagenHN, TK, TR, Vb undTB auftreten. Die südöstliche Höhenströmung in der 500 mb-Fläche wird als besonders hagelbegünstigend erkannt.Für Tage mit verbreiteter Hageltätigkeit wied eine mittlere Aufstiegskurve berechnet. Mittels des Thetagramms wird untersucht, welche Luftmassen bei besonders hagelfördernden Großwetterlagen und Höhenströmungen auftreten. Es zeigt sich, daß fast immer Tropikluft, die in den unteren Schichten überhitzt wird, an den großen Hagelfällen beteiligt ist.

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Summary On the basis of the statistics of damages of the Austrian Hail Insurance Company, 1952–1956, frequency distributions of hail-damages in the basin of Vienna were evaluated. For longer periods the annual probability of hail in Vienna was expressed by a Poisson-distribution. A map represents the local distribution of hail-risk in the basin of Vienna, showing two regions especially endangered. Further it has been shown that hail-storms occur expecially with the weather situationsHN, TK, TR, Vb andTB. The upper wind from southeast has been realized to be especially promoting for the occurrence of hail.A mean sounding was evaluated for days with wide-spread hail-activity. By means of the thetagramm it has been investigated which air-masses occur in weather situations and with upper winds which promote the falling of hail. It turns out that nearly always tropical air-masses, being superheated in layers near the ground, participate in large hail-storms.

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Résumé S'appuyant sur la statistique de dégâts 1952/56 de l'assurance autrichienne contre la grêle, l'auteur a calculé la distribution de fréquence de ces dégâts dans le bassin viennois. La probabilité de grêle à Vienne pour de longues périodes s'exprime par une distribution de Poisson. Une carte représente la répartition géographique du danger de grêle dans le bassin viennois; elle met en évidence deux régions particulièrement menacées. Les chutes de grêle se produisent plus fréquemment lors des situations météorologiquesHN, TK, TR, Vb etTB; le courant de Sud-Est au niveau de la surface de 500 mb apparaît comme particulièrement favorable à la grêle.On établit une courbe d'état aérologique moyenne pour les jours à chutes de grêle étendues. L'étude des thétagrammes permet de préciser quelles sont les masses d'air présentes lors des conditions favorables à la grêle; on constate que c'est presque toujours l'air tropical surchauffé dans les couches basses.

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Mit 6 Textabbildungen     

Forstmeteorologische Untersuchungen an der Wald- und Baumgrenze in den Zentralalpen

Zusammenfassung Bei vergleichsweisen Registrierungen der Lufttemperatur und relativen Luftfeuchtigkeit, sowie bei Verdunstungseinzel-messungen, die im Bereiche der jetzigen (künstlichen) Wald- und Baumgrenze 10 km südwestlich von Innsbruck (Tirol) in Seehöhen von 1400 bis 1900 m in Bestand, Horst und Freiland durchgeführt wurden, ergaben sich deutliche Stationsunterschide. Trotz stärkerer Einstrahlung und höheren Windgeschwindigkeiten, wie sie die Höhenlage neben geringerer Bestockungsdichte bedingt, ergab sich im Bestandesinneren ein, gegenüber dem Freiland stark gemäßigtes Klima, das die Aushagerung des Bodens verhindert und vor allem der jungen Holzpflanze eine nicht zu übersehende Feuchtigkeitsreserve bietet. Bei extrem auftretenden Außeneinflüssen erfolgt allerdings eine raschere Angleichung an die Freilandsverhältnisse als in tieferen Lagen. Hoch- und Tieflagen unterscheiden sich demnach nur graduell und soweit, als es die lichtere Bestockung und größere Außenbeeinflussung der Hochlagen bedingen. Der Wirkungsgrad der Außeneinflüsse wurde auch von der Exposition bestimmt, die im Zusammenwirken mit der vorherrschenden Windrichtung das Auftreten der einzelnen Holzarten beeinflußte. Der stärkere Einfluß der Luftbewegung drückt sich auch im unsteten Momentancharakter der relativen Luftfeuchtigkeit aus.Der Einfluß der Vegetationsform auf die lokalen Kleinklimaverhältnisse ergab sich auch aus den Ergebnissen der Verdunstungsmessungen, die ein nach Holzart und Bestockungsform spezifisches Mosaikklima deutlich erkennen lie\en.

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Summary Distinctly perceptible differences between the stations in thicket and amount of timber as well as in open air resulted from comparing registrations of air temperature and relative humidity, and from measurements of evaporation which were made in range of the present (unnatural) timber line 10 km. south-west of Innsbruck (Tyrol) in altitudes of 1400–1900 m. (4600–6300 ft) above sea-level. In spite of the more intensive insolation and increased wind-velocity—corresponding to altitude and less density of wood—a very temperate climate in comparison with that of open field was evident within amount of timber, preventing impoverishment of soil and-first of all—offering a considerable reserve of moisture to the young tree. Extremely appearing external influences, however, effect a rapid assimilation to the conditions of open field likely to lower levels. The efficacy of the external influences also was fixed by the exposure which influences—together with the prevailing directions of wind—the occurences of the different species of timber. The greater effect of air-movement is also expressed by the unsteady momentary-character of the relative humidity.The influence of different plant communities upon the local climates followed from the results of evaporation measurements (evaporimeter Piche) which made recognizable a tesselated, mosaic-climate specifically to species and formation of timber, unless extreme external influences operated levelling.

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Résumé Des enregistrements comparatifs de la température de l'air et de l'humidité relative ainsi que des mesures d'évaporation effectués à la limite de l'atmosphère forestière ont mis en évidence de nettes différences entre les stations d'essais. Ces expériences ont été faites à 10 km. au sudouest d'Innsbruck (Tirol) dans les bois et la région non boisée, à une altitude de 1400 à 1900 m. Malgré l'insolation plus forte et les vitesses de vent plus grandes, dûes à l'altitude et à la densité plus faible de la forêt, on a constaté à l'intérieur du bois un climat très modéré par opposition à la région non boisée. Ce climat modéré s'oppose au desséchement du sol et assure aux jeunes pousses une humidité suffisante. Si les effets de la température sont extrêmes, l'adaptation aux conditions de la région non boisée est pourtant plus rapide qu'aux altitudes plus basses. Par conséquent les zones supérieures et inférieures ne se distinguent que graduellement, en fonction des forêts moins denses et des influences temporaires plus accusées. Le rôle du climat local est nettement déterminé par l'exposition qui, selon la direction dominante du vent, a une répercussion sur l'apparition des différentes essences de bois. La circulation active de l'air se traduit aussi par la variabilité instantaneé de l'humidité relative de l'air.Les mesures faites avec l'évaporimètre de Piche ont montré l'effet du bioclimat local sur la végétation. Ces travaux font nettement apparaître un climat «mozaïque» spécifique dépendant des différentes essences et de la densité de la population végétale.

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Mit 4 Textabbildungen.     

Characteristics of the atmospheric heat source and moisture sink over the Qinghai-Tibetan Plateau during the second TIPEX of summer 1998 and their impact on surrounding monsoon

Summary ?Using the data of 6 automatic heat balance observation (AWS) stations and a data set of 52 surface observation stations over the Qinghai-Tibetan Plateau (“the Plateau”) and surroundings, the horizontal distribution is studied of “apparent atmospheric heat sources” 〈Q ₁〉 and of “apparent atmospheric moisture sinks” 〈Q ₂〉. The AWS stations were established during the period May to August 1998 of the Tibetan Plateau Meteorological Experiment (second TIPEX) by a cooperation of China and Japan. For this period the Plateau mean of 〈Q ₁〉 is positive. Its value of 74 W/m² is a little greater than a climate value and than values from MONEX and the first TIPEX in 1979, respectively. Also the corresponding 〈Q ₂〉 is positive. Hence during that time the Plateau is a heat source and a moisture sink. A day-to-day change of 〈Q ₁〉 and 〈Q ₂〉 is more pronounced over the middle and east part of the Plateau than over the west part. Diagnostics accompanied by numerical simulations are used to study the daily relationship between 〈Q ₁〉 over the Plateau and the weather over China and Asia for this summer. The results suggest that 〈Q ₁〉 may affect precipitation over northern China and position of the west Pacific subtropical high. Abnormal southward retreat of this Pacific high seems to have caused the second flood over the middle and lower Yangtse river basin in July. Received May 20, 2001; revised February 2, 2002     

Der Einfluß der Temepratur auf das atmosphärische Ozon

Zusammenfassung A. undE. Vassy haben 1941 versucht, den atmosphärischen Ozongehalt (Gesamtozon) aus den entsprechenden Variationen der Stratosphärentemperatur und der eingestrahlten Sonnenenergie vollständig zu erklären. Sie machten zu diesem Zweck den Ansatze/J=f (T), und zeigten, daß die auf diesem Weg empirisch gefundene Funktionf (T) näherungsweise mit der Temperaturabhängigkeit der für das Ozongleichgewicht wesentlichen Reaktionskonstantenk (T) übereinstimmt. Im Gegensatz dazu kamen andere Autoren (Schröer, Dütsch undCraig), die unabhängig voneinander die photochemische Ozontheorie weiter ausbauten, zum Schluß, daß die gemessenen atmosphärischen Ozonbeträge keine rein photochemischen Gleichgewichtswerte sein können.Zur Aufklärung dieser Differenz wird der von A. undE. Vassy aufgestellte und als erste Näherung bezeichnete Ansatz hier auf Grund der photochemischen Theorie, die noch einmal knapp entwickelt wird, untersucht, wobei vor allem folgende Mängel festgestellt werden: Der Ansatz von A. undE. Vassy bringt eine enorme Überschätzung des Temperatureinflusses auf das Gesamtozon mit sich, was anhand von zwei, nach der photochemischen Theorie durchgerechneten Zahlenbeispielen belegt wird; wegen der Hereinahme der Tageslänge in den Ansatz zur Berechnung vonJ, welches Vorgehen der photochemischen Auffassung widerspricht, wird auch der Einfluß des wechselnden Sonnenstandes falsch eingeschätzt. Auf Grund der hier durchgeführten Untersuchung muß daher die von A. undE. Vassy aufgestellte Hypothese abgelehnt werden.

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Summary In 1941 A. andE. Vassy made an attempt to explain the atmospheric ozone content (total amount of ozone) fully from the corresponding variations of the temperature of the stratosphere and the total incoming solar energy. They started from the equatione/J=f (T) and showed that this empirically established functionf (T) depends on temperature approximately in the same manner as the reaction constantk (T) which is essential for the ozone equilibrium. In opposition to themSchröer, Dütsch andCraig enlarging the photochemical theory of ozone independent of each other infered that the measured total amounts of ozone cannot be explained by purely photochemical equilibrium conditions.An attempt is made here to clear up this difference by examining the formula, put forward by A. andE. Vassy as a first approximation. It is made along the lines of the photochemical theory, which is briefly explained. In this connection some shortcomings of theVassy theory are stated: The formula of A. andE. Vassy comprises a considerable overestimation of the influence of temperature exerted on the total amount of ozone, which criticism is supported by two numerical instances computed according to the photochemical theory. Owing to the fact that the length of the day is also considered in the formula for the calculation ofJ, which proceeding is in plain contradiction to the photochemical conception, the influence of the changing solar position is estimated erroneously as well. On the basis of the examination carried out here the hypothesis set out by A. andE. Vassy must be refused.

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Résumé A. etE. Vassy ont essayé en 1941 d'expliquer la teneur en ozone de l'atmosphère à l'aide des variations correspondantes de la température de la stratosphère et de l'énergie solaire rayonnée. Ils ont à cet effet posé que:e/J=f (T), et ils ont prétendu que la fonctionf (T) trouvée ainsi empiriquement correspond à peu près à celle qui lie la constante de réactionk (T) pour l'équilibre de l'ozone avec la températureT. Par contre trois auteurs (Schröer, Dütsch etCraig) qui indépendamment l'un de l'autre ont élaboré la théorie photochimique de l'ozone ont conclu que les teneurs observées ne peuvent correspondre à un équilibre photochimique pur.Pour expliquer ces divergences, on examine ici l'hypothèse de E. etA. Vassy dans le cadre de la théorie photochimique brièvement rappelée. On constate que cette hypothèse conduit à surestimer fortement le rôle de la température dans la quantité totale de l'ozone, fait confirmé par deux exemples numériques fondés sur la théorie photochimique; en introduisant la longueur du jour dans le calcul deJ — ce qui est contraire au point de vue photochimique — on tient faussement compte de l'effet de la variation de la hauteur solaire. La conclusion de cette étude est que l'hypothèse de E. etA. Vassy doit être rejetée.

     

Die Verwendung von orthogonalen Polynomen in der Meteorologie

Zusammenfassung Das Höhenfeld der 850 mb-Fläche über Mitteleuropa und dem Nordatlantik wird in einem Gitternetz aus 45 Punkten durch Orthogonalpolynome (Tschebytscheff-Polynome) dargestellt. Es wird ein Überblick darüber gegeben, welche Verwendungsmöglichkeiten dieser Darstellungsform künftighin untersucht werden sollen; es sind dies vor allem die objektive Klassifikation der Großwetterlagen, statistische Prognosen (besonders Mittelfristprognosen) und die Anwendung bei der numerischen Wettervorhersage. Als Beispiel für die Darstellung wird der Übergang von einer zonalen Wetterlage über eine meridionale wieder zu einer zonalen Lage an den Änderungen der Koeffizienten der Polynomkombinationen gezeigt.

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Summary The field of heights of the 850 mb-surface above Central Europe and the North Atlantic is represented in a grid of 45 points by means of orthogonal polynomials (Tchebycheff-polynomials). A general discussion is given which of the possible applications of this kind of representation shall further be investigated, i. e. first of all the objective classification of large scale weather situations (Großwetterlagen), statistical forecasts (especially medium range forecasts), and the application in numerical weather prediction. As an example of this representation, the variations of polynomial coefficients are given for the transition of a pressure field from zonal to meridional and back to zonal.

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Résumé Les hauteurs de la surface isobarique de 850 mb au dessus de l'Europe Centrale et de l'Océan Atlantique du Nord sont représentées dans un carrelage de 45 points par des polynoms orthogonaux (polynoms de Tchebycheff). Un aperçu est donné quel emploi possible de cette manière de représentation sera à examiner dans l'avenir; ce sont avant tout la classification objective des situations météorologiques générales (Großwetterlagen), les prévisions statistiques (particulièrement les prévisions à moyenne échéance) et l'application à la prévision numérique. Comme exemple de cette représentation la transition d'une situation météorologique zonale à une situation méridionale et vice versa à une situation zonale est montrée au moyen des variations des coefficients des combinaisons des polynoms.

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Mit 4 Textabbildungen

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Herrn Prof. Dr.R. Inzinger, dem Vorstand des Mathematischen Labors der Technischen Hochschule Wien, sei an dieser Stelle gedankt, daß er für die rechnerischen Vorarbeiten die Maschinen seines Instituts und einen seiner Assistenten für deren Programmierung zur Verfügung stellte.     

Heat exchange between water and ice in the Arctic Ocean

Summary The heat balance equation for the bottom surface of floating sea ice is evaluated on the basis of observations of ice temperature, water temperature, current velocity, and ablation or accretion of ice. Assuming equality of the eddy diffusivities for momentum, heat, and salt (average 24 cm² sec^–1) it is shown that the temperature gradient in the oceanic boundary layer is extremely small (averages between 2.10^–5 and 4.10^–4°C/meter) and difficult to measure directly. It is suggested that a large part of the heat transfer from the relatively warm Atlantic water to the arctic atmosphere may occur through open leads in the ice cover.

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Zusammenfassung Die Wärmebilanzgleichung für die Unterseite von schwimmendem Meereis wird an Hand von Beobachtungen der Eistemperatur, der Wassertemperatur, der Strömungsgeschwindigkeit und der Eisdickenänderung ausgewertet. Unter der Annahme gleicher Austauschkoeffizienten für Bewegungsgröße, Wärme und Salzgehalt (im Mittel 24 cm² sec^–1) ergibt sich für die ozeanische Grenzschicht ein außerordentlich kleiner Gradient der Wassertemperatur (durchschnittlich zwischen 2.10^–5 und 4.10^–4°C/Meter), der durch direkte Beobachtungen schwer nachzuweisen ist. Es ist zu vermuten, daß ein beträchtlicher Teil der Wärmeabgabe von der relativ warmen atlantischen Wassermasse an die arktische Atmosphäre durch Öffnungen in der Meereisdecke erfolgt.

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Résumé On établit l'équation du bilan thermique valable pour la surface inférieure de la glace marine dérivante. Pour ce faire, on se sert d'observations de la température de la glace, de celle de l'eau, de la vitesse du courant et des variations de l'épaisseur de la glace. En admettant que les coefficients d'échange sont les mêmes pour la quantité de mouvement, la chaleur et le taux de salinité (en moyenne 24 cm² sec^–1), il résulte pour la couche limite un gradient extrêmement faible de la température de l'eau (situé en moyenne entre 2·10^–5 et 4·10^–4°C/m); un tel gradient est difficile à prouver au moyen d'observations directes. On peut supposer qu'une partie importante de la chaleur transmise par l'eau relativement chaude de l'Atlantique à l'atmosphère arctique passe au travers des lacunes de la couche de glace recouvrant l'océan.

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With 4 Figures

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Contribution 141, Department of Atmospheric Sciences, University of Washington, Seattle. This is a thesis submitted by the author in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science.     

Variability of annual precipitation in Sweden

Summary Different measures of variability of precipitation are discussed and it is concluded that it is preferable to apply therelative intersequential variability in cases when overall trends are feared in the records. 127 stations in Sweden have been studied for the period 1901–1950 as to the relative interannual variability of precipitation. For a selection of these stations other measures have also been calculated and a comparison has been made between the coefficient of variation and the intersequential variability. As the relation between these measures varies with the existence of serial correlations in the records the serial correlation coefficient for a lag of one element has been calculated. The value of the coefficient has indicated the existence of trends in certain areas of Sweden generally in agreement with earlier investigations byÅngström.The geographical distribution of the relative interannual variability in Sweden is discussed and also the distribution of anomalies of relative variability compared with the world's normal curve completed byConrad. It is shown that the relationship between relative variability and precipitation amount for Swedish stations can be expressed by a hyperbolic function deviating fromConrad's world normal curve only by an additive constant.

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Zusammenfassung Der Verfasser erörtert verschiedene Maße für die Variabilität des Niederschlages und kommt zu der Feststellung, daß in den Fällen, in denen eine einseitige Tendenz in den Beobachtungsreihen zu befürchten ist, die Verwendung derrelativen reiheninternen Variabilität am geeignetsten ist. 127 Stationen in Schweden sind für die Periode 1901–1950 im Hinblick auf die relative interannuelle Variabilität des Niederschlags untersucht worden. Für eine Auswahl dieser Stationen wurden auch andere Maße berechnet und der Schwankungskoeffizient mit der reiheninternen Variabilität verglichen. Da die Beziehung zwischen diesen Maßen mit dem Auftreten von Serienkorrelationen in der Beobachtungsreihe variiert, wurde der Serienkorrelationskoeffizient für eine Verschiebung eines Elements berechnet. Die erhaltenen Werte des Koeffizienten deuten auf das Vorhandensein gesetzmäßiger Tendenzen in gewissen Gebieten Schwedens hin und stehen im allgemeinen in guter Übereinstimmung mit älteren Untersuchungen vonÅngström.Die geographische Verteilung der relativen interannuellen Variabilität in Schweden sowie die Verteilung der Anomalien der relativen Variabilität, verglichen mit der vonConrad aufgestellten Weltnormalkurve, werden erörtert. Schlie\lich wird gezeigt, daß es möglich ist, den Zusammenhang zwischen relativer Variabilität und Niederschlagsmenge für schwedische Stationen durch eine hyperbolische Funktion zu beschreiben, die vonConrads Weltnormalkurve nur durch eine additive Konstante abweicht.

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Résumé L'auteur mentionne différentes mesures de la variabilité des précipitations et conclut qu'il est préférable d'appliquer la variabilité relative interséquentielle lorsqu'une tendance unilatérale des séries d'observations est à craindre. Il a étudié la variabilité relative interannuelle des précipitations pour 127 stations suédoises (1901/50) ainsi que d'autres mesures de variabilité pour un choix restreint de stations et il a comparé le coefficient de variation à la variabilité relative interséquentielle. Comme la relation entre ces mesures varie avec l'existence de corrélations de série dans les séries d'observations, le coefficient de corrélation de série a été calculé pour un déplacement d'un terme; la valeur de ce coefficient indique l'existence de tendances générales dans certaines régions de Suède, ce qui confirme les résultats anciens deÅngström.La distribution géographique de la variabilité relative interannuelle en Suède ainsi que celle des anomalies de la variation relative comparée à la courbe normale mondiale dressée parConrad fait l'objet d'un examen. Enfin on montre qu'il est possible d'exprimer la relation entre la variabilité relative et la quantité de précipitations en Suède par une fonction hyperbolique qui ne diffère de la courbe normale deConrad que par une constante additive.

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With 5 Figures

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Dedicated to Dr.Anders K. Ångström on the occasion of his 70th birthday.     

Nitrogen and sulfur species in Antarctic aerosols at Mawson,Palmer Station,and Marsh (King George Island)

High volume bulk aerosol samples were collected continuously at three Antarctic sites: Mawson (67.60° S, 62.50° E) from 20 February 1987 to 6 January 1992; Palmer Station (64.77° S, 64.06° W) from 3 April 1990 to 15 June 1991; and Marsh (62.18° S, 58.30° W) from 28 March 1990, to 1 May 1991. All samples were analyzed for Na⁺, SO ₄ ^2– , NO ₃ ^– , methanesulfonate (MSA), NH ₄ ⁺ ,²¹⁰Pb, and⁷Be. At Mawson for which we have a multiple year data set, the annual mean concentration of each species sometimes vary significantly from one year to the next: Na⁺, 68–151 ng m^–3; NO ₃ ^– , 25–30 ng m^–3; nss SO ₄ ^2– , 81–97 ng m^–3; MSA, 19–28 ng m^–3; NH ₄ ⁺ , 16–21 ng m^–3;²¹⁰Pb, 0.75–0.86 fCi m^–3. Results from multiple variable regression of non-sea-salt (nss) SO ₄ ^2– with MSA and NO ₃ ^– as the independent variables indicates that, at Mawson, the nss SO ₄ ^2– /MSA ratio resulting from the oxidation of dimethylsulfide (DMS) is 2.80±0.13, about 13% lower than our earlier estimate (3.22) that was based on 2.5 years of data. A similar analysis indicates that the ratio at Palmer is about 40% lower, 1.71±0.10, and more comparable to previous results over the southern oceans. These results when combined with previously published data suggest that the differences in the ratio may reflect a more rapid loss of MSA relative to nss SO ₄ ^2– during transport over Antarctica from the oceanic source region. The mean²¹⁰Pb concentrations at Palmer and Marsh and the mean NO ₃ ^– concentration at Palmer are about a factor of two lower than those at Mawson. The²¹⁰Pb distributions are consistent with a²¹⁰Pb minimum in the marine boundary layer in the region of 40°–60° S. These features and the similar seasonalities of NO ₃ ^– and²¹⁰Pb at Mawson support the conclusion that the primary source regions for NO ₃ ^– are continental. In contrast, the mean concentrations of MSA, nss SO ₄ ^2– , and NH ₄ ⁺ at Palmer are all higher than those at Mawson: MSA by a factor of 2; nss SO ₄ ^2– by 10%; and NH ₄ ⁺ by more than 50%. However, the factor differences exhibit substantial seasonal variability; the largest differences generally occur during the austral summer when the concentrations of most of the species are highest. NH ₄ ⁺ /(nss SO ₄ ^2– +MSA) equivalent ratios indicate that NH₃ neutralizes about 60% of the sulfur acids during December at both Mawson and Palmer, but only about 30% at Mawson during February and March.     

The operational weather radar of Fossalon di Grado (Gorizia, Italy): accuracy of reflectivity and differential reflectivity measurements

Summary The error structure of radar measurements should be accurately known in order to provide reliable estimates for a number of quantitative meteorological applications, from rainfall rate estimation to cloud microphysics. The aim of this paper is to give a detailed characterization of Z _H and Z _DR measurements obtained by the weather radar of Fossalon di Grado (Gorizia, Italy). Vertical-looking observations are used to determine the system bias on differential reflectivity and to estimate the measurement error on both Z _H and Z _DR in the rain medium. It is estimated that no bias is affecting Z _DR and the accuracy of Z _H and Z _DR is 0.8 and 0.1 dB, respectively. A similar evaluation is done in the rain medium at larger ranges with the antenna pointing at low elevation angles. The long time stability of the absolute reflectivity calibration is also established by radar-rain gage inter-comparison over almost 200 hours of precipitation data collected during nearly two years. Received June 21, 2001 Revised November 13, 2001     

Untersuchung über die Wetterabhängigkeit des Todeseintritts

Zusammenfassung Es werden 1257 meist stundengenaue standesamtliche Sterbedaten des Landkreises Sonthofen im Allgäu aus den Jahren 1951 und 1952 mit lückenlosen, stundenmäßigen Aufzeichnungen des Wetterverlaufs nach verschiedenen statistischen Methoden korreliert. In den zeitlichen Teilkollektiven der einzelnen Wettervorgänge (Aufgleiten, labile Vorgänge, Frontdurchgänge, Zyklonalföhn, antizyklonales Absinken) wird eine innerhalb des Zufallsbereichs liegende Erhöhung der Sterbefälle bei hohem Aufgleiten, Kaltfronten und Okklusionen, eine Verringerung der Todesfälle bei Zyklonalföhn gefunden. Nur bei Einbeziehung von Sterbefällen in der unmittelbaren zeitlichen Umgebung der Wettervorgänge ergibt sich eine signifikant überzufällige Erhöhung der Sterbeziffern über die Grundwahrscheinlichkeit für Frontdurchgänge, labile Vorgänge, Aufgleitprozesse und Föhndurchbrüche. Mit einer modifizierten, auf selektivem Zählverfahren beruhendenn-Methode werden Summenkurven der Todesfälle über den Zeitraum von 24 Vor- und 24 Nachstunden für Kaltfrontdurchgänge, labile Vorgänge, Warmfronten und Föhneinbrüche ermittelt. Signifikante Gipfelwerte finden sich bei Kaltfronten und labilen Vorgängen; bei Warmfronten und Föhn fallen Kurvengipfel, die etwas unterhalb der Grenze des Zufallsbereichs bleiben, in das Vorstadium des Vorgangs. Ein Vergleich der mit verschiedenen Methoden gewonnenen Ergebnisse läßt für Kaltfronten, Okklusionen und labile Vorgänge eine Einflußmöglichkeit auf den Todeseintritt besser gesichert erscheinen als für Warmfronten und zyklonale Föhnvorgänge. Schließlich werden Tage mit hoher Sterbeziffer auf Wetterabhängigkeit untersucht. Es zeigt sich, daß Tage mit Beginn von Störvorgängen nach antizyklonalem Stadium mit überzufälliger Häufigkeit hohe Sterbeziffern aufweisen. Auf die Notwendigkeit, die Ergebnisse statistischer Korrelation durch Anwendung verschiedenartiger Methoden sicherzustellen, wird hingewiesen.

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Summary The present paper gives an account of the correlations between 1257 deaths officially and in the majority of cases registered by the hour in 1951 and 1952 for the district of Sonthofen (Germany) on one hand and the weather situation recorded at the same hours on the other hand. An increase in deaths lying within the random limits is found at the following weather situations: upslide motion, cold front, occlusion, a diminution of deaths with cyclonic foehn. There is but an increase in the cases of death beyond the range of hazard at the very temporal surroundings of the weather changes. By using a particular numbering method (n-method) curves are collected which yield the highest values for cold front passages and labile situations; with warm front and irruptions of foehn the maxima precede their entrance. A comparison of the results obtained by different methods shows that the influence to death is better secured for cold fronts, occlusions, and labile processes than for warm fronts and cyclonic foehn. Finally the days with a special great number of cases of deaths are examined for their dependence on weather situations. It is found that days with beginning weather perturbations after an anticyclonic phase show a significant increase of the number of deaths. It will be necessary to verify the results of these statistical correlations by different other methods.

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Résumé L'auteur étudie la corrélation entre 1257 cas de décès officiellement enregistrés et exactement datés (la plupart jusqu'à l'heure du décès) du district de Sonthofen dans l'Allgäu en 1951 et 1952 ainsi que les relevés horaires du temps météorologique. Les ensembles statistiques partiels correspondant à des ascendances frontales, des situations pseudolabiles, des passages frontaux, des cas de foehn et de subsidence révèlent des augmentations infra-aléatoires de décès lors des glissements ascendants frontaux, des fronts froids et des occlusions et une diminution lors du foehn cyclonal. Ce n'est qu'en considérant une marge de temps restreinte autour de ces phénomènes météorologiques que l'on obtient des augmentations supra-aléatoires des décès lors des passages frontaux, de la pseudolabilité, des glissements ascendants et des irruptions du foehn. Une méthode statistique spéciale (méthode den) fait apparaître des maxima de fréquence au voisinage des fronts froids et des processus pseudolabiles; lors des fronts chauds et du foehn, ces maxima infra-aléatoires se placent avant le phénomène. Une comparaison des résultats provenant de différentes méthodes d'investigation fait croire à une influence sur les décès plus probable dans le cas des fronts froids, des occlusions et des processus pseudolabiles que dans celui des fronts chauds et du foehn cyclonal. Enfin on étudie les jours à indice de mortalité élevé en rapport avec le temps; il s'avère que les jours de début de perturbations après un stade anticyclonique coïncident avec des fréquences de décès supra-aléatoires. Il apparaît nécessaire de vérifier les résultats de recherches de ce genre par l'application de plusieurs méthodes d'analyse.

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Mit 1 Textabbildung.     

Characteristics of ionic components in precipitation in Kitakyushu City,Japan

Precipitation samples were collected by filtrating bulk sampler in Kitakyushu City, Japan, from January 1988 to December 1990. Volume weighted annual mean of pH was 4.93, but the pH distribution indicated that most probable value lay in the range pH 6.0–6.4. Volume weighted annual mean concentrations of major ionic components were as follows; SO ₄ ^2– : 84.2, NO ₃ ^– : 28.1, Cl^–: 86.3, NH ₄ ⁺ : 45.5, Ca²⁺: 63.3, Mg²⁺: 27.0, K⁺: 3.4, Na⁺: 69.0 µ eq l^–1. The highest concentrations of these ionic components were observed in winter and the lowest occurred in the rainy season. The ratio of ex-SO ₄ ^2– /NO ₃ ^– exhibited the lowest ratio in summer, and the highest ratio in winter. Good correlations were obtained between Cl^– and Na⁺, ex-SO ₄ ²⁺ and ex-Ca²⁺, NO ₃ ^– and ex-Ca²⁺, and NH ₄ ⁺ and ex-SO ₄ ^2– , respectively. However, no correlation between Cl^– and Na⁺ with Ca²⁺ was observed. The relationship of H⁺ with (ex-SO ₄ ^2– + NO ₃ ^– ) - (ex-Ca²⁺ + NH ₄ ⁺ ) indicated positive correlation.