The Tropical easterly Jet and Sudan rainfall: A review

Summary Recent work on Sahelian rainfall anomalies has concentrated on modelling of both ocean heat anomaly forcing of regional low-mid troposphere circulation and land surface forcing of precipitation processes. This paper, however, assesses the role of an upper troposphere synoptic feature of importance in modulating surface rainfall over Sudan in the eastern Sahel: the Tropical easterly Jet (TEJ). The TEJ provides an example of an inter-regional circulation feature linking the Sahelian and southeast Asian monsoons and ultimately, perhaps, forced by ENSO-related anomalies. Using the literature, intra-and inter-year variations in TEJ intensity, latitude and extent over northeast Africa are discussed and related to the lower tropospheric ITD and precipitation anomalies. The paper outlines ideas to be pursued in relating TEJ behaviour to surface rainfall, upper air windflow, and mid-troposphere water vapour (WV) as derived from METEOSAT data.

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Zusammenfassung Die neueren Arbeiten über die Niederschlagsanomalien im Sahel haben sich auf die Modellierung der ozeanischen Wärmeanomalien, hervorgerufen von der regionalen Zirkulation der unteren und mittleren Troposphäre, sowie der Niederschlagsentstehung durch Landoberflächenprozesse konzentriert. Dagegen wird in der vorliegenden Studie die Rolle eines wichtigen synoptischen Phänomens der oberen Troposphäre abgeschätzt, das den Niederschlag im Sudan und somit der östlichen Sahelzone beeinflußt: der tropische Ost-Strahlstrom (TEJ). Der TEJ liefert ein Beispiel für ein überregionales Zirkulationssystem, das mit dem Monsun im Sahel und in Südostasien in Zusammenhang steht und möglicherweise letztlich von ENSO-Anomalien gesteuert wird. Auf Grund der Literatur werden die intra- und interannuären Variationen der TEJ-Intensität, einschließlich seiner Breitenlage und Ausdehnung, im nordöstlichen Afrika diskutiert und zur niedertroposphärischen IT sowie zu Niederschlagsanomalien in Beziehung gesetzt. Der vorliegende Beitrag umreißt die Vorstellungen, die zu verfolgen sind, um das TEJ-Verhalten mit dem Niederschlag, der hochatmosphärischen Strömung sowie dem Wasserdampfgehalt der mittleren Troposphäre, bestimmt aus METEOSAT-Daten, zu verknüpfen.

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With 4 Figures     

On the mesoscale distribution of precipitation deficits

Summary Minor shifts in the pattern of the general circulation frequently result in the development of a mosaic of localized wet and dry patches, creating regions of mesoscale drought. A method of identifying the spatial pattern of such droughts is developed, using the conditional probability of adjacent stations experiencing precipitation deficits simultaneously. The method was tested using seasonal data for the eastern portion of North Carolina, U.S.A. The resulting patterns can be related to the synoptic climatology of the area. Summer reveals numerous small areas of precipitation deficit, while the other seasons have larger deficit areas which reflect changing depression tracks, coastal influences, and rainshadow effects. Comparison of the results with the commonly used Palmer Drought Severity Index indicates that the latter is an appropriate measure only when drought is widespread, and cannot be used to identify mesoscale droughts. The present method allows identification of areas prone to mesoscale drought, suggests causal mechanisms, and provides a basis for monitoring the development of such droughts.

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Zusammenfassung Geringfügige Verschiebungen der allgemeinen Zirkulation führen oft zur Entstehung quasi eines Mosaiks feuchter und trockener Flecken, wobei sich im Mesoscale Dürregebiete bilden.Mit Hilfe der bedingten Wahrscheinlichkeit, an Nachbarstationen gleichzeitig Niederschlagsdefizite festzustellen, wurde eine Methode entwickelt, das räumliche Muster dieser Dürre zu beschreiben. Diese Methode wurde anhand jahreszeitlicher Daten für den Osten North Carolinas (USA) erprobt. Die daraus resultierenden Verteilungsmuster können mit der synoptischen Klimatologie des Gebietes in Beziehung gebracht werden. Im Sommer verzeichnet man zahlreiche kleine Gebiete mit Niederschlagsdefiziten, während in den anderen Jahreszeiten größere Trockengebiete auszumachen sind, die die unterschiedlichen Zugbahnen der Tiefdruckgebiete, Küsteneinflüsse und Regenschatteneffekte widerspiegeln. Ein Vergleich mit dem üblicherweise verwendeten Palmer Drought Severity Index zeigt, daß letzterer nur ausgedehnte Trockenheiten im geeigneten Maß darstellt, die Identifikation von Dürre im Mesoscale jedoch nicht zuläßt. Die vorliegende Methode erlaubt eine Identifikation jener Gebiete, die für mesoskale Dürre predästiniert sind, gibt ein Bild der kausalen Zusammenhänge und schafft damit die Grundlage zur Beobachtung der Entstehung solcher Trokkenheiten.

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With 6 Figures     

A subtropical episode of production of kinetic energy from condensation heating

Summary The mutually interacting pressure wave and diabatic heating wave originally cause the observed tropical disturbances. The equivalent barotropic models relate the tendency of vorticity with the convective heating effect directly, and so these models elucidate the roles of these mutually interacting waves on the development of observed tropical disturbances readily. The exact solution for the complex frequency adequately explains the growth and movement of tropical disturbances during summer. The results are divided into two parts 1) for the upper atmosphere 2) for the lower atmosphere. For the upper atmosphere during summer, the standing and amplifying natures of wave numbers 1 and 2 are satisfactorily interpreted. So the standing natures and the intensity variations of Atlantic trough, African high, Tibetan high, Pacific trough, and Mexican high etc. are also explained thereby. Also, the amplification and westward movement of short wave number 8 are interpreted. For the lower atmosphere during summer, the amplifications and westward movements of Carribean easterly wave, African monsoon cyclone, Indian monsoon depression, west Pacific ITCZ wave etc. are explained.

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Die Entstehung tropischer Störungen

Zusammenfassung Die sich gegenseitig beeinflussende Druckwelle und diabatische Erwärmungswelle verursachen ursprünglich die beobachteten tropischen Störungen. Die äquivalentbarotropen Modelle verbinden die Vorticity-Tendenz mit dem konvektiven Erwärmungseffekt direkt, und damit erklären diése Modelle die Bedeutung dieser sich gegenseitig beeinflussenden Wellen für die Entwicklung der beobachteten tropischen Störungen. Die exakte Lösung für den Häufigkeitskomplex erklärt hinreichend die Entwicklung und die Bewegung tropischer Störungen im Sommer.Die Ergebnisse werden in solche für die obere Atmosphäre und für die untere Atmosphäre unterteilt. Für die obere Atmosphäre im Sommer sind die beständigen und sich verstärkenden Formen der Wellenzahl 1 und 2 befriedigend interpretiert. Damit sind auch die beständigen Formen und die Intensitätsänderungen des atlantischen Troges, des afrikanischen Hochs, des tibetischen Hochs, des pazifischen Troges und des mexikanischen Hochs erklärt. Auch die Verstärkung und Westwärtsbewegung der kurzen Wellenzahl 8 sind erklärt. Für die untere Atmosphäre im Sommer sind die Verstärkung und Westwärtsbewegung der karibischen östlichen Welle, der afrikanischen Monsun-Zyklone, der indischen Monsun-Depression, der westpazifischen ITCZ-Welle und der zentralpazifischen ITCZ-Welle erklärt.

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1 Figure     

Simple models of the valley-plain circulation Part I: Minimum resolution model

Summary A minimum resolution model of thermally induced valley-plain circulations is presented. Slope winds and cross-valley circulations are treated as subgrid motions and are incorporated via aK-ansatz. Using this model one can determine the dependence of the valley-plain circulation on the valley's geometry, on the effectivity of the subgrid motions and on stratification. The relative importance of advective processes is assessed and the response to heating with a diurnal cycle is examined.

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Einfache Modelle der Ausgleichströmung zwischen Gebirgstälern und dem Vorland. Teil I: Modell mit minimaler Auflösung

Zusammenfassung Ein Modell mit extrem niedriger Auflösung wird auf das Problem der thermisch induzierten Ausgleichsströmung zwischen einem Gebirgstal und einer vorgelagerten Ebene angesetzt. Hangwinde und die zugehörigen Zirkulationen in der Talatmosphäre werden im Modell als subskalige Bewegungen angesehen und durch einenK-Ansatz erfaßt. Das Modell erlaubt es, Aussagen über die Abhängigkeit der Talwinde zum Zuschnitt des Tals, von der Wirksamkeit der subskaligen Bewegungen und von der Schichtung zu machen. Die Bedeutung der Temperaturadvektion läßt sich abschätzen. Ferner wird die Reaktion der Zirkulation auf Antriebe mit Tagesgang untersucht.

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With 3 Figures     

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     

Low level wind shear and baroclinic growth of monsoon depression scale waves

Summary A quasi-geostrophic, linear stability analysis was carried out to find the effect of low level wind shear on the baroclinic growth of monsoon depression scale waves. The low level wind shear of the mean monsoon flow is altered by varying the surface wind, the position and the magnitude of the westerly maximum. The growth rate and phase velocity of the short unstable waves for all the cases of wind profiles are obtained. It is noticed that the growth rate and phase velocity of the depression scale waves (L2000 to 2500 km) are not influenced by small variations in the position or magnitude of the westerly maximum. But the growth rate of depression scale waves does depend on the average wind shear between 850–500 mb region.

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Zusammenfassung Die Scherung des Windes in den unteren Schichten und das barokline Wachstum von kurzen Wellen der MonsundepressionEs wurde eine quasigeostrophische, lineare Stabilitäts-analyse durchgeführt, um die Auswirkung der Windscherung in den unteren Luftschichten auf das barokline Wachstum von kurzen Wellen der Monsundepression zu studieren. Die Windscherung der mittleren Monsunströmung wird durch wechselnden Wind am Boden sowie die Lage und die Stärke des Westwindmaximums verändert. Für alle Fälle von Windprofilen wurde die Wachstumsrate und die Phasengeschwindigkeit der kurzen labilen Wellen (L2000 bis 2500 km) bestimmt. Man erkennt, daß beide von kleineren Änderungen in Lage und Stärke des Westwindmaximums nicht beeinflußt werden. Dagegen hängt die Wachstumsrate der kurzen Wellen der Monsundepression wohl von der mittleren Windscherung im Niveau zwischen 850 und 500 mb ab.

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With 5 Figures     

Turbidity measurements of Saharan aerosol and their effects on atmospheric heating and planetary reflectivity

Summary Eleven months of atmospheric turbidity measurements were made in Tozeur, Southern Tunisia, located at the northern edge of the Sahara. These measurements were done with a Linke-Feussner actinometer equipped with broad band Schott filters (OG1, RG2, RG8). These filters were chosen, as they have demonstrated a good stability with time. The lowest values of turbidity were found in winter, which is the rainy season for this area. In spring (April) the largest number of sand storms were observed, but the turbidity remained high for the whole summer. A mean Linke turbidity factor of 5.39 was derived, which is a value otherwise generally found only in industrial areas. Mean values of Ångström coefficients were = 0.34 and = 1.20.Aerosol particles were also sampled with nucleopore membrane filters. The chemical analyses of the particles with an X-ray spectrometer showed that most of the smaller ones had a chemical composition similar to sand. Other, larger ones showed high amounts of Ca and Cl; these are believed to have originated in Chott Djerid, the largest dried-out salt lake in Tunisia, which is located 20 km southeast of Tozeur.Model calculations of the radiative transfer for the solar spectrum were carried out, taking the turbidity measurements and ground truth measurements of albedo [33] into account. A perturbation experiment was carried out, changing turbidity and surface reflectivity. It was found that an increased surface reflectivity had a cooling effect at the surface, and a warming effect on the lowest kilometer of the atmosphere. Further, increases in turbidity resulted again in cooling at the surface, but with additional warming of the atmosphere. The combined increases of surface reflectivity and turbidity had a somewhat balancing effect as far as planetary albedo was concerned.

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Messungen der Trübung des Aerosols der Sahara und ihre Auswirkungen auf die Erwärmung der Atmosphäre und auf die planetare Reflexionsfähigkeit

Zusammenfassung Elf Monate hindurch wurden in Tozeur in Süd-Tunesien am Nordrand der Sahara Messungen der atmosphärischen Trübung durchgeführt. Diese Messungen wurden mit einem Linke-Feussner gemacht, das mit Breitband Schott-Filter OG1, RG2 und RG8 ausgerüstet ist. Die kleinsten Trübungswerte wurden im Winter gefunden, der für dieses Gebiet die Regenzeit ist. Im Frühling (April) wurde die größte Zahl von Sandstürmen beobachtet und die Trübung blieb auch im ganzen Sommer groß. Es wurde ein mittlerer Trübungsfaktor nach Linke von 5.39 bestimmt. Das ist ein Wert, der im allgemeinen nur in Industriegebieten gefunden wird. Die Mittelwerte der Ångström-Koeffizienten betrugen = 0,34 und = 1,20.Mit Membranfiltern wurden auch Aerosolteilchen gesammelt. Die mit einem Röntgenstrahlen-Spektrometer durchgeführten chemischen Analysen der Teilchen zeigten, daß die kleineren Teilchen meist eine dem Sand ähnliche chemische Zusammensetzung haben. Größere Teilchen zeigten hohe Beträge von Ca und Cl. Diese haben ihren Ursprung scheinbar im Chott Djerid, dem größten ausgetrockneten Salzsee in Tunis, der 20 km südöstlich von Tozeur liegt.Es wurden Modellrechnungen der Strahlungsübertragung für das Sonnenspektrum durchgeführt, wobei die Trübungsmessungen und die Albedomessungen in Rechnung gezogen worden sind. Es wurden auch Störungsexperimente mit geänderter Trübung und Oberflächenreflexion durchgeführt. Es wurde gefunden, daß zunehmende Oberflächenreflexion einen Abkühlungseffekt an der Oberfläche und einen Erwärmungseffekt im untersten Kilometer der Atmosphäre zeigt. Ferner bewirkt eine Zunahme der Trübung ebenfalls eine Abkühlung der Oberfläche, aber zusätzliche Erwärmung der Atmosphäre. Die kombinierte Zunahme der Oberflächenreflexion und der Trübung hatte einen etwas ausgleichenden Effekt, soweit die planetare Albedo betroffen war.

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With 13 Figures     

Some laboratory models of flow past the Alpine/Pyrenees mountain complex

Summary A series of laboratory experiments have been conducted to simulate the dynamical effects of the flow over and around a model Alpine/Pyrenean topography. The experimental study has employed a linearly salt-stratified rotating water channel through which the model topography is towed. Data have been collected for ranges of the similarity parameters (Rossby, Burger, Ekman and Froude numbers and the topography height to fluid depth ratio) which accord with their atmospheric values; only four of these parameters are independent. The ratio of the fluid depth to topography width need not be simulated because it does not appear as an independent parameter in the leading terms of the governing equations and boundary conditions. The results demonstrate the effects of flow direction on the horizontal motion patterns at various heights and numerous system parameter combinations. Vortex shedding is shown to occur for parameter ranges similar to those appropriate for the atmosphere; an empirical relation between the Strouhal and Rossby numbers is obtained and it is shown that the shedding periods is approximately twice the inertial period. The experiments demonstrate the flow splitting occurs in the vicinity of Geneva for both westerly and northwesterly flow. The importance of the Froude number in controlling the conditions under which fluid flows over or around the topography is illustrated, and the occurrence of lee waves for different values of the Froude and Rossby numbers (and different locations and flow directions) is described. Finally, it is shown that the advection of a parent cyclone from west to east along a path north of the Alps can generate a cyclone in the lower levels of the atmosphere in the vicinity of the Gulf of Genoa. It is suggested that these dynamical effects may play a role in triggering a lee cyclone which then might grow by other physical processes.

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Einige Labormodelle von Strömungen im Einfluß des Alpen/Pyrenäen-Gebirgskomplexes

Zusammenfassung Es wurden eine Reihe von Laborexperimenten durchgeführt, um die dynamischen Effekte der Strömung über und um ein Modell der Alpen-Pyrenäentopographie zu simulieren. Bei der Experimentaluntersuchung wurde ein mit Salz linear geschichteter rotierender Wasserkanal, durch den das Modellgelände gezogen wird, verwendet. Es wurden Daten für Bereiche der Ähnlichkeitsparameter (Rossby-, Burger-, Ekman- und Froude-Zahl und das Verhältnis Geländehöhe zu Flüssigkeitstiefe) gesammelt entsprechend ihren atmosphärischen Werten. Nur vier von diesen Parametern sind unabhängig. Das Verhältnis der Flüssigkeitstiefe zur Geländebreite braucht nicht simuliert zu werden, weil es in den Haupttermen der bestimmenden Gleichungen und Randbedingungen nicht als unabhängiger Parameter aufscheint. Die Resultate veranschaulichen die Effekte der Strömungsrichtung auf die horizontalen Bewegungsmuster in verschiedenen Höhen und bei zahlreichen Kombinationen von Systemparametern. Es zeigt sich, daß Wirbelablösung in ähnlichen Parameterbereichen vorkommt, wie sie für die Atmosphäre geeignet sind. Man erhält eine empirische Beziehung zwischen der Strouhal- und der Rossby-Zahl und es zeigt sich, daß die Ablösungsperiode annähernd das Doppelte der Trägheitsperiode ausmacht. Die Experimente zeigen, daß Strömungsaufspaltung im Bereich von Genf sowohl für westliche, als auch für nordwestliche Strömungen vorkommt. Weiters wird die Bedeutung der Froude-Zahl für die Kontrolle der Bedingungen, unter welchen die Flüssigkeit über oder um die Topographie fließt, veranschaulicht und das Auftreten von Lee-Wellen für verschiedene Werte der Froude- und der Rossby-Zahl (und verschiedene Stellen und Strömungsrichtungen) beschrieben. Schließlich wird gezeigt, daß die Advektion einer Mutterzyklone von West nach Ost nördlich der Alpen eine Zyklone in den unteren Schichten der Atmosphäre im Bereich des Golfs von Genua erzeugen kann. Es wird darauf hingewiesen, daß diese dynamischen Effekte beim Auslösen einer Lee-Zyklone, welche dann durch andere physikalische Prozesse wachsen könnte, eine Rolle spielen kann.

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With 15 Figures     

Temporal and comparative analysis of thunderstorms and some related phenomena in Zaria,Jos, and Kaduna (Nigeria)

Summary This is a temporal and comparative analysis of thunderstorms and some related phenomena in three towns in the northern part of Nigeria.On a diurnal basis, the three stations show both an afternoon and nocturnal maximum with the nocturnal maximum occurring at 0000–0100 LST for all phenomena.Seasonally, while thundery activities peak first in Jos, Kaduna and Zaria in that order, lightning and squalls peak in the reverse order. This implies that for thundery activities, an ample amount of moisture is required while limited moisture is needed for the initiation of lightning and squalls.Compared to Jos and Kaduna, Zaria possesses a higher amplitude for all the three phenomena under consideration. This stems from the fact that Zaria is closer to the centre of the disturbance line generating zone than the other stations.The diurnal cycle of occurrence of thunderstorms and related phenomena results from the diurnal cycle of insolation in the cloudless area in the vicinity of an easterly wave and radiational forcing of the cloudy region of the perturbed area.

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Zusammenfassung Es handelt sich um eine zeitliche und vergleichende Analyse von Gewittern und mit ihnen verbundenen Phänomenen aus drei Städten im nördlichen Teil Nigerias. Im Tagesgang zeigen die drei Stationen ein Nachmittagsund ein Nachtmaximum, wobei das Nachtmaximum für alle Phänomene zwischen 0 und 1 Uhr Lokalzeit auftritt.Im Jahresgang wandert das Maximum der Gewitteraktivität von Jos über Kaduna nach Zaria, während Blitze und Squalls ihr Maximum in umgekehrter Reihenfolge haben. Für Gewitter ist offenbar reichlich Feuchtigkeit notwendig, während für die Entstehung von Blitzen und Squalls geringere Mengen ausreichen.Im Vergleich mit Jos und Kaduna besitzt Zaria für alle drei behandelten Phänomene die höchste Amplitude. Das rührt daher, daß Zaria näher der die Störungslinie erzeugenden Zone liegt als die anderen Stationen.Der Tagesgang der Gewitteraktivität und der anderen Phänomene entsteht durch den Tagesgang der Einstrahlung in der wolkenlosen Zone nahe einer östlichen Welle und durch den Einfluß der bewölkten Gebiete im Störungsbereich.

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With 10 Figures     

Equatorial westerlies over the Eastern hemisphere

Summary On the basis of extensive data of observations obtained by 272 aerological stations of the tropical zone and of radiosonde observations made in 16 Soviet oceanic expeditions the peculiarities of the equatorial westerlies in the Eastern hemisphere and their relationships with the entire mechanism of tropical circulation have been investigated. New data have been obtained on the structure, meridional extension, vertical distribution and velocity of the equatorial westerlies over Africa, the Indian ocean and the western part of the Pacific ocean. The relationship of equatorial westerlies with easterlies of the upper troposphere and with westerlies of middle latitudes is shown. In this context some features of monsoon circulation over the Guinea gulf, South-Eastern Asia and Northern Australia are discussed.Regularities of the annual migration of equatorial westerlies have been followed, the yearround existence of persistent westerlies in the lower troposphere near the equator being revealed. In order to look into the genesis and mechanism of existence of equatorial westerlies, the peculiarities of the many years distribution of cloudiness in the intertropical convergence zone (ITCZ) are considered using weather-satellite pictures presented in the US-catalogues. The features of zonal circulation in tropics are compared with the field of cloudiness of the ITCZ.

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Die äquatorialen Westwinde über der östlichen Hemisphäre

Zusammenfassung Auf Grund von umfangreichen Beobachtungsdaten von 272 Stationen in der Tropenzone und von Radiosondenbeobachtungen auf 16 sowjetischen ozeanischen Expeditionen sind die Eigenheiten der äquatorialen Westwindzone in der östlichen Hemisphäre und ihre Beziehungen zum ganzen Mechanismus der tropischen Zirkulation untersucht worden. Es sind neue Angaben über die Struktur, die meridionale Erstreckung, die vertikale Verteilung und die Geschwindigkeit der äquatorialen Westwinde über Afrika, über dem Indischen Ozean und über dem westlichen Teil des Pazifischen Ozeans gewonnen worden. Es wird die Beziehung der äquatorialen Westwinde zu den östlichen Winden der oberen Troposphäre und zu den Westwinden der mittleren Breiten gezeigt.In diesem Zusammenhang werden einige charakteristische Merkmale der Monsunzirkulation über dem Golf von Guinea, über Südost-Asien und über dem nördlichen Australien besprochen. Regelmäßigkeiten der jährlichen Verlagerung der äquatorialen Westwindzone sind verfolgt worden und die ganzjährige Existenz einer beständigen Westwindzone in der unteren Troposphäre nahe dem Äquator ist nachgewiesen worden. Um einen Einblick in die Entstehung und in den Mechanismus der Existenz äquatorialer Westwinde zu bekommen, sind die Besonderheiten der mehrjährigen Bewölkungsverteilung in der intertropischen Konvergenzzone (ITCZ) auf Grund der in den US-Katalogen veröffentlichten Wettersatelliten-Bilder in Betracht gezogen worden. Die Besonderheiten der zonalen Zirkulation in den Tropen sind mit den Bewölkungsfeldern der ITCZ verglichen worden.

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With 4 Figures     

A study of isobaric temperature differences over Alaska

Summary Daily isobaric temperature differences, for the 10 year period from June 1960 to May 1970, were computed for the following pairs of upper air stations in the Alaskan area: Anchorage—Fairbanks, Fairbanks—Nome, Fairbanks—Barrow, and St. Paul Island—Nome.The frequencies of changes of sign of temperature differences and frequencies of negative values were computed from day to day tabulations by months and by seasons. The distributions of these values with elevation are discussed.Since the temperature distribution in the atmosphere is also an indication of atmospheric circulation, the daily isobaric temperature differences were correlated for every station pair for different levels. The isobaric temperature differences at 700 and 500mb levels show the best correlation for all four pairs. In the great majority of cases the correlation coefficients for isobaric temperature differences at 700 and 100mb (lower stratosphere) levels are larger than those for the 700 and 300mb levels. The same holds for the 500 and 100mb levels in comparison to the 500 and 300mb levels.The distribution of correlation coefficients by months, seasons and years is discussed.

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Untersuchung der isobaren Temperaturdifferenzen über Alaska

Zusammenfassung Für zehn Jahre (Juni 1960 bis Mai 1970) wurden die täglichen isobaren Temperaturdifferenzen in den 700-, 500-, 300- und 100mb-Flächen über Alaska zwischen folgenden Stationspaaren berechnet: Anchorage—Fairbanks, Fairbanks—Nome Fairbanks—Barrow und St. Paul Island—Nome.Es wurden die Häufigkeiten der Vorzeichenänderungen und auch die Häufigkeiten der negativen Werte der täglichen Temperaturdifferenzen für die Monate und für die Jahreszeiten bestimmt. Die Verteilung dieser Werte mit der Höhe wird für die Stationspaare besprochen.Da die Verteilung der Temperatur in der Atmosphäre auch die Richtung der atmosphärischen Zirkulation andeutet, wurden die täglichen isobaren Temperaturdifferenzen für jedes Stationspaar für verschiedene Höhen korreliert. Die besten Korrelationen ergaben für alle Paare die Temperaturunterschiede im 700- und im 500mb-Niveau. Die Korrelationskoeffizienten für die isobaren Temperaturunterschiede im 700mb- und im 100mb-Niveau sind im allgemeinen größer als die Korrelationskoeffizienten für die isobaren Temperaturunterschiede im 700- und im 300mb-Niveau. Dasselbe gilt auch für die Korrelation zwischen den 500- und 100mb-Niveaus im Vergleich zur Korrelation zwischen den 500- und 300mb-Niveaus.Die monatlichen, jahreszeitlichen und jährlichen Verteilungen der Korrelationskoeffizienten werden besprochen.

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With 1 Figure     

Investigations of the 500mb level in relation to the general circulation

Summary The redistribution of kinetic energy in the 500mbar level is studied for 1966 as well as for 1967. The total kinetic energy is split up in three parts: a) the energy due to the mean flow, b) the energy due to eddies with a period of time longer than a month and c) the energy due to eddies with a period of time less than a month but longer than one day.The transport of these energies takes place in formally three different ways, namely by the mean flow, by longperiod and shortperiod eddies (or monthly and daily eddies).Both the transports in zonal and meridional direction are studied. As will be shown in section 2, this yields 16 transportterms. It turns out that for the 500mbar level in the region from 100°W to 30°E and from 30°N to 65°N and based on geostrophic approximated winds: a) the longperiod eddies are important, b) the role of the longperiod eddies as well as the role of the shortperiod eddies decreases with increasing latitude and c) the zonal transports and the divergence of those transports are mostly larger than the meridional transports, and the divergence of the meridional transports.

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Untersuchungen der 500 mbar-Fläche in bezug auf die allgemeine Zirkulation,

Zusammenfassung Die Verteilung der kinetischen Energie im 500mb-Niveau wird für die Jahre 1966 und 1967 untersucht. Die gesamte kinetische Energie wird dabei in drei Teile zergliedert: a) die kinetische Energie der mittleren Strömung, b) die Energie aus länger als einen Monat andauernden Wirbeln und c) die Energie aus kürzer als einen Monat, aber länger als einen Tag andauernden Wirbelelementen.Der Transport dieser Energien erfolgt formal auf drei verschiedenen Wegen, nämlich durch die mittlere Strömung, durch lang- und kurzperiodige Wirbelelemente (Turbulenzelemente von Monatsdauer bzw. von Tagesdauer). Es werden die Transporte in zonaler und in meridionaler Richtung untersucht; daraus ergeben sich 16 Transportterme. Für die Region von 100°W bis 30°E und 30°N bis 65°N erweist sich unter Zugrundelegung geostrophisch approximierter Winde, a) daß langperiodige Wirbel von Bedeutung sind, b) daß die Bedeutung langperiodiger wie auch kurzperiodiger Wirbelelemente mit zunehmender geographischer Breite abnimmt und c) daß die zonalen Transporte und ihre Divergenz meistens größer sind als die meridionalen Transporte und die Divergenz meridionaler Transporte.

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With 25 Figures     

Marine climatology of the tropical Americas

Summary Surface circulation and climate in the sea areas surrounding the American Continents are discussed on the basis of ship observations for the period 1911–1970 compiled with a one degree latitude-longitude square spatial resolution. Charts depict sub-synoptic scale features in considerable detail, such as the wintertime intrusions of cold dry air from the Atlantic to the Pacific side of the Mexican-Central American land bridge at topographically favoured locations, manifesting themselves in plumes of high wind speed, anticyclonic vorticity, and low sea surface temperature far into the open Pacific. Double peaks in the rainy season are indicated for the Western Caribbean and the easternmost Pacific off the Central American coast, with the September/October maximum most dominant. Among the more significant large-scale features are the near-equatorial trough of low pressure, a kinematic axis, and zonally oriented bands of maximal cloudiness and precipitation frequency, with a seasonal migration of this ensemble from a most equatorward position in Northern winter farther northward during summer. The near-equatorial kinematic axis has the characteristics of a confluence zone over the Western Atlantic, whereas over the Eastern Pacific it is a discontinuity between the Southwesterly flow from the Southern hemisphere and the Northeast Trades. Most intense development is reached during Northern summer. The surface flow discontinuity is broadly embedded in the baric trough. The bands of maximal convergence, cloudiness and precipitation frequency stay well equatorward of the surface flow discontinuity in the Eastern Pacific throughout the year, whereas over the Western Atlantic they switch to the North of the kinematic axis during Northern winter.

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Maritime Klimatologie des tropischen Amerika

Zusammenfassung Klima und Luftzirkulation über den die amerikanischen Kontinente umgebenden Seegebieten werden aufgrund von in Eingradfeldern für den Zeitraum 1911–1970 ausgewerteten Schiffsbeobachtungen besprochen. Großräumige Karten sowie Diagramme und Tabellen des Jahresganges werden für Bodendruck, Wind, Divergenz, relative Wirbelgröße, Wasseroberflächentemperatur (SST), Bewölkung und Niederschlagshäufigkeit dargeboten. Die Karten geben Einzelheiten im subsynoptischen Bereich wieder, wie etwa die winterlichen Kaltlufteinbrüche von der atlantischen zur pazifischen Seite der mexikanischmittelamerikanischen Landbrücke, die sich an orographisch begünstigten Stellen in Zungen von hoher Windgeschwindigkeit, antizyklonaler Wirbelgröße, und niederer SST bis weit in den offenen Pazifik hinein abzeichnen. Eine doppelgipflige Regenzeit ist für das westliche Karibische Meer und den östlichsten Pazifik längs der mittelamerikanischen Küste angezeigt, wobei das Maximum im September/Oktober bei weitem überwiegt.Zu den bezeichnendsten großräumigen Erscheinungen gehören eine Tiefdruckzone in der Nähe des Äquators, eine kinematische Achse, und zonal angeordnete Bänder von maximaler Bewölkung und Niederschlagshäufigkeit; dieses System ist jahreszeitlichen Verlagerungen von einer äquatornächsten Lage im Nordwinter zu weiter nördlichen Breiten im Nordsommer unterworfen. Die kinematische Achse hat über dem westlichen Atlantik die Eigenheiten einer Konfluenzzone, während sie über dem östlichen Pazifik eine Diskontinuität zwischen der von der Südhemisphäre vordringenden Südwestströmung und dem Nordostpassat darstellt. Eine leichte Doppelwelle im Jahresgang ist nur in der Breitenlage der kinematischen Achse über dem Pazifik zu erkennen. Das System ist im Nordsommer am kräftigsten entwickelt. Die Diskontinuität der Bodenströmung ist in die Tiefdruckzone eingebettet. Die Bänder von maximaler Konvergenz, Bewölkung und Niederschlagshäufigkeit bleiben im östlichen Pazifik ganzjährig erheblich äquatorwärts von der Strömungsdiskontinuität während sie über dem westlichen Atlantik im Nordwinter auf die Nordseite der kinematischen Achse überwechseln. Die für das vorliegende Projekt verfügbare räumliche Auflösung dürfte zum Verständnis der sogenannten Intertropischen Konvergenzzone wesentlich sein.

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With 15 Figures     

Quasi-biennial variations in the winter-time circulation of high latitudes

Summary In the years between 1952 and 1962 a quasi-biennial modulation became apparent in the total ozone values measured over Arosa, Switzerland, during spring. The stratospheric vortex behavior in the northern hemisphere during March of the years 1958 to 1964 also showed a biennial variation. This has led to speculations that the quasi-biennial forcing of the tropical stratosphere may extend its influence to the stratosphere and troposphere of high latitudes. It is shown in this paper that the stratosphere and troposphere of high latitudes in the northern hemisphere, indeed, are coupled by a feedback mechanism. The forcing from tropical latitudes, however, seems to be minimal.

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Die quasi-biennale Veränderlichkeit der Zirkulation in hohen Breiten während des Winters

Zusammenfassung Während der Jahre 1952 bis 1962 wurde in den über Arosa, Schweiz, im Frühling gemessenen Gesamtozonwerten eine quasi-biennale Modulierung entdeckt. Das Verhalten des stratosphärischen Polarwirbels im März der Jahre 1958 bis 1964 zeigte ebenfalls eine zweijährliche Veränderlichkeit. Dies verleitete zur Schlußfolgerung, daß die quasi-biennale Einwirkung der tropischen Stratosphäre sich bis in die Stratosphäre und die Troposphäre hoher Breiten erstreckt. In der vorlegenden Studie wird gezeigt, daß die Stratosphäre und Troposphäre der Nordhalbkugel in hohen Breiten tatsächlich durch einen Rückkoppelungs-Mechanismus verbunden sind. Der Einfluß tropischer Breiten auf die Zirkulationsmodulierung scheint jedoch gering zu sein.

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With 14 Figures     

Numerical modelling of Bora winds

Summary The Bora winds are produced by cold stable air which pours over the Dinaric Alps, often producing intense winds along the Adriatic Coast. Although the flow appears qualitatively similar to the hydraulic flow described by the shallow-water equations, there are certain significant differences: the cold low-level air is continuously stratified and a critical layer in the winds typically occurs near the inversion which caps the cold pool of air. Through two-dimensional numerical mountain wave simulations, we investigate the extent to which hydraulic theory can be used to describe the Bora winds. We analyze the structure of the Bora flow derived from aircraft observations collected during the ALPEX field phase on 15 April 1982 and compare it with a numerical simulation initialized from upstream sounding data. By varying the environmental sounding in our simulations, we find that for this case, neither the critical layer nor the inversion layer play a fundamental dynamical role in generating the strong winds along the lee slope. Instead, the wave overturning which occurs beneath the inversion appears to be the most important factor in producing the strong response. This overturning produces shooting flow over the lee slope and strongly resembles the hydraulic flow which occurs both in shallow water theory and in simulations in which over-turning is suppressed. We believe the hydraulic jump-like mechanism producing the strong Bora slope winds is fundamentally similar to the underlying mechanism which produces the intense winds along the lee slope of the Rocky Mountains. This occurs despite significant differences in the character of the larger scale flow in these two situations.

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Numerische Modellierung der Bora

Zusammenfassung Die Borawinde entstehen durch kalte, stabile Luft, die über die Dinarischen Alpen fließt und dabei oft heftige Winde entlang der adriatischen Küste erzeugt. Obwohl die Strömung der mit Hilfe der Seichtwassergleichungen beschriebenen hydraulischen Strömung qualitativ ähnlich ist, gibt es bestimmte, signifikante Unterschiede: die kalte, bodennahe Luft ist kontinuierlich geschichtet und charakteristischerweise befindet sich eine kritische Windschicht nahe der Inversion, die den Kältesee abschließt. Mittels zweidimensionaler, numerischer Gebirgswellensimulationen untersuchen wir, in welchem Ausmaß die hydraulische Theorie zur Beschreibung von Borawinden herangezogen werden kann. Wir analysieren die Struktur der Boraströmung, die während der ALPEX-Meßphase am 15. April 1982 vom Flugzeug aus beobachtet wurde, und vergleichen sie mit einer numerischen Situation, die mit Daten aus einer Sondierung im Anströmgebiet initialisiert wird. Durch Variieren der Sondierung in den Simulationen haben wir herausgefunden, daß in diesem Fall weder die kritische noch die Inversionsschicht eine fundamentale dynamische Rolle bei der Entstehung der heftigen Winde entlang des leeseitigen Hanges spielen. Stattdessen scheint die umschlagende Welle unterhalb der Inversion der wichtigste Faktor bei der Erzeugung dieser heftigen Reaktion zu sein. Dieses Umschlagen erzeugt eine sehr schnelle Strömung über dem leeseitigen Hang und gleicht damit stark der hydraulischen Strömung, die sowohl in der Seichtwassertheorie vorkommt, als auch in Simulationen, in denen das Umschlagen unterdrückt wird. Wir glauben, daß der dem hydraulic jump ähnliche Mechanismus, der die heftigen Borahangwinde hervorruft, grundsätzlich dem Mechanismus gleicht, der die heftigen Winde entlang der leeseitigen Hänge der Rocky Mountains erzeugt. Und das, obwohl signifikante Unterschiede in den Eigenschaften der großräumigen Strömung in diesen beiden Situationen bestehen.

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With 12 Figures     

Aerial observations of stratospheric descent in a Gulf of Genoa cyclone

Summary The structure of a cyclone in the Gulf of Genoa on April 24, 25, 1982 is examined using an enhanced rawinsonde network, data from four ALPEX research flights, and satellite ozone and water vapor observations. This particular cyclone had, as a precursor, a mesoscale upper level vortex which approached the Alps from the north at a rate of about 400 km/6 hours. This small cyclone had a roughly axisymmetric tropopause fold. Cold air below the cyclone prevented it from having a surface pressure signature. Upon encountering the Alps, the cold air appeared to be deflected, allowing the cyclone reaching the Gulf of Genoa to extend to the surface. Aircraft data at thep447 mb level reveal a small volume of stratospheric air slightly ahead of the vortex center. This air is marked by high ozone concentration, low water vapor mixing ratio, and high relative vorticity. The boundaries of this region are very well defined with a horizontal scale of about 20 km, but with some evidence of advection and mixing processes. Satellite derived maps of vertically integrated ozone (TOMS) agree with the aircraft data regarding the position of the ozone maximum. Satellite images in the water vapor band /6.7 m) also agree with the aircraft data, and provide some information on the time evolution of the stratospheric intrusion.

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Luftbeobachtungen einer stratosphärischen Senkung in einer Genuazyklone

Zusammenfassung Es wird die Struktur einer Zyklone im Golf von Genua vom 24. und 25. April 1982, unter Verwendung eines verdichteten Radiosondennetzes, Daten von vier ALPEX-Forschungsflügen und Satellitenbeobachtungen von Ozon und Wasserdampf untersucht. Diese spezielle Zyklone hatte als Vorboten einen mesoskaligen Wirbel in der Höhe, der die Alpen vom Norden mit einer Geschwindigkeit von ca. 400 km/6 Std. erreichte. Diese kleine Zyklone wies eine ungefähr achsensymmetrische Senkung der Tropopause auf. Kalte Luft unterhalb der Zyklone verhinderte Anzeichen im Bodendruck. Beim Auftreffen auf die Alpen wurde die kalte Luft anscheinend abgelenkt, so daß sich die Zyklone beim Erreichen des Golfs von Genua bis zum Boden ausdehnen konnte. Flugzeugdaten aus dem Niveau mitp447 mb lassen eine kleine Menge stratosphärischer Luft etwas oberhalb des Wirbelzentrums erkennen. Diese Luft ist gekennzeichnet durch hohe Ozonkonzentration, niedriges Mischungsverhältnis und hoher relativer Vorticity. Die Grenzen dieser Region sind mit einem horizontalen Umfang von etwa 20 km sehr gut definiert, aber es gibt einige Anzeichen von Advektion und Mischungsprozessen. Mit Hilfe des Satelliten konstruierte Karten von vertikal integriertem Ozon (TOMS) stimmen mit den Flugzeugdaten über die Position des Ozonmaximums überein. Ebenso stimmen Satellitenbilder im Wasserdampfband (6.7 m) mit den Flugzeugdaten überein und liefern Informationen über den zeitlichen Ablauf der stratosphärischen Eindringung.

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With 19 Figures     

Subsynoptic vertical heat fluxes from high-resolution synoptic budgets

Summary A recently designed diagnostic model for synoptic heat budgets is reviewed and is applied to selected ALPEX-SOP dates. The model uses the conservation equations for moisture, (sensible) heat and mass. All synoptically observable terms (including moisture and heat tendencies and surface rain) are specified from objective analyses. Quasi-observable terms (including , radiation, surface evaporation and surface heat flux) are also considered synoptic and are specified close to observations. The non-observable terms: rain, moisture and heat fluxes in the free atmosphere are considered subsynoptic; they are determined as residuals. The model includes a submodel for the errors, a closure assumption which couples the vertical moisture and heat fluxes and a variational 3D-mass flux modification. This is the minimum parameterization level possible with these data.Results over the ALPEX-domain are shown for 5 dates from 4–6 March 1982. Each budget is a 24 h-average, each diagnostic box has a horizontal/vertical resolution of 100 km/100 hPa. The presentation focusses upon the three vertical heat fluxes. The model separates signal (=subsynoptic fluxes, 0–600 W m^–2) from error (0–60 W m^–2), the fields are coherent both in space and time, and the different stages of the synoptic development are reproduced by the subsynoptic fields. While the rain is downward and the moisture flux upward everywhere, the heat flux is upward in the trough, weak in the ridge and downward ahead of the next trough. The rain flux vector is usually divergent but can occasionally be convergent in lower levels which indicates reevaporation. The great detail in the fields of rain, moisture and heat flux proves that diagnostic models of this kind are potentially useful for further synoptic research.

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Subsynoptische vertikale Wärmeflüsse aus hochauflösenden synoptischen Haushalten

Zusammenfassung Ein kürzlich entwickeltes diagnotisches Modell für synoptische Wärmehaushalte wird dargestellt und auf ausgewählte ALPEX-SOP-Termine angewandt. Das Modell verwendet die Erhaltungsgleichungen für Feuchte, (fühlbare) Wärme und Masse. Alle synoptisch beobachtbaren Glieder (einschließlich Feuchte- und Wärmetendenz sowie Bodenniederschlag) werden aus objektiven Analysen spezifiziert. Quasi-beobachtbare Glieder (einschließlich , Strahlung, Bodenverdunstung und Bodenwärmefluß) werden ebenfalls als synoptisch angesehen und beobachtungsnahe spezifiziert. Die nicht-beobachtbaren Glieder: Regen, Feuchtefluß und Wärmefluß in der freien Atmosphäre werden als subsynoptisch angesehen und als Residuum bestimmt. Das Modell enthält ein Untermodell für die Fehler, eine Schließungsannahme, welche den vertikalen Feuchte- und Wärmefluß koppelt, sowie eine, auf dem Variationsprinzip beruhende, Modifikation des 3D-Massenflusses. Dies ist der minimale Parametrisierungsaufwand, der mit den vorliegenden Daten möglich ist.Ergebnisse über dem ALPEX-Gebiet werden gezeigt für 5 Termine vom 4.–6. März 1982. Jeder Haushalt ist ein 24 h-Mittel, jede Diagnosebox hat eine horizontale/vertikale Auflösung von 100 km/100 hPa. Die Darstellung konzentriert sich auf die drei vertikalen Wärmeflüsse. Das Modell trennt Signal (=subsynoptische Flüsse, 0–600 W m^–2) und Fehler (0–60 W m^–2), die Felder sind räumlich und zeitlich kohärent, und die verschiedenen Stadien der synoptischen Entwicklung werden durch die subsynoptischen Felder wiedergegeben. Während der Regen überall abwärts und der Feuchtefluß überall aufwärts gerichtet sind, ist der Wärmefluß aufwärts im Trog, praktisch Null im Rücken und abwärts vor dem nächsten Trog. Der Regenflußvektor ist gewöhnlich divergent, aber kann gelegentlich in unteren Schichten konvergent sein, was Wiederverdunstung anzeigt. Die vielen Einzelheiten der Felder von Regen, Feuchte- und Wärmefluß beweisen, daß diagnostische Modelle dieser Art von potentiellem Nutzen für die weitere synoptische Forschung sind.

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With 14 Figures     

On the estimation of surface radiation using satellite data

Summary Model calculations are used to investigate the uncertainties in the surface radiative flux empirically derived from satellite radiation measurements and theoretically calculated from radiation models using satellite-inferred cloud parameters. The empirical approach depends upon how well the satellite-measured radiances (represented here by the top-of-the-atmosphere flux) correlate with the net flux at the surface. The model calculations show that while the TOA flux and the net surface flux are correlated with respect to changes in optical thickness, they are not correlated with respect to changes in cloud height and negatively correlated with respect to changes in water vapor content. It is also found that the solar zenith angle has a strong effect on these relationships. It is, therefore, important to correct for the effects of atmospheric water vapor content and the solar zenith angle in the empirical estimation of surface radiative flux.The theoretical approach depends upon the net effect of the uncertainty in satellite-inferred cloud parameters. In the solar spectral region, the effects of the uncertainty in satellite retrieval of could cover and optical thickness on the net downward surface flux are systematically in opposite directions, so that the combined effects is typically small (< 7 Wm^–2). In the thermal infrared region, an error of 7 Wm^–2 could be induced by an uncertainty of 100 mb in the cloud-base height or an uncertainty of 0.1 in the fractional cloud cover. As opposed to what is commonly perceived, the error in the surface flux is likely to be larger in the IR region than in the solar spectral region.

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Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit werden mit Hilfe von Modellberechnungen die Unsicherheiten in den durch Satellitenmessungen empirisch gewonnenen Strahlungsflüssen an der Oberfläche und jene, die bei der Benützung von Strahlungsmodellen, die auf mit Satelliten abgeleiteten Wolkenparametern beruhen, verglichen. Die Gültigkeit des empirischen Näherungsverfahren ist davon abhängig, wie sehr die vom Satelliten gemessene Strahlung (im weiteren als top-of-the-atmosphere flux — TOA — bezeichnet) mit dem Nettostrahlungsfluß an der Oberfläche korreliert. Die Modellberechnungen zeigen, daß TOA-Fluß und Nettostrahlungsfluß an der Oberfläche zwar in bezug auf Änderungen der optischen Dicke, nicht aber in bezug auf Änderungen der Wolkenhöhe korreliert sind, während sie in bezug auf Veränderungen des Wasserdampfgehalts negativ korreliert sind. Es zeigt sich weiters, daß der Zenithwinkel der Sonne einen wesentlichen Einfluß auf diese Zusammenhänge hat. Daher ist es wichtig, die Auswirkungen des atmosphärischen Wasserdampfgehalts und des Sonnenzenithwinkels in den empirischen Berechnungen des Strahlungsflusses an der Oberfläche zu korrigieren.Der theroretische Ansatz ist abhängig vom Einfluß der Unsicherheiten der satellitenermittelten Wolkenparameter. Im solaren Spektralbereich wird der zur Oberfläche gerichtete Nettofluß durch die Unsicherheiten in der satellitenermittelten Wolkendecke und der optischen Dicke systematisch in entgegengesetzter Richtung beeinflußt, so daß der gemeinsame Effekt im allgemeinen gering bleibt (< 7 Wm^–2). Im thermischen Infrarotbereich kann ein Fehler von 7 Wm^–2 durch eine Unsicherheit von 100 mb in der Wolkenbasishöhe oder von 0.1 in der Bedeckung hervorgerufen werden. Im Gegensatz zur weitverbreiteten Ansicht ist also der Fehler bei Berechnungen des Flusses an der Oberfläche im thermischen Infrarotbereich aller Wahrscheinlichkeit nach größer als im solaren Spektrum.

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With 11 Figures     

A study of interacting multi-scale wind systems, Canterbury plains, New Zealand

Summary The wind regime of the Canterbury region, New Zealand, is composed of several interacting multi-scale wind systems all of which show strong diurnal periodicity. The dynamic orographic effect of the Southern Alps on the prevailing westerly flow results in perturbations to the pressure field and localized antitriptic airflow. Superimposed on this larger scale process are thermotopographic effects resulting from both regional and local land-sea thermal contrasts and slope heating. These processes act within an hierarchy of scales to produce a complex wind regime characterized by marked temporal variability, a layered vertical structure and the frequent occurrence of convergence lines and shear zones. The synergistic nature of the forcing mechanisms and the tendency for nocturnal decoupling of the boundary layer due to stability variations makes it difficult to differentiate and label discrete wind components.Attempts to simulate this regime using the Colorado State University mesoscale model showed that the model was unable to adequately resolve both the dynamic orographic effect and the local thermotopographic effect because of their differing scales of influence. These results suggest that a more holistic approach to both empirical and theoretical studies in such environments is required if more accurate wind field forecasting is to be achieved.

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Eine Studie zusammenwirkender Windsysteme verschiedener Größenordnungen, Canterbury Plains, Neuseeland

Zusammenfassung Das Windregime des Gebiets von Canterbury, Neuseeland, setzt sich aus verschiedenen zusammenwirkenden Windsystemen verschiedener Größenordnungen zusammen, die alle einen starken Tagesgang aufweisen. Der dynamisch-orographische Effekt der neuseeländischen Alpen auf die vorherrschende Westströmung führt zu Störungen im Druckfeld und lokalen Luftbewegungen im Lee. Diesem großräumigen Prozeß sind thermisch-topographische Effekte überlagert, die sowohl durch regionale als auch lokale thermische Unterschiede zwischen Land und Meer und die Erwärmung der Hangregion hervorgerufen werden. Die Vorgänge spielen sich in einer Hierarchie von Größenordnungen ab. Sie erzeugen ein kompliziertes Windsystem, das durch hohe zeitliche Variabilität, eine schichtweise thermische Struktur und häufige Konvergenz- und Scherungszonen gekennzeichnet ist. Die synergetische Natur der Antriebe und die Tendenz zum nächtlichen Entkoppeln der planetaren Grenzschicht aufgrund von Stabilitätsschwankungen macht es schwer, die einzelnen Windkomponenten zu trennen und zuzuordnen.Die Versuche, dieses Regime mit Hilfe des Mesoscale-Modells der Colorado State University zu simulieren, zeigten, daß es aufgrund der verschiedenen Größenordnungen des Einflusses nicht geeignet war, gleichzeitig den dynamisch-orographischen und den thermo-topographischen Effekt zu reproduzieren. Diese Ergebnisse legen sowohl für empirische wie für theoretische Untersuchungen einen holistischeren Ansatz nahe, um eine genauere Prognose des Windfeldes zu ermöglichen.

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With 11 Figures     

Observations of dynamical and microphysical aspects related to hail formation with the polarimetric Doppler radar Oberpfaffenhofen

Summary For improving hail suppression strategies much more detailed knowledge on the individual hail formation process within the thermodynamical as well as the dynamical framework of hail producing cloud systems is needed. One possibility to obtain such knowledge on microphysical and dynamical processes simultaneously is with polarimetric Doppler radar measurements. The advanced polarimetric Doppler radar Oberpfaffenhofen, in operation since summer 1987, is described. Its unique capabilities, such as the real time estimation and display of the three Doppler moments reflectivity, Doppler velocity and spectral width as well as polarimetric parameters, such as depolarization ratios and the differential reflectivity are presented. Furthermore, from polarimetric measurements a hail signal is implemented which can be displayed in real time, too.The microphysical as well as dynamical structure of a squall line has been observed and a conceptual model of the hail formation process within this system is presented, thus illustrating the detailed insights into cloud processes possible with this new radar system.

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Zusammenfassung Ein neu entwickeltes Wolkenradar, ein polarimetrisches Dopplerradar, ist seit Anfang 1987 in Oberpfaffenhofen in Betrieb. Ein Schwerpunkt der Anwendungen liegt bei der Untersuchung hochreichender Konvektion mit Hagelbildung. Die in Echtzeit berechneten und dargestellten Dopplermomente Reflektivität, Dopplergeschwindigkeit und Spektralbreite der Dopplergeschwindigkeit ermöglichen die Verfolgung der dynamischen und turbulenten Vorgänge. Gleichzeitig können polarimetrische Parameter, wie z. B. Depolarisationsverhältnisse und die differentielle Reflektivität, berechnet und dargestellt werden, die Aufschluß über die im Auflösungsvolumen vorhandenen Hydrometeorarten geben. Insbesondere wurde ein aus polarimetrischen Messungen berechnetes Hagelsignal implementiert. Die Niederschlags- und Hagelentwicklung wurde in einer Squall Line mit dem Radar verfolgt, so daß der Hagelentstehungsprozeß konzeptionell beschrieben werden kann. Eine wesentliche Rolle bei der Hagelentwicklung spielten offenbar isoliert vor der Squall Line entstandene Kumuluswolken, die im mittleren Niveau auf der Vorderseite des Systems eingemischt werden.

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With 14 Figures