Die Zustandswerte in der freien Atmosphäre bei Schauerniederschlägen

Zusammenfassung Radiosondenergebnisse von 1664 Aufstiegen der Monate Mai bis September 1949 bis 1953 in München-Riem werden hinsichtlich der Bildung von Gewittern und Schauern untersucht. Die Kondensationsfeuchtadiabate liegt an Gewittertagen höher als an Tagen ohne Gewitter; auch die 0°C-Grenze erscheint angehoben. Die Zahl der Tage ohne Niederschlag und die Zahl der Gewittertage steigt mit wachsender Mitteltemperatur in der freien Atmosphäre. Während die Zahl der Tage mit Hagelfällen in Bayern von der Temperatur kaum abhängig erscheint, nimmt das vom Hagel betroffene Gebiet mit zunehmender Temperatur bedeutend zu. Niederschläge und Gewittertätigkeit werden von der Verteilung des vertikalen Temperaturgradienten mit der Feuchtigkeit stark abhängig gefunden. Aus dieser Abhängigkeit wird eine als Labilitätsmaß geeignete Regel abgeleitet.

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Summary Results obtained by 1664 ascents of radiosondes during the months may till september 1949 to 1953 at Munich-Riem are evaluated with regard to the formation of thunderstorms and showers. On days with thunderstorms the moistadiabatic lies at a higher level than on days without; the 0°C-level appears to be lifted as well. The number of days without precipitation and the number of thunderstorm days increase with growing mean temperature in the free atmosphere. Whereas, in Bavaria, there is hardly any relation between the number of days with hail and temperature, the region covered by hail grows considerably in extent with increasing tmmperature. Precipitation and thunderstorm activity are found to be strongly dependent on the distribution of the vertical temperature gradient and humidity. From this dependence a rule is derived which may be used as a measure for instability.

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Résumé Etude de 1664 radiosondages des mois de mai à septembre 1949 à 1953 à München-Riem du point de vue de la formation des orages et des averses. L'adiabatique humide est plus élevée lors des jours d'orage qu'en l'absence de ceux-ci; l'isotherme de zéro degré semble aussi plus élevée. Le nombre de jours sans précipitations et celui des jours d'orage croissent avec la température moyenne dans l'atmosphère libre. Tandis qu'en Bavière le nombre de jours de grêle semble indépendant de la température, la surface des régions grêlées augmente nettement avec elle. Les précipitations et l'activité orageuse dêpendent fortement de la distribution du gradient vertical de température selon l'humidité; de cette dépendance on peut tirer une règle servant de critère de labilité.

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Mit 4 Textabbildungen.     

Numerical modeling of thunderstorm

Summary A brief review of numerical models of thunderstorms is presented. The attempts of modeling these clouds have to deal with an extremely broad range of microphysical and dynamic processes. Basic concepts of thunderstorm modeling, 1-D, 2-D and 3-D models are considered. Particular attention is given to the basic equations and to the capability of these models to predict characteristics of the tunderstorms. A brief treatment is also given of hail growth in thunderstorm models.

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Zusammenfassung Im folgenden wird eine knappe Übersicht numerischer Gewittermodelle präsentiert. Bei der Modellierung von Gewitterwolken muß ein ausgesprochen weiter Bereich von mikrophysikalischen und dynamischen Prozessen beachtet werden. Grundkonzepte der Gewittermodellierung, 1-D-, 2-D- und 3-D-Modelle werden hierzu herangezogen. Besondere Aufmerksamkeit gilt dabei den Ausgangsgleichungen sowie den potentiellen Möglichkeiten dieser Modelle, Charakteristika der Gewitter vorherzusagen. Weiters wird auch das Hagelwachstum in Gewittermodellen kurz behandelt.

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With 8 Figures     

Thunderstorm frequency and amount of precipitation in the tropics,especially in the African and Indian monsoon regions

Summary An increase of rainfall at tropical stations is associated with an increase of thunderstorms only up to a certain amount of rain beyond which the thunderstorm frequency decreases. This is shown for monthly and annual means and is possibly true also for much shorter periods.The ratio of the number of days with thunderstorm divided by the amount of rainfall is large in continental, small in oceanic climates with maxima in West Africa, in the Rocky Mountains, and in Tibet.Tropical rainfall exhibits both extremes, many thunderstorms producing little rain, and much rain connected with few, if any, thunderstorms. All kinds of transitions between these extremes can be found, depending probably on the moisture content and/or the stability of the middle troposphere (high moisture means few thunderstorms).Basic differences between the African and the Indian summer monsoons are discussed.

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Zusammenfassung Eine Zunahme des Niederschlages tropischer Stationen ist nur bis zu einem gewissen Betrag mit Zunahme der Gewitterhäufigkeit verbunden; darüber werden die Gewitter weniger zahlreich. Dies wird an Monats- und Jahresmitteln gezeigt, scheint aber auch für wesentlich kürzere Zeiträume zuzutreffen.Der Quotient der Zahl der Gewittertage durch Niederschlagsmenge ist groß in kontinentalen, klein in ozeanischen Klimaten mit Höchstwerten in Westafrika, in dem Felsengebirge und in Tibet.Bei tropischen Niederschlägen gibt es die Extreme: a) Viele Gewitter bringen wenig Regen oder b) viel Regen ist mit wenigen oder keinen Gewittern verbunden. Alle Arten von Übergang zwischen a) und b) kommen vor. Ihre Ausbildung hängt wahrscheinlich von der Feuchte und/oder der Stabilität der mittleren Troposphäre ab, da hohe Feuchte der Ausbildung von Gewittern entgegenwirkt.Grundsätzliche Unterschiede zwischen dem afrikanischen und dem indischen Monsun werden erörtert.

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Résumé Un acroissement de la précipitation tropicale est associée avec une augmentation de la fréquence d'orages seulement jusqu' à une certaine valeur au-delà de laquelle la fréquence d'orages décroît quand la quantité de pluie s'accroît. Ceci est démontré pour les mois et pour l'année, mais probablement il est aussi valuable pour des périodes plus courtes.Le rapport du nombre des jours orageux à la quantité des précipitations est grande dans les climats continentaux et petite dans les climats océaniques. Nous rencontrons les maxima en Afrique occidentale, dans les Rocky Mountains et en Thibet.La précipitation tropicale montre deux extrêmes: beaucoup d'orages produisent une petite quantité de pluie, tandis qu' une grande quantité de pluie peut être associée avec peu ou sans orages. Toutes les sortes de transitions entre eux peuvent être trouvées qui dépendent probablement de l'humidité et/ou de la stabilité de la troposphère moyenne quisqu'une grande humidité correspond à une fréquence réduite d'orages.Des différences fondamentaux entre les moussons africaine et indienne sont discutées.

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With 7 Figures

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Sponsored by the U.S. Army Signal Corps, Contract No. DA-36-039 SC 89179.     

Untersuchung über den Zusammenhang zwischen maximalem Höhenwind und Gewittertätigkeit

Zusammenfassung Der einzige Faktor, der nachH. Dessens [1] Gewitter zu schweren Hagelgewittern werden läßt, ist ein sehr starker Horizontalwind in Höhen zwischen 6000 und 12000 m. Mit Hilfe statistischer Methoden wird untersucht, wie am Alpensüdfuß das Auftreten von Gewittern und Hagel vom Betrag und von der Richtung der Geschwindigkeit des Höhenwindes abhängt. Es stellt sich dabei heraus, daß hier der Zusammenhang zwischen diesen beiden Größen wenig ausgeprägt ist. Von der Gesamtheit der Faktoren, die bewirken, daß ein Gewitter zu einem schweren Hagelgewitter wird, beträgt der Anteil der Geschwindigkeit des horizontalen Höhenwindes weniger als 10%.

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Summary According toH. Dessens [1] the only factor that changes a thunderstorm into an intense hailstorm is a strong horizontal wind at heights between 6000 and 12000 m. The dependence of thunderstorm and hail on the direction and speed of upper wind on the southern slope of the Alps has been investigated by means of statistical methods. No significant correlation was found between these two values in this region. Of the factors which cause heavy hail during a thunderstorm the contribution of the speed of horizontal wind in altitudes amounts to less than 10%.

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Résumé D'aprèsH. Dessens [1], le seul élément qui puisse déclencher de fortes chutes de grêle à partir d'un orage est un très fort vent horizontal entre 6000 et 12000 m d'altitude. Les auteurs examinent par des méthodes statistiques dans quelle mesure l'apparition d'orages et de grêle dépend, au sud des Alpes, de la force et de la direction du vent en altitude. Il en découle que, dans cette région, la relation entre le vent en altitude d'une part, les orages et la grêle d'autre part est peu marquée. Dans l'ensemble des facteurs qui provoquent la transformation d'un orage commun en un orage fortement grêligène, la vitesse du vent horizontal en altitude ne représente qu'un poids inférieur à 10%.

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Mit 3 Textabbildungen     

On the predictability of low-level flow during ALPEX

Summary The growth of error energy from initially uncertain states is a characteristic of global forecast models that is absent or markedly diminished in limited area forecasts. The enhanced regional predictability is presently studied with a limited area boundary layer model applied to a European region centered on the Alps. The results are remarkably insensitive to initial data, and a qualitative explanation of this is sought in terms of Thompson's (1957) and Lorenz's (1969) predictability analysis. It appears that the high predictability of regional models is an artifact of the overwhelming role that the prespecification of external boundaries plays in this problem. In cases that Dirichlet boundary conditions are imposed at the perimeter of the limited forecast region, the larger scale flow components, including most of the advecting flow are determined completely independently of internal dynamics and vorticity fluctuations, a condition that does not promote uncertainty growth.The simplest relaxation of this constraint is accomplished by imposing Neumann boundary conditions with zero gradient of forecast variables at the outer boundary. In this case the boundary values depend completely upon the interior forecast, and there is no theoretical reason to expect that error growth should be limited. Nevertheless, present results show that the only significant forecast errors associated with initial uncertainties in these cases are trapped near external boundaries. An explanation of this phenomenon and its generality is discussed. Our forecast results and analysis of error spread from boundaries suggest that topography may enhance local predictability.Although the predictability of a regional boundary layer model is high with respect to initial errors of even rather large magnitude, the same is not true with respect to large uncertainties in the representation of topography and surface, radiative and dissipative effects. Substantial variations of the parameterization of these processes through changes of the model equations produce boundary layer solution divergence with doubling time scales as short as one day. The uncertainty growth associated with smaller (and more realistic) perturbations of these processes remains to be studied.

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Über die Voraussagbarkeit von bodennahen Strömungen während ALPEX

Zusammenfassung Das Anwachsen der Fehler auf Grund anfänglich unsicherer Zustände ist ein Charakteristikum globaler Vorhersagemodelle. Diese Beschränkung ist nicht vorhanden oder stark vermindert in Vorhersagen für begrenzte Gebiete. Die verbesserte regionale Vorhersagbarkeit wird gegenwärtig an einem Grenzschichtmodell untersucht, welches auf einen Teil Europas mit den Alpen im Zentrum angewandt wird. Die Ergebnisse sind auffallend im empfindlich gegenüber den Anfangsdaten. Eine qualitative Erklärung dafür kann anhand der Vorhersagbarkeitsanalyse von Thompson (1957) und Lorenz (1969) durchgeführt werden. Die hohe Vorhersagbarkeit regionaler Modelle erscheint als Ergebnis der überwältigenden Rolle, die die Vorgabe der äußeren Ränder in diesem Problem spielt. In Fällen, wo Dirichlet-Randbedingungen an der Peripherie des begrenzten Vorhersagegebietes aufgezwungen werden, erfolgt die Bestimmung der großräumigen Strömungskomponenten inklusive des größten Teils der advektierenden Strömung, unabhängig von der internen Dynamik und den Wirbelfluktuationen. Diese Bedingung fördert das Anwachsen von Unsicherheiten nicht.Die einfachste Lockerung dieser Beschränkung wird durch Einführung von Neumann-Randbedingungen mit der Vorhersagevariablen ohne Gradienten an den äußeren Rändern erreicht. In diesem Fall hängen die Randwerte vollständig von der Vorhersage im Inneren ab und es besteht kein theoretischer Grund, eine Beschränkung des Fehlerwachstums zu erwarten. Dennoch zeigen die gegenwärtigen Ergebnisse, daß die einzigen wesentlichen Vorhersagefehler in Zusammenhang mit Anfangsunsicherheiten in diesen Fällen auf den Randbereich beschränkt sind. Eine Erklärung dieses Phänomens und seine Allgemeingültigkeit wird diskutiert. Unsere Vorhersageergebnisse und die Analyse der Fehlerausbreitung von den Rändern aus legt nahe, daß die topographie die lokale Vorhersagbarkeit verbessern kann.Obwohl die Vorhersagbarkeit eines regionalen Grenzschichtmodells in bezug auf die verhältnismäßig großen Anfangsfehler hoch ist, ist dies nicht so in bezug auf die großen Unsicherheiten in der Wiedergabe der Topographie und der Oberfläche sowie Strahlungs- und dissipativer Effekte. Wesentliche Variationen der Parametrisierung dieser Prozesse durch Änderungen der Modellgleichungen erzeugen Divergenzen in den Grenzschichtlösungen, die sich schon in einem Tag verdoppeln. Das Wachstum der Unsicherheit verbunden mit kleineren (und realistischeren) Störungen dieser Prozesse bleibt noch zu untersuchen.

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With 14 Figures     

Recent changes in Phoenix,Arizona summertime diurnal precipitation patterns

Summary Summertime diurnal precipitation patterns for Phoenix, Arizona are analyzed for the period 1954 through 1985. Although the mean precipitation amounts and frequencies for the entire summer monsoon season have not shown any significant effects from the rapidly developing urban heat island, diurnal patterns have displayed substantial changes in the recent period of explosive population growth. During the most recent 16 years, late afternoon and evening storms have become more frequent and produce greater rainfall totals. Sharp declines are noted in the frequency of rain events between midnight and noon; especially large drops occur in the rainfall amounts between 9.00 and 12.00 MST. These findings appear to be consistent with several mechanisms proposed to explain the unusual diurnal character of the summertime rainfall in the Phoenix, Arizona area.

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Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit wird der sommerliche Tagesgang des Niederschlags für Phönix, Arizona, analysiert.Obwohl keine signifikante Beeinflussung der durchschnittlichen Niederschlagsmengen und -häufigkeiten über die gesamte Sommermonsunzeit durch die rasch anwachsende städtische Wärmeinsel zu verzeichnen ist, weisen die Tagesgänge in der jüngsten Zeit explosiven Bevölkerungswachstums substantielle Veränderungen auf. In den vergangenen 16 Jahren sind Unwetter spätnachmittags und abends häufiger geworden und führten zu einer größeren Niederschlagssumme. Eine starke Abnahme der Regenfälle zwischen Mitternacht und Mittag ist zu verzeichnen; bei Regenfällen zwischen 9.00 und 12.00 MST ist der Rückgang besonders deutlich.Wie sich zeigt, stehen diese Beobachtungen im Einklang mit einigen Mechanismen, die zur Erklärung der ungewöhnlichen Tagesverteilung der sommerlichen Regenfälle über Phönix, Arizona, angeführt werden.

     

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     

A simplified hydrodynamic mesoscale model suitable for use over high plateau regions

Summary A simplified hydrodynamic primitive equation model in -coordinates is described. This model includes the main physical processes that influence development and motion of mesoscale vortices over plateau regions: elevated terrain effects, effects of large-scale and synoptic-scale systems on the mesoscale systems, sensible heating from the earth's surface, moisture cycle and condensation heating released by both large-scale stable precipitation and cumulus convective precipitation, evaporation and the feedback effect of precipitation on evaporation, friction in the planetary boundary layer, horizontal diffusion by subgrid scale eddies and vertical eddy flux of meteorological elements (momentum, temperature, moisture, etc.) due to turbulence, cumulus convection and other smaller-scale physical processes. The model incorporates observed data as much as possible and equations are simplified so that it may be run using either a high-speed computer or a desktop computer.Two developing vortices that originated over the Qinghai-Xizang (Tibet) Platau and moved eastward producing heavy precipitation over the lower elevations are used to test the model. It is shown that the model is capable of simulating the major features of the vortices including the precipitation distribution and may be used for studies of mesoscale and synoptic scale weather systems over plateau regions.

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Ein vereinfachtes für hochländer geeignetes hydrodynamisches mesoscale-modell

Zusammenfassung Es wird ein vereinfachtes hydrodynamisches Grundgleichungsmodell in -Koordinaten be schrieben. Dieses Modell beinhaltet die wichtigsten physikalischen Prozesse, die die Entwicklung und Bewegung von mesoskaligen Wirbeln über Hochplateaus beeinflussen: Effekte der Hochfläche, Effekte von großräumigen und synoptischen Systemen, die fühlbare Wärme von der Erdoberfläche, den Feuchtigkeitskreislauf und die Kondensationswärme, sowohl von großräumigen als auch von Konvektionsniederschlägen, die Evaporation und die Beeinflussung der Evaporation durch den Niederschlag, die Reibung in der planetaren Grenzschicht, die horizontale Diffusion durch Turbulenzen, die kleiner als die Gitterkonstante sind und den vertikalen Fluß meteorologischer Elemente (Impuls, Temperatur, Feuchte etc.) durch Turbulenzen, Konvektion und andere kleinräumige Prozesse. In das Modell sind die Beobachtungswerte weitestgehend integriert und die Gleichungen soweit vereinfacht, daß es sowohl auf einem Hochleistungs- als auch auf einem Mikrocomputer laufen kann.Zum Testen des Modells wurden zwei sich entwickelnde Wirbel verwendet, die vom Qinghai-Xizang-Plateu (Hochland von Tibet) ausgingen, sich ostwärts bewegten und dabei zu schweren Niederschlägen in den Tiefländern führten. Es wird gezeigt, daß das Modell die wichtigsten Eigenschaften der Wirbel und die Niederschlagsverteilung simulieren und für Untersuchungen von mesoskaligen und synoptischen Wettersystemen über Hochländern herangezogen werden kann.

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With 18 figures     

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     

Sensitivity analysis of the 1-D convective cloud model outputs on the dynamical parameters

Summary Forced 1-D time-dependent numerical model of Cb cloud is used to analyse the sensitivity of the model products on dynamical parameters. The model considers the processes of horizontal entrainment, forced lifting through the cloud base as well as the six forms of water substance: water vapour, cloud water, cloud ice, rain, snow and hail. Atmospheric soundings for deep storm situation are used as initial and evironmental conditions.The maxima model values of vertical velocity, cloud water, rain water and ice mixing ratios, temperature excess, cloud top height and radar reflectivity are under the strong influence of the parameters of entrainment, amplitude of initial vertical velocity and forced vertical velocity. The most visible influence is that of forced vertical velocity on the ice content.The model values agree well with observations in one case for selected dynamical conditions.

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Zusammenfassung Ein 1-D-zeitabhängiges numerisches Modell einer Cumulonimbuswolke wird für eine Sensitivitätsanalyse der Modellergebnisse nach dynamischen Parametern herangezogen. Im Modell werden Prozesse des horizontalen Entrainments und der erzwungenen Hebung durch die Wolkenbasis sowie Wasser in sechs Erscheinungsformen beachtet: Wasserdampf, Wolkenwasser, Wolkeneis, Regen, Schnee und Hagel. Atmosphärische Sondierungen von heftigen Sturmsituationen werden als Anfangs- und Randbedingungen verwendet.Die maximalen Modellwerte der Vertikalgeschwindigkeit, des Wolken- und Regenwassers und des Eismischungsverhältnisses, des Temperaturüberschusses, der Höhe der Wolkenobergrenze und der Radarreflektivität werden stark von den Entrainmentparametern und der Amplitude der ursprünglichen wie der erzwungenen Vertikalgeschwindigkeit beeinflußt. Am sichtbarsten ist der Einfluß der erzwungenen Vertikalgeschwindigkeit auf den Eisgehalt.Die Modellwerte stimmen gut mit Beobachtungen für einen Fall mit ausgesuchten dynamischen Bedingungen überein.

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With 7 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     

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     

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     

Jet streams,thunderstorms, and Project Skyfire

Summary More than 70% of forest fires in the northwestern United States are caused by lightening. The Project Skyfire is an attempt to learn more about the atmospheric conditions leading to thunderstorms in this area and to investigate the possibilities of an artificial influence on their development by cloud seeding. The experiences gained with the training of amateur observers as well as the first scientific results of the project are briefly discussed. During the first year of observations, for instance, there was found to exist an intimate relationship between a certain type of fast moving thunderstorms and the intensity and position of the jet stream. Finally, the great economical value of researches in the field of applied meteorology is stressed.

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Zusammenfassung Über 70% der Waldbrände im Nordwesten der Vereinigten Staaten werden durch Blitze entzündet. Das Project Skyfire hat es sich zum Ziel gesetzt, die atmosphärischen Bedingungen, welche zur Bildung von Gewittern in diesem Gebiet führen, zu untersuchen und die Möglichkeiten einer künstlichen Beeinflussung durch seeding zu erforschen. Die gesammelten Erfahrungen mit der Schulung von Amateur-Beobachtern, sowie die bisherigen wissenschaftlichen Ergebnisse werden kurz diskutiert. Schon im ersten Jahr der Beobachtungen ergaben sich interessante Zusammenhänge zwischen einer bestimmten Art von rasch ziehenden Gewittern und dem Jet-Stream. Schließlich wird auf den weitreichenden wirtschaftlichen Nutzen großzügiger Forschungen auf dem Gebiet der angewandten Meteorologie hingewiesen.

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Résumé Plus de 70% des incendies de forêts dans le Nord-Ouest des Etats-Unis sont dûs à la foudre. Le «Project Skyfire» a pour but d'étudier les conditions atmosphériques conduisant dans ces régions à la formation d'orages ainsi que les possibilités d'agir sur cette formation au moyen d'inséminations artificielles. On discute brièvement les expériences faites en instruisant des observateurs amateurs ainsi que les résultats scientifiques. Dès la première année de recherches, on a constaté d'intéressantes relations entre un certain type d'orages rapides et le jet stream. Enfin on attire l'attention sur le grand intérêt économique d'études étendues dans le domaine de la métérologie appliquée.

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With 7 Figures.

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The Munitalp Foundation, Inc.     

Preliminary aspects of rainfall rates in the north east of Spain

Summary A series of charts of rainfall rates recorded by means of a Jardí pluviograph in Barcelona, Spain, and covering a period of 20 years have been digitised. The time intervals of exceedance of certain pre-set rainfall rate thresholds were computed and expressed in percentages of the whole 20-year period. The average worst month period and the absolute worst month were defined and computed. Results are found to agree well with those obtained elsewhere in Southern Europe; they are also compared with some published results for Kew. Frequency-distribution of rates as well as time of occurrence are presented. Rainfall amounts pertaining to several rainfall rate categories have been analysed in order to obtain the ratio of convective to total rainfall amount. Comparison of this ratio with results of some other authors is inconclusive.

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Zusammenfassung Eine Anzahl von Tabellen über Niederschlagsraten, die in Barcelona (Spanien) durch einen Jardí Niederschlagsmesser über eine Zeitspanne von 20 Jahren aufgezeichnet wurden, werden bearbeitet. Die Andauer von gewissen festliegenden Niederschlagsraten wurde berechnet und in Prozenten von der gesamten 20jährigen Zeitspanne ausgedrückt. Die durchschnittliche Dauer im schlechtesten Monat, sowie der absolut schlechteste Monat werden definiert und berechnet. Die Ergebnisse stimmen im allgemeinen mit solchen anderer südeuropäischer Gebiete überein; sie werden mit schon veröffentlichten Ergebnissen aus Kew verglichen. Häufigkeits- als auch Verteilungsraten sowie die Eintrittszeit der Ereignisse werden angegeben. Die Niederschlagsmengen, die jeweils zu verschiedenen Niederschlagsraten gehören, wurden analysiert, um das Verhältnis des konvektiven zum gesamten Niederschlag zu ermitteln. Ein Vergleich dieses Verhältnisses mit den Ergebnissen anderer Autoren sind noch nicht abgeschlossen.

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With 7 Figures     

The physics of natural precipitation processes

Summary A critical survey is given of the physical processes responsible for the release of precipitation such as drizzle, rain, snow, and hail in middle and low latitudes. By suitable analyses of long series of airplane observations of characteristic states in layer and shower clouds indications are derived for the type of the efficient physical processes. Investigations carried out at the Imperial College during the last years are discussed in a brief report: studies on the growth of precipitation elements in cloud models and theoretical conditions for the formation of showers are compared with both visual and radar observations.

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Zusammenfassung Die physikalischen Vorgänge, welche für die Auslösung von Nieseln, Regen, Schnee und Hagel in mittleren und niedrigen Breiten der Erde in Frage kommen, werden einer zusammenfassenden Prüfung unterzogen. Mit Hilfe geeigneter Analysen langer Serien von Flugzeugbeobachtungen der charakteristischen Zustände in Schicht- und in Schauerwolken werden Hinweise auf die Art der wirksamen physikalischen Prozesse abgeleitet. In einem kurzen Bericht werden die in den letzten Jahren am Imperial College durchgeführten Arbeiten besprochen: Studien über das Wachstum der Niederschlagselemente in Modell-Wolken und die theoretischen Bedingungen für die Entstehung von Schauern werden mit visuellen und Radar-Beobachtungen verglichen.

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Résumé Etude critique des processus physiques responsables de la formation de la bruine, de la pluie, de la neige et de la grêle aux latitudes moyennes et basses. Des analyses de longues séries d'observations faites en avion des états caractéristiques au sein de nuages strafiés ou cumuliformes permettent de donner des indications sur la nature des phénomènes physiques déterminants. Court aperçu de travaux récents effectués à l'Imperial College: des recherches sur la croissance des germes de précipitations dans les nuages de laboratoire et les bases théoriques de la formation des averses sont comparées aux observations visuelles et par radar.

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With 11 Figures.     

Der Wirkungszuwachs in statistischer Betrachtung

Zusammenfassung In der statistischen Meteorologie sind Häufigkeitsbetractungen von besonderer Bedeutung; hierfür nimmt man gewöhnlich arithmetische Merkmalskalen. Die Einführung logarithmischer Merkmalskalen beispielsweise für Sicht und Niederschlag ist als notwendig erwiesen worden. Am Beispiel von Niederschlagswahrscheinlichkeiten für Mitteleuropa werden die verschiedenen Möglichkeiten einer Darstellung vorgeführt.Die besonderen Eigentümlichkeiten der Prozesse, die sich durch arithmetische Merkmalskalen darstellen lassen, werden klargelegt; sie werden alsfremdbürtige meteorologische Prozesse bezeichnet. Im Gegensatz dazu stehen dieeigenbürtigen meteorologischen Prozesse, die logarithmische Merkmalskalen erfordern.Das Wachstumsgesetz der eigenbürtigen meteorologischen Prozesse wird abgeleitet, das in Analogie steht zu gleichen Prozessen in anderen Zweigen der Naturwissenschaft. Es liegt nicht im Belieben des einzelnen, sondern ist eine zwangsläufige Folge der Unterschiedlichkeit zwischen eigenbürtigen und fremdbürtigen Prozessen, ob für eine Häufigkeitsverteilung eine arithmetische oder eine logarithmische Merkmalskala zu benutzen ist.

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Summary In statistical meteorology calculations of frequencies are particularly important; usually arithmetic scales of characteristics are applied to them. Introduction of logarithmic scales, e. g. for visibility and precipitation, has proved necessary through. By the example of probabilities of precipitation in Central Europe the different ways for representing such probabilities are outlined. Peculiarities of processes which can be represented by arithmetic scales are made clear; such processes are called non-autochthonic ones, whereas autochthonic meteorological processes require logarithmic scales of characteristics. The law of growth of autochthonic meteorological processes is derived being analogous to equal processes in other branches of natural science. It is not all the same, but depends necessarily on the difference between autochthonic and non-autochthonic processes, whether an arithmetic or a logarithmic scale is to be applied to frequency distributions.

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Résumé Les calculs de fréquences jouent un rôle important en statistique météorologique où l'on emploie le plus souvent des coordonnées linéaires. Or il est prouvé que l'emploi de coordonnées logarithmiques est nécessaire, par exemple, pour l'étude de la visibilité et des précipitations. On présente ici les différentes possibilités de représentation de probabilités de pluie pour l'Europe centrale.On expose les particularités de processus pouvant se représenter à l'aide d'échelles arithmétiques et on les désigne comme processus paramétéorologiques auxquels s'opposent les processus proprement météorologiques exigeant l'emploi d'échelles logarithmiques.On établit la loi de croissance des processus proprement météorologiques, laquelle présente une analogie avec celle des processus d'autres branches des sicences naturelles. Le choix entre les coordonnées linéaires ou logarithmiques pour l'étude des distributions de fréquences ne dépend pas des préférences personnelles, mais est nécessairement dicté par la distinction ici justifiée.

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Mit 4 Textabbildungen.     

On bioclimatological aspects of Harmattan dust haze in Nigeria

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

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Über bioklimatische Aspekte des Hannattan-Staubdunstes in Nigeria

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

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With 6 Figures     

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     

Precipitation effects of hail suppression in Serbia

Summary Daily precipitation amounts ofconvective days, for some 20 May–September seasons (covering periods both before and after activation of the hail suppression), were analysed for 3 stations in the protected and 4 in the unprotected area. A tentative conclusions derived from this study is that precipitation at the protected stations in the period of suppression changed from the preceding period in a way which cannot be explained by similar changes at the unprotected stations. This change is attributed to the inadvertent hail suppression effect. The point estimate of the change is an increase of 23% (on convective days). At the 95% confidence level the estimate shows an increase in the interval (8%, 40%). A rough estimate of theseasonal increase for the protected area is about 30 mm.

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Zusammenfassung Die Tagesniederschlagsmengenkonvektiver Tage wurden über einen Zeitraum von etwa 20 Jahren (jeweils Mai bis September), wobei dies sowohl die Zeit vor als auch nach Einführung der Hagelabwehr beinhaltet, an drei Stationen im Abwehrgebiet und an vier außerhalb gelegenen analysiert. Das vorläufige Ergebnis der Studie zeigt Veränderungen der Niederschläge in geschützten Gebieten im Vergleich zur vorhergehenden Periode, die an den Vergleichsstationen nicht aufzufinden sind.Diese Veränderungen werden unbeabsichtigten Nebenwirkungen der Hagelunterdrückung zugeschrieben. Punktuelle Schätzungen ergaben eine Niederschlagszunahme von 23% (an Konvektivtagen). Im 95% Konfidenzintervall zeigten sie einen Anstieg im Bereich zwischen 8% bis 40%. Eine ungefähre Schätzung derjahreszeitlichen Niederschlagsmengen ergibt einen Zuwachs von etwa 30 mm.

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With 6 Figures