Über einige Einflüsse orographischer Hindernisse auf die Luftbewegung

Zusammenfassung Die Entwicklung des Wetters wird von verschiedenartigen orographischen Hindernissen wesentlich beeinflußt. Diesen Hindernissen haben gewisse charakteristische Winde, wie der Föhn und die Bora, ihre Entstehung zu verdanken, oder aber es entwickeln sich an verschiedenen Stellen regelrechte Kaltluftseen. Die Geländehindernisse verursachen oft eine Anhäufung oder Beschleunigung der Luft, was einen entscheidenden Einfluß auf die Wetterentwicklung haben kann.Aufgabe dieser Abhandlung ist es, auf einige Vorgänge aufmerksam zu machen, die mit der Strömung der Luft über orographische Hindernisse in Zusammenhang stehen.

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Summary Development of weather is essentially influenced by various orographic obstacles. Certain characteristic winds, as foehn and bora, originate from such obstacles. In other cases, real lakes of cold air are formed. Natural obstacles frequently cause accumulation or acceleration of air whereby a decisive influence may be exerted on the development of weather. It is the aim of this paper to draw attention to some processes associated with air currents over orographic obstacles.

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Résumé Les obstacles orographiques les plus variés peuvent exercer une influence sur l'allure du temps et c'est à eux que certains vents caractéristiques tels que le foehn et la bora doivent leur existence; d'autres permettent la formation de lacs d'air froid. Les obstacles naturels produisant souvent une accumulation d'air oune accélération de vent ont de ce fait une répercussion sur l'évolution du temps. L'objet de cette étude est d'attirer l'attention sur quelques phénomènes en relation avec l'écoulement de l'air au-dessus d'obstacles orographiques.

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Mit 5 Textabbildungen.     

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     

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     

Über die Vertikalverteilung von Windgeschwindigkeit und Schwerestabilität in Freistrahlbewegungen der oberen Troposphäre

Zusammenfassung Aerologische Beobachtungen aus Nordamerika zeigen, daß die Luftströmung in der oberen Troposphäre öfters aus mehreren Stromfäden besteht, die der Windrichtung parallel und durch Gürtel schwächerer Luftbewegung voneinander getrennt sind und sich langsam in der Stromrichtung verschieben. Besonders in der wärmeren Jahreszeit scheint diese faserige Struktur der horizontalen Windverteilung nicht selten von einer auffallendenvertikalen Verstärkung der Bewegungsgröße in einer verhältnismäßig dünnen Schicht im Niveau von 200 mb bis 300 mb begleitet zu sein, während unterhalb 400 bis 500 mb und oberhalb 150 mb schwache Winde vorherrschen.Um diese Verteilung zu erklären, wurde angenommen, daß jede stabil geschichtete Strömung von gegebenem Massentransport unter dem Einfluß von Reibungskräften zwar Änderungen in der vertikalen Verteilung von Windgeschwindigkeit und Schwerestabilität erfahren muß, aber asymptotisch einem Zustand zustrebt, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der mit dem vorgegebenen, konstanten Massentransport verbundene Transport von Bewegungsgröße, bezogen auf die Zeiteinheit und den Strömungsquerschnitt, einen Minimalwert annimmt. Die zugehörige vertikale Struktur der Strömung läßt sich ziemlich einfach berechnen, wenn man die Annahme macht, daß die Bewegungsgrößen der geschichteten Strömung auch dann ausgetauscht werden können, wenn die einzelnen Schichten ungemischt bleiben und mithin ihre potentielle Temperatur beibehalten. Diese Annahme kann auch so ausgedrückt werden, daß in einer stabil geschichteten Strömung die Austauschgröße für Bewegungsgröße jedenfalls eine ganze Größenordnung höher sein muß als die betreffende, auf Wärme bezogene Größe. Bei der Berechnung des oben definierten asymptotischen Endzustandes wurde weiterhin angenommen, daß die Trägheitsstabilität der umgebenden Atmosphäre eine seitliche Ausbreitung des Stromes verhindert.Geschichtete Strömungen, die sich diesem asymptotischen Zustand anpassen, erfahren normalerweise eine vertikale Schrumpfung und mithin auch eine Zunahme der Windgeschwindigkeit in der Mitte des Stromes. Diese Beschleunigung muß offenbar mit einem Druckgefälle in der Bewegungsrichtung verbunden sein; in dieser Weise ausgebildete Ströme müssen somit wahrscheinlich nicht-stationär sein und nur begrenzte Ausdehnung haben. Die während der hier beschriebenen Entwicklung abgegebenen Bewegungsgrößen müssen in der Umgebung des Stromes zur Ausbildung von Mitführströmen (Entrainment Currents) Anlaß geben; es müssen mithin die angrenzenden Luftmassen mitgerissen werden.

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Summary North American aerological data indicate that the wind distribution at the 200 and 300 mb levels often is characterized by the presence of elongated, slowly progressive and nearly parallel streaks of high wind separated from each other by belts of much weaker air motion. Particularly during the warmer part of the year this horizontal concentration of the momentum into a streaky pattern appears to be accompanied by an equally striking vertical concentration of momentum to the 200 or 300 mb level, with feeble winds prevailing above 150 mb and below 400 or 500 mb.As a tentative explanation for this behavior of the winds near the tropopause level it is suggested that stratified currents of prescribed volume transport, through frictional losses to the environment, seek to assume that particular distribution of wind velocity with height which corresponds to a minimum value of the momentum transfer per unit time across a vertical section through the current. On the assumption that momentum can be given off without destruction of the identity of the individual strata within the current it is possible to derive a basic relationship between the vertical gradient of wind velocity and of potential temperature in a current satisfying this minimum requirement.Stratified currents approaching this limiting state will normally pick up speed in the center and shrink in depth. This increase of wind speed in the center of the jet requires a pressure drop in the direction of the motion, indicating that local jets formed by this process must be of limited geographic extent and pressumably also of a transient character.The downstream decrease in the momentum transfer must be accompanied by the establishment of entrainment currents in the environment.

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Résumé Des observations aérologiques en Amérique du Nord montrent que les courants aériens de la haute troposphère s'arrangent souvent en longs filets ou tubes distincts, parallèles, séparés par des espaces de moindre mouvement et qui se déplacent lentement dans le sens du courant général. Dans la saison chaude en particulier cette concentration de la quantité de mouvement en bandes horizontales relativement étroites semble être accompagnée d'une concentration analogue de la quantité de mouvement dans la verticale, au niveau de 200 à 300 mb, alors qu'au-dessus de 150 mb et au-dessous de 400 à 500 mb les vents sont faibles. Pour l'explication du phénomène on a admis que chaque courant de débit donné présentant une stratification stable doit tendre par frottement vers un état particulier de la distribution du vent selon l'altitude qui correspond à une valeur minimum de la quantité de mouvement par unité de temps dans une section verticale du dit courant. On peut calculer assez facilement une telle structure verticale en admettant que les quantités de mouvement du courant stratifié peuvent être échangées même lorsque les couches individuelles ne se mélangent pas et conservent par conséquent leur température potentielle. On peut encore exprimer cette condition en disant que dans un courant à stratification stable l'ordre de grandeur de l'échange turbulent des quantités de mouvement est plus élevé d'une dimension que celui qui se rapporte aux échanges de chaleur. Pour le calcul de l'état final asymptotique vers lequel tend le courant, on a en outre admis que l'inertie de l'atmosphère environnante s'oppose à une extension latérale du courant. Des flux stratifiés qui tendent vers cet état asymptotique subissent normalement un affaissement vertical et par conséquent une augmentation de vitesse en leur centre. Cette accélération centrale doit être évidemment liée à un gradient de pression dans la direction du mouvement, de sorte que de tels courants ne peuvent être stationnaires et n'interessent qu'un domaine limité. Pendant l'évolution décrite, les quantités de mouvement cédées doivent provoquer dans le milieu environnant des courants d'entraînement par lesquels les masses voisines sont entraînées.

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Mit 6 Textabbildungen.     

Valley winds and slope winds — Observations and elementary thoughts

Summary This paper presents a state-of-the-art account of valley wind research, with a bias towards a typical large Alpine valley and towards weak-gradient synoptic conditions. At the center of our attention is the quasiperiodic thermal forcing mechanism which drives the local wind system, in particular the role of slope winds and of topographic relief.Slope winds are at the small-scale end of a whole spectrum of thermally direct circulations which act to transmit the sensible heat input along the slopes to the valley atmosphere via compensating vertical motions. We surmise that the dynamics of slope winds, which react instantly to changes of the insolation or radiation balance, is characterized by local, instantaneous equilibria, rather than by conventional entrainment and boundary layer concepts.As described by Steinacker, the area-height distribution of a valley segment is a fundamental geometric factor which affords a quantitative measure of the slope area available for heat exchange, and of the air volume which must be heated or cooled. Using this concept, one can easily explain why the daily range of the valley mean temperature is, on average, more than twice as large as that of the atmosphere over the adjacent plain. This horizontal temperature contrast between plain and valley, reversing sign twice daily, builds up a corresponding pressure contrast hydrostatically, thereby causing up- and downvalley winds.

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Berg- und Tal- bzw. Hangwinde — Beobachtungen und grundsätzliche Überlegungen

Zusammenfassung Wir berichten über den aktuellen Stand der Talwindforschung mit besonderer Betonung der Verhältnisse in den Alpen und vorzugsweise gradientschwache Wetterlagen betreffend. Einen Schwerpunkt unserer Darstellung bilden die quasiperiodischen thermischen Antriebskräfte der lokalen Windsysteme, vor allem die Rolle der Hangwinde und des Reliefs.Am kleinräumigen Ende eines Spektrums thermisch getriebener direkter Zirkulationsformen stehen die Hangwinde. Sie vermitteln der Talatmosphäre die an den Hängen umgesetzte fühlbare Wärme mittels kompensierender vertikaler Strömungen. Es wird vermutet, daß die Dynamik der Hangwinde eher durch lokale und spontane Gleichgewichtszustände beschrieben werden kann als durch die üblichen Entrainment- und Grenzschichtkonzepte.Steinacker hat gezeigt, daß die Flächen-Höhen-Verteilung von Talabschnitten ein quantitatives Maß der für die Wärmeumsätze zur Verfügung stehenden Hangflächen liefert, und gleichzeitig der abzukühlenden oder zu erwärmenden Luftvolumina. Die in einem Tal im Vergleich zum Vorland mehr als doppelt so große Tagesschwankung der vertikalen Mitteltemperatur kann damit leicht erklärt werden. Dieser horizontale Temperaturunterschied zwischen Ebene und Gebirge mit seinem täglich zweimaligen Vorzeichenwechsel baut hydrostatisch die entsprechenden Druckunterschiede auf, welche die Talein- und Talauswinde antreiben.

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With 14 Figures     

Rapid evolution of a jet streak circulation in a pre-convective environment

Summary An analysis of upper- and lower-tropospheric jet streaks and their associated vertical circulations prior to and during the Red River Valley severe weather outbreak of 10 April 1979 is presented utilizing the three-hourly SESAME data sets. The paper emphasizes the transformation of a transverse indirect circulation within the exit region of an upper-level jet streak (ULJ) in which the cross-contour components of the upper-level ageostrophic flow diminish in magnitude and reverse direction as the circulation's ascending branch shifts from the cyclonic-shear side to a position along the axis of the ULJ. The change in character of the vertical circulation over a 3- to 6h period appears to be related to the increasing cyclonic curvature associated with the propagation and amplification of a short-wavelength trough embedded within cyclonic flow.A low-level jet (LLJ) forms initially within the lower branch of the indirect circulation across Texas and later intensifies, in large part, as a response to a propagating and amplifying short-wavelength trough. However, the lack of a corresponding increase of upperlevel mass divergence during this period points to the possibility also influence the low-level Montgomery streamfunction (_m) tendencies that are a significant contributor to the forcing for the LLJ. The three-hourly data also indicate that differential advections associated with jet streak circulations and boundary layer heating can change markedly over very short periods of time and act to destabilize convectively relatively small regions immediately prior to convective outbreaks. The premise that pre-convective environments evolve over a synoptic time- and space-scale (while only the release of the convective instability occurs on the mesoscale) may, therefore, not be correct.

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Die schnelle Entwicklung einer Jetstreak-Zirkulation unter vorkonvektiven Bedingungen

Zusammenfassung Es wird eine Analyse von Jetstreaks der höheren und unteren Troposphäre und die damit verbundenen vertikalen Zirkulationen vor und während des Unwetters beim Red River Valley vom 10. April 1979 mit Hilfe der dreistündlichen SESAME-Daten vorgestellt. Die Arbeit betont die Transformation der Normalkomponente der indirekten Zirkulation im Endbereich eines Jetstreaks im oberen Niveau (ULJ). Hier verringert sich diese Komponente der ageostrophischen Strömung und kehrt ihre Richtung um, wobei der aufsteigende Ast sich von der Seite der zyklonalen Scherung auf eine Position bei der Achse des ULJ verschiebt. Diese änderung der vertikalen Zirkulation in 3 bis 6 Stunden scheint mit der vermehrten zyklonalen Krümmung, die mit dem Fortschreiten und der Verstärkung eines kurzwelligen in die zyklonale Strömung eingebetteten Troges verbunden ist, einherzugehen.Ein Jetstream im unteren Niveau (LLJ) entsteht zuerst im unteren Ast der indirekten Zirkulation über Texas und verstärkt sich später großteils aufgrund der Veränderung des kurzwelligen Troges. Das Fehlen einer entsprechenden Massendivergenz im oberen Niveau deutet jedenfalls darauf hin, daß Prozesse in der planetaren Grenzschicht (PBL) ebenfalls die Änderungen in der Montgomery Stromfunktion (_m) beeinflussen, die einen wichtigen Beitrag für den Antrieb des LLJ darstellen. Die dreistündlichen Daten weisen ebenfalls darauf hin, daß unterschiedliche Advektionen, die mit Jetstreak-Zirkulationen verbunden sind und die Erwärmung in der Grenzschicht sich in kurzer Zeit deutlich ändern und unmittelbar vor konvektiven Ausbrüchen relativ kleine Gebiete destabilisieren können. Daher mag die Annahme, daß sich vorkonvektive Bedingungen in einem synoptischen Zeit-und Raumscale entwickeln (während nur das Freiwerden der konvektiven Instabilität im Mesoscale auftritt) nicht richtig sein.

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With 18 Figures     

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     

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     

A numerical integration of a two-level quasi-geostrophic model with variable Rossby parameter

Summary Circulation patterns were obtained from a two-level quasi-geostrophic model, in which the Rossby parameter varied with latitude. The initial basic state was characterized by a constant zonal flow at both reference level. The results we re compared with the pattern obtained in a series of experiments with a similar model, in which the Rossby parameter was assumed to be constant. the initial zonal flow in these experiments was assumed in one case to be constant with latitude, in the second casse to have a symmetrical jet centered on the central latitude, and in the thrid case to have its maximum in the southern half of the region. the results of the experiment with a variable Rossby parameter have the closest resemblance to the patterns observed in the real atmospehre. In particular, during the mature stages of the run, the distribution of the zonallyaveraged eddytransport of momentum corresponded quite well to patterns actually observed in the atmosphere.

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Zusammenfassung Aus einem quasi-geostrophischen Modell mit breitenabhängigem rossby-Parameter wurden Zirkulationsformen errechnet. Der Anfangszustand war durc eine konstante zonale Strömung in zwei Niveaus charakteriseirt. Die Resultate wurden mit Zirkulationen verglichen, die in einer Reihe von Experimenten mit einem ähnlichen Modell, in dem aber der Rossby-Parameter konstant angenommen war, erhalten worden waren. In einemk dieser Fälle wurde angenommen, daß die ursprüngliche zonale Strömung breitenunabhängig war, in einem anderen fall wurde angenommen, daß die Strömung in einem symmetrischen Jetstream über eine mittleren Breite konzentriert war, und in einem dritten Fall wurden angenommen, daß die zonale Strömung ihr Maximum in der südlichen Hälfte des Bereiches hatte. Die Resultate des Experiments mit dem veränderlichen Rossby-Parameter haben die meiste Ähnlichkeit mit Zirkulationsformen in der wirklichen Atmosphäre. Insbesondere paßt die Verteilung des zonal gemittelten Momentumtransports in den Reifestadien des Versuchs gut zu den tatsächlich in der Atmosphäre beobachteten Zirkulationsformen.

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Résumé On a calculé les formes de circulation découlant d'un modèle quasigéostrophique dont le paramètres de Rossby dépendaient de la latitude. L'état initial en était caractérisé par un courant zonal constant aux deux niveaux. Lels résultats ont été comparés à ceux d'une série d'essais effectués avec un modèle semblable, mais dans lequel les paramètres de Rossby restaient constants. Dans un de ces cas, on a admis que la circulation zonale initiale ne dépendait pas de la latitude. Dans un deuxième, on a simulé un jet symétriquement à une latitude moyenne. Dans un troisième enfin, on a placè le maximum de la circulation zonale dans la moitié sud de l'espace étudié. Les résultats obtenus en partant des essais basés sur un paramètre de Rossby variable sont les plus semblables aux formes de circulation observées réellement dans l'atmosphère. En particulier, la répartition du transport turbulent de la quantité de mouvement — moyenne zonale calculée au stade de maturité de l'essai — est très voisine des formes de circulation observées réellement dans l'atmosphère.

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With 9 Figures

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The research reported in this document has been sponsored by the Air Force Cambridge Research Laboratories under Grant AF EOAR 63-108 through the European Office of Aerospace Reasearch (OAR), United States Air Force.     

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

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

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

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

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

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With 12 Figures     

La Tramontane et le Mestral de la Côte Catalane

Résumé Pendant la moitié froide de l'année, le grand courant atmosphérique qui la plupart des jours se dirige du Golfe de Biscaye vers la Méditerranée est divisé près du sol en deux branches par les Pyrenées et par la dépression intérieure catalane, alors très froide, de sorte que dequis Blanes jusqu'à Vilanova on ne trouve généralement que des vents locaus. L'une de ces branches, après avoir parcouru le midi de la France jusqu'au Roussillon, pénètre en Catalogne en sautant sur les Albères sous la forme de vent du NNW (tramontane); l'autre suit le bassin de l'Èbre et débouche en mer comme un vent du NW (mestral). Ces deux vents deviennent parfois très violents en Ampourdan et au SE de la Serra de Balaguer, où ils constituent alors des cataractes furieuses d'air sec qui se précipitent vers la mer et qui sont dangereuses pour les petits bateaux pêcheurs et pénibles pour l'aviation. Leur violence, leur siccité et les nuages orographiques qu'ils produisent, font ranger ces deux vents parmi les phénomènes côtiers les plus notables.

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Summary During the cold months, the great atmospheric current which most of the time goes from the Gulf of Biscay to the Mediterranean sea is divided in its lower layers in two branches by the Pyrenees and the central Catalonian depression, which in this season is very cold. Therefore the zone between Blanes and Vilanova is a protected one, with local winds only. One of the current branches runs over the souther parts of France until the Roussillon, and leaping over the frontier mountains of the Alberes enters in Catalonia as a NNW wind (tramontana). The other branch runs over the Ebro depression and reaches the Mediterranean as a NW wind (mestral). Frequently these two winds become furious at the Ampourdan and at the leeward of the Serra de Balaguer, where they fall down to the sea as cataracts of dry air, violent enough to be dangerous for the fishing boats and troublesome for the aircraft. Their violence, their dryness and the orographic clouds that they produce, place these winds amongst the most conspicuous coastal phenomena.

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Zusammenfassung Während der kalten Jahreshälte wird die große Luftströmung, die an der Mehrzahl der Tage vom Golf von Biskaya gegen das Mittelmeer weht, durch die Pyrenäen und die zu dieser Zeit sehr kalte innerkatalanische Senke in zwei Arme geteilt, während von Blanes bis Vilanova im allgemeinen nur lokale Winde auftreten. Der eine dieser Arme durchströmt Südfrankreich bis ins Roussillon, überschreitet die östlichen Pyrenäenausläufer (Alberes) und dringt als NNW-Wind in Katalonien ein (Tramontana); der andere folgt dem Ebrobecken und mündet als NW-Wind auf das Meer (Mestral). Beide Winde werden manchmal sehr heftig, der erste im Ampurdan (der nordöstlichen Ecke Kataloniens), der zweite südöstlich der Serra de Balaguer (nordöstlich Tortosa), wo sie einen wilden Katarakt trockener Luft bilden, der sich auf das Meer hinabstürzt und für die kleinen Fischerboote gefährlich und für die Aviatik beschwerlich ist. Durch ihre Heftigkeit, ihre Trockenheit und die von ihnen gebildeten Hinderniswolken gehören diese Winde zu den bemerkenswertesten Küstenerscheinungen.

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Avec 7 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     

Simple models of the valley-plain circulation Part II: Flow resolving model

Summary In extension of the work presented in the first part of this paper a simple two-level grid point model for valley-plain flow is described where basic horizontal flow structures can be resolved. Except for the increased horizontal resolution this flow resolving model (FR-model) bears strong resemblance to the MR-model discussed in the first part.The FR-model is mainly used to study the profiles of wind and temperature along the valley axis. To better understand the valley flows in the FR-model the linear theory of forced flow in infinitely wide valleys is presented. This theory predicts a characteristic length of decay of the response with distance to the valley mouth for steady-state flow. If the forcing has a diurnal cycle the response shows the characteristics of damped wave motion. At the mouth there is a jump of the temperature.It is shown that the valley flow in the FR-model can be understood qualitatively on the basis of the linear theory. It is demonstrated that the FR-model is capable of reproducing the gross characteristics of observed flows near the mouth of valleys.

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Einfache Modelle der Ausgleichströmung zwischen Gebirgstälern und dem Vorland. Teil II: Model mit Strömungsstrukturen

Zusammenfassung In Fortführung der Modellentwicklung, wie sie im ersten Teil dieser Arbeit vorgetragen wurde, wird ein Gitterpunktmodell mit zwei Schichten in der Vertikalen (FR-Modell) für die Ausgleichströmung zwischen Ebene und Vorland vorgestellt, das horizontale Strömungsstrukturen wesentlich besser aufzulösen gestattet, als dies im MR-Modell von Teil I möglich war. Mit Ausnahme der Auflösung in der Horizontalen stimmen beide Modelle ansonsten fast exakt überein.Das FR-Modell wird hauptsächlich zum Studium der Strömungs- und Temperaturprofile am Talausgang und im Tal benutzt. Die Modellresultate werden mit den Aussagen einer linearen Theoric für ein sehr breites Tal verglichen. Es ergibt sich eine gute qualitative Übereinstimmung. Insbesondere findet man für stationäre Talwinde in Modell und Theorie eine Übergangszone am Talausgang mit starken Temperaturgradienten und einer exponentiellen Abnahme der Windintensität ins Tal hinein. Hat der Antrieb einen Tagesgang, so reagiert das Windsystem mit einer Verzögerung und dem exponentiellen Abfall überlagert sich eine Wellenbewegung.Das FR-Modell ist in der Lage, den nächtlichen Strahlstrom, wie er an Talausgängen beobachtet wird, in Grundzügen nachzubilden.

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With 12 Figures     

Über die Windverstärkung an Gebirgszügen

Zusammenfassung Der in Richtung von Nordosten gegen Südwesten mit etwa 400 m relativer Höhe zwischen den nordwestlichen Ausläufern der Ungarischen Tiefebene und dem Marchfeld, (Niederösterreich) sich hinziehende schmale Gebirgszug der Kleinen Karpaten bewirkt eine beträchtliche Verstärkung der quer über den Gebirgskamm wehenden Winde auf der jeweiligen Leeseite. Dies zeigt sich deutlich an den aus den Windstärken 6 Beaufort abgeleiteten Sturmwindrosen, aus denen ersichtlich ist, daß auf beiden Seiten des Gebirges die Stürme fast ausschließlich vom Gebirge her wehen und so ein Bild bieten, als ob das Gebirge die Sturmquelle darstellte. Der Vergleich mit Windbeobachtungen von knapp am Gebirge liegenden Stationen und von weiter entfernten Beobachtungsorten zeigt, daß die Windverstärkung nur in einem verhältnismäßig schmalen Streifen im Lee auftritt, dort aber häufig eine Verstärkung einer verhältnismäßig schwachen Allgemeinströmung bis über Sturmstärke bewirkt. Während die NW-Stürme zu allen Jahreszeiten häufig und im Frühling am häufigsten vorkommen, sind die SE-Stürme im Sommer sehr selten. An mehreren charakteristischen Beispielen von Windregistrierungen mit Böenschreibern wird die Struktur dieser Stürme erläutert. Neben der Windverstärkung im Lee tritt dort auch eine sehr große Böigkeit auf. Luftdruckregistrierungen zeigen, daß jeweils im Lee der Luftdruck um 3,5 bis 5 mb zu niedrig ist, was dem nach der Leewellentheorie geforderten Wert entspricht. Während die NW-Stürme fast durchwegs von Kaltlufteinbrüchen begleitet sind, bringen die SE-Stürme häufig Erwärmung. Der Erscheinung der fallwindartigen Verstärkung der Winde im Lee kommt allgemeine Bedeutung zu.

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Summary The narrow mountain range of the Small Carpathians extending at a relative height of 400 m from north-east to south-west between the outer regions of the Hungarian plain and the March field causes the winds blowing across it to increase considerably in force on the lee-sides of the range. This becomes obvious by the stormwind-roses based on wind-forces 6 Beaufort from which can be seen that, on either side of the range, the storms come nearly without exception from the direction of the mountains thereby giving the impression as if the mountains were the origin of the storms. Comparison of wind observations at stations both in the vicinity and at a greater distance from the mountains shows that the increase of wind-force takes place on the lee-side within a narrow band only. There, however, a relatively weak general air current often will be increased above storm intensity. Whereas NW-storms are frequent at all times of the year, with a maximum in spring, SE-storms are rare in summer. The structure of these storms is discussed on base of characteristic anemographic records. The lee-side increase of wind-force is usually accompanied by very high turbulence. Pressure records show at the same time a deficiency of air pressure on the lee-sides amounting to 3,5 to 5 mb, which would be in accordance with the value claimed by the theory of lea-waves. Since NW-storms are generally accompanied by an invasion of cold air, SE-storms bring frequently a rise of temperature. The lee-side increase of the force of descending winds appears to be of general importance.

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Résumé La chaîne étroite des Petites Carpathes orientée du Nord-Est au Sud-Ouest entre les dernières plaines hongroises et le champ de la March, à un altitude relative de 400 m environ, provoque une augmentation notable de la vitesse du vent soufflant normalement à la chaîne sur le versant sous le vent. Ce fait apparaît nettement à l'examen de la rose des vents tempêtueux (plus de 6 Beaufort): sur les deux versants les tempêtes viennent de la montagne, laquelle semble ainsi en être l'origine. En comparant les observations anémométriques des stations voisines des versants et éloignées de ceux-ci, on constate que l'accroissement de vent n'apparaît que dans une bande assez étroite sous le vent du versant, mais que cet accroissement d'un courant relativement faible va souvent jusqu'à la tempête. Tandis que les tempêtes du Nord-Ouest sont fréquentes en toutes saisons et surtout au printemps, celles du Sud-Est sont très rares en été. On décrit la structure de ces tempêtes à l'aide d'exemples caractéristiques d'enregistreurs de grains. Outre l'augmentation de vitesse, il y a aussi une forte turbulence. Des mesures de pression montrent qu'il existe parfois sous le vent de la montagne un défaut de pression de 3,5 à 5 mb, ce qui correspond à la théorie des ondes d'obstacles. Alors que les tempêtes du Nord-Ouest sont presque toujours accompagnées d'une invasion d'air froid, celles du Sud-Est apportent souvent un réchauffement. L'accroissement de vitesse d'un vent descendant un versant présente une importance générale.

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Mit 9 Textabbildungen.     

A variational objective analysis scheme for analysis of the ALPEX data set

Summary A scheme for analysis of the ALPEX II-b data set is described. Using the calculus of variations in developing the analysis equations, considerations were consistent with requirements necessary for computing budgets for various meteorological quantities. One constraint which employs full equations of motion, reduces the momentum residual to any desired level based on selection of a weighting function. Time tendencies are assumed to be observed, while nonlinear terms can be observed or iterated. At the same time, mass continuity is completely imposed by application of a strong constraint. Approximation of terrain as a series of blocks in thex, y, p domain insures that the model terrain will block the flow to the maximum extent possible in a way consistent with the Alpine range. Comparative analyses are presented illustrating how coupling the variables increases resolution of fine scale features like fronts and jet maxima. Comparison with independently collected research aircraft data over the Mediterranean Sea also shows how the scheme can provide improved analysis even over data sparse areas. Derived vertical motion fields compare well with middle and upper level cloud patterns for a case of rapid cyclogenesis.

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Ein variierbares, objektives Analyseschema zur Analyse der ALPEX-Daten

Zusammenfassung Es wird ein Schema für die Analyse der ALPEX II-b Daten beschrieben. Zur Entwicklung der Analysengleichung wurde die Variationsrechnung verwendet. Diese Überlegungen waren vereinbar mit den Voraussetzungen, die zur Berechnung der Bilanzen verschiedener meteorologischer Größen notwendig sind. Eine Einschränkung, die vollständigen Bewegungsgleichungen betreffend, reduziert die Impulsdifferenz mit Hilfe der Auswahl einer Gewichtsfunktion auf jede gewünschte Höhe. Zeittendenzen werden als beobachtet angenommen, während nichtlineare Terme beobachtet oder iteriert sein können. Gleichzeitig ist Massenerhaltung durch Anwendung einer starken Einschränkung vollständig gegeben. Durch Annäherung des Geländes in Form von Blöcken imx, y, p-Bereich wird sichergestellt, daß das Modellgelände die Strömung im größtmöglichen Ausmaß, annähernd vergleichbar mit der Alpenkette, hemmt. Die dargestellten vergleichenden Analysen zeigen, wie die Koppelung von Variablen die Auflösung feinskaliger Merkmale wie Fronten und Windmaxima verbessert. Ein Vergleich mit unabhängig gesammelten Daten von Flügen über dem Mittelmeer zeigt ebenfalls, daß das Schema sogar über datenarmen Gebieten verbesserte Analysen ermöglicht. Abgeleitete Vertikalbewegungsfelder entsprechen gut den mittleren und höheren Wolkenmustern im Fall einer schnellen Tiefdruckentwicklung.

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With 9 Figures     

Untersuchung der atmosphärischen Trübung in Basel und ihrer Abhängigkeit von den Wetterlagen

Zusammenfassung Die Ergebnisse von Trübungsbestimmungen mit Aktinometern in Basel aus den Jahren 1958–1960 werden im Zusammenhang mit den Witterungslagen bearbeitet. Bei einem durchschnittlichen Wert vonB=0,127 ergeben sich für Föhnlagen sowie für Hochdrucklagen mittlere Werte von 0,090–0,100, für flache Druckverteilung und für Advektionslagen kontinentaler Luft solche von 0,140–0,170. Maritime Luftmassen zeigen durchwegs geringere Trübung als kontinentale, was auf einen Unterschied der mitgebrachten Trübung hinweist; daneben spielen aber auch die Unterschiede der Durchmischung eine wesentliche Rolle.Es zeigt sich, daß die Trübung sowohl von den Boden- als auch von den Höhenwinden abhängig ist. Während der Höhenwind eher indirekt als Indikator für die Witterungslagen auftritt, die unterschiedliche Bedingungen für die Trübungsanhäufung und auch für den großräumigen Trübungstransport bringen, treten die Bodenwinde als direkte Möglichkeiten des Trübungstransports in Erscheinung. Vor allem bei Abwesenheit großräumiger Luftmassenadvektion während mehrerer Tage tritt der Einfluß der Bodenwinde stark hervor. In dieser Situation können auch recht bedeutende Unterschiede innerhalb des Stadtgebietes mit Maxima im Lee der Trübungsquellen beobachtet werden, wie die Bearbeitung von Meßfahrten der Jahre 1963–1965 zeigt.

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Investigation on the atmospheric turbidity at Basle and its relations with the weather situations

Summary The results of turbidity measurements undertaken at Basle in the years 1958 to 1960 by means of actinometers are discussed in their relations with the weather situations. Whereas the overall average value isB=0.127, the mean values for foehn and for high pressure situations are between 0.090 and 0.100; for flat pressure distribution and for situations of advection of continental air they amount to 0.140–0.170. Maritime air masses generally show smaller turbidity than continental ones, what indicates differences of the turbidity advected; besides, differences of air mixing may play a considerable rôle too.It is a feature that the turbidity depends on the surface winds as well as on the uper winds. While the upper winds are a more indirect indicator of the weather situations which produce different conditions for the accumulation and for the large-scale transport of turbidity, the surface winds are more effective for the transport of turbidity. Especially during the absence of large-scale air mass advection during a few days, the effect of surface winds becomes predominent. In such situations important differences within the town can be observed with maxima in the lee of the turbidity sources, what could be stated by means of measuring trips in 1963–1965.

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Mit 10 Abbildungen     

Boundary layer aspects and elevated heat source effects of the Alps

Summary High pressure influence in the whole inner-ALPEX area on April 22, 1982 gave an opportunity for the ALPEX scientific task no. 6: To study the effects of differential radiative heating introduced by the alpine mountain range due to elevation, topographic features and albedo. Electra flight E-422 with its four-fold north-south, south-north flight tracks was especially devoted to study the diurnal variations of the atmospheric boundary layer and the airflow on both sides of the Alps along the Gotthard cross-section under strong inversion conditions. Using the flight technique of vertical zigzagging, a total of 24 vertical soundings have been completed along four traverses.Synoptic rawinsonde and surface data, digital satellite data and microbarograph data are used to examine the thermodynamical aspects of the diurnal development of the alpine heat low. The fine structure of the boundary layer is documented by cross-sectional analysis of the potential temperature, mixing ratio and the three wind components from the 1 Hz aircraft data along the traverses. In addition, 15 aircraft soundings have been selected to evaluate the vertical distribution of the turbulent variances and fluxes on both sides of the Alps. The differences of the structure and temporal evolution of the alpine boundary layer on the north and south side of the Alps, as well as the differences between the alpine boundary layer and the boundary layer over homogeneous terrain are significant and need further discussion.

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Aspekte der Grenzschicht und Effekte der erhöhten Wärmequelle der Alpen

Zusammenfassung Hochdruckeinfluß im gesamten inneren ALPEX-Gebiet am 22. April 1982 ermöglichte die ALPEX-Aufgabe Nr. 6: die Effekte unterschiedlicher Strahlungserwärmung, welche je nach Höhenlage, topographischen Gegebenheiten und Albedo der alpinen Gebirgskette verursacht werden, zu untersuchen. Der Electra-Flug E-422 mit seinen vierfachen Nord-Süd, Süd-Nord-Flugrouten beschäftigte sich besonders mit der Untersuchung der täglichen Veränderung der atmosphärischen Grenzschicht und der Luftströmung an beiden Seiten der Alpen entlang des Querschnittes beim Gotthard bei ausgeprägten Inversionen. Unter Verwendung der Flugtechnik des vertikalen Zickzacks wurden insgesamt 24 Vertikalsondierungen entlang von vier Schnittlinien durchgeführt.Synoptische Radiosonden- und Bodendaten sowie digitale Satelliten- und Mikrobarographendaten werden zur Untersuchung der thermodynamischen Aspekte der täglichen Entwicklung des alpinen Hitzetiefs verwendet. Die Feinstruktur der Grenzschicht wird durch Querschnittanalysen der potentiellen. Temperatur, des Mischungsverhältnisses und der drei Windkomponenten aus den vom Flugzeug entlang der Schnittlinien gewonnenen 1 Hz Daten dokumentiert. Darüber hinaus wurden 15 Flugzeugsondierungen ausgewählt, um die vertikale Verteilung der turbulenten Varianzen und Flüsse an beiden Seiten der Alpen zu beurteilen. Sowohl die Unterschiede in der Struktur und der zeitlichen Entwicklung der alpinen Grenzschicht an der nördlichen und der südlichen Seite der Alpen als auch die Unterschiede zwischen der alpinen Grenzschicht und der Grenzschicht über homogenem Gelände sind signifikant und erfordern eine weitere Diskussion.

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With 8 Figures     

Zur verleichenden Meteorologie der Hochgebirge

Zusammenfassung Das Prinzip der Ausgleichsströmung im Sinne vonA. Wagner (1932) wird kritisch behandelt. Für den Altiplano von Bolivien wird gezeigt, daß die beobachteten tagesperiodischen Winde entweder dem Zirkulationstypus (Berg- und Talwind, Hangwind) angehören oder durch konvektiven Impulsaustausch mit der Höhenströmung während der Tagesstunden bedingt sind. Für die Abhängigkeit der Niederschlageverteilung von den tagesperiodischen Zirkulationen werden Beispiele gegeben. Die Rolle den Westdrift und des subtropical jet für die subtropischen Hochgebirge wird besprochen. Tibet und die südamerikanischen Anden südlich 17°S ragen in die Westdrift hineink, bilden aber im Sommer thermischen Antizyklonen aus.

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Summary The principle of compensation current als formulated byA. Wagner (1932), is critically reviewed. It is shown for the Bolivian high plains that all observed diurnal wind systems are either of the circulation type (mountain and valley winds, slope winds), or the result of convective exchange of momentum between surface and upper air currents during the daytime. Examples of the dependence of precipitation distribution on diurnal circulations are given. The role of westerlies and subtropical jet in subtropical high mountains is discussed. The Tibetan Plateau and the Andes of South America south of 17°S rise up to the level of the westerlies, however during the summer they are producing thermal anticyclones.

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Résumé L'auteur discute la notion de courant de compensation au sens deWagner (1932). Il montre que sur le haut-plateau bolivien les vents périodiques diurnes appartiennent au type des brises de vallées, de montagne ou de versant, ou sont conditionnés par léchange turbulent convectionnel avec le vent supérieur pendant le jour. Des exemples montrent comment la répartition des précipitations dépend des circulations à période diurne. On discute le rôle du courant dominant d'Ouest et du «jet» subtropical dans les hautes chaînes subtropicales. The Tibet et la Cordillière des Andes au Sud du 17^e parallèle pénètrent dans le courant dominat d'Ouest, mais forment en été des anticyclones thermiques.

     

Schichtung der Hauptluftströmungen über dem atlantischen Gebiet 5° N bis 9° S, 10° W bis 5° E

Zusammenfassung Für die inneren Tropen läßt sich die Kenntnis der Höhenströmungen nur durch direkte Beobachtungen gewinnen. Für den Golf von Guinea liegen Messungen innerhalb der Breite 5° N bis 9° S von drei Profilen der Meteor-Expedition und von zwei Studienfahrten der Deutschen Seewarte vor. Eine Voruntersuchung der mittleren Windwerte für die einzelnen benachbarten 5°-Felder einer Breitenzone (gleicher Jahreszeit) ergibt weigehende Übereinstimmung. Deshalb wird die zusammengefaßte Länge 10° W bis 5° E (für jede Breitenzone) der statistischen Bearbeitung zugrunde gelegt. Ziel der Untersuchung ist, die sich bei der Höhenwind-Statistik deutlich heraushebenden, charakteristischen Hauptströmungen zu beiden Seiten des Äquators und im jahreszeitlichen Unterschied zu erkennen und zahlenmäßig zu diskutieren. Nach einer Darstellung der Schichtung der mittleren Komponenten für 0 bis 19 km Höhe werden die einzelnen Strömungssysteme an Hand von Tabellen und Abbildungen näher beschrieben. Untere Troposphäre: Monsun, Antimonsun; Passat. Mittlere Troposphäre: Ostströmung (Urpassat). Hohe Troposphäre: Hohe Westströmung (Anti-Urpassat). Tropopausen-Schicht: Übergang von W in hohen Ost (Oberpassat). Hierbei wird für Test-Höhen die Streuung der beobachteten Einzelwinde besprochen. Größte gemessene Einzelgeschwindigkeit nahe dem Äquator: in der E-Strömung: SE 20 m/s (9 bis 10 km), in der hohen W-Strömung: SW 21 m/s (15 bis 16 km, nördlich vom Äquator), NW 21 m/s (13 bis 14 km, südlich vom Äquator). Die Rolle des Äquators bei den Höhenströmungen (meridionale Komponente) wird zusammenfassend betrachtet.

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Summary Knowledge on the currents of the upper atmosphere in the inner tropics can be obtained only by direct observations. In the Gulf of Guinea, between the latitudes 5° N and 9° S, three profiles were determined by the Meteor expedition and measurements carried out by two expeditions of the Deutsche Seewarte. A preliminary test of the average wind values gives good agreement for all adjoining 5°-fields of a zone of latitude (during the same season). Therefore, the longitude 10° W-5° E as a whole (for every zone of latitude) could be applied to statistical evaluation. Purpose of this investigation is to establish and discuss quantitatively the characteristic mean currents on both sides of the equator such as result from the wind statistics of the upper atmosphere in their seasonal variations. The distribution of the mean components is given for 0–19 km altitude; the different systems of currents are described in detail by tables and illustrations. Lower troposphere: monsoon, anti-monsoon; trade-wind. Medium troposphere: easterlies (Urpassat). High troposphere: high west-wind (Anti-Urpassat). Tropopause: transition from west to high east-wind (Oberpassat). For certain test heights the dispersion of the different observed winds is discussed. Measured maximum velocities near equator: in the eastern current: SE 20 m/s (9–10 km), in the western current: SW 21 m/s (15–16 km, north of equator), NW 21 m/s (13–14 km, south of equator). The rôle of the equator in connection with high currents (meridional component) is discussed comprehensively.

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Résumé On ne peut connaître l'allure de la circulation dans la haute atmosphère de la zone tropicale que par des observations directes. Dans le Golfe de Guinée on dispose de trois profils obtenus entre 5° N et 9° S par l'expédition du «Meteor» et de deux croisières d'étude de la Deutsche Seewarte. Une étude préalable des valeurs moyennes de vent relatives aux diverses surfaces de 5° d'une zone (mêmes saisons) aboutit à des résultats très concordants; aussi a-t-on soumis à l'examen statistique chaque bande zonale de 5° allant de 10° W à 5° E de longitude. Le but de cette recherche est de mettre en évidence les principaux courants en altitude de part et d'autre de l'équateur et d'examiner leurs valeurs numériques dans leurs variations saisonnières. Après avoir représenté la stratification des composantes moyennes entre 0 et 19 km, on décrit les différents systèmes de courants à l'aide de tableaux et de croquis et qui sont les suivants. Troposphère inférieure: mousson et contre-mousson; alizés. Troposphère moyenne: courant d'Est (Urpassat). Troposphère supérieure: courant d'Ouest supérieur (Anti-Urpassat). Tropopause: transition du courant d'Ouest à celui d'Est (Oberpassat). A cet effet on discute la dispersion des vents observés pour des niveaux choisis. Vitesse maximum observée près de l'équateur: dans le courant d'Est SE 20 m/s (à 9–10 km), et dans le courant d'Ouest supérieur SW 21 m/s (à 15–16 km au Nord de l'équateur), NW 21 m/s (à 13–14 km au Sud de l'équateur). On considère en résumé le rôle de l'équateur dans les courants en altitude (composante méridienne).

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Mit 5 Textabbildungen.     

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