Air-sea fluxes over the global oceans during the FGGE year

Summary Vertical fluxes of momentum, sensible and latent heat have been estimated over the surface of the global oceans. A three-dimensional mesh grid 32 longitude points, 17 latitude points and 365 days from December 1, 1978 to November 30, 1979 is used to obtain seasonal and annual mean values of the surface fluxes. The global climatology shows the seasonal variation, the continental influence, the principal ocean currents and the typical middle latitude (30°–50°) and tropical effects (30°S–30°N). The annual mean of latent heat shows greater flux over the subtropical regions (~ 280 W/m²) than in the polar regions (~ 80 W/m²). On the other hand, the annual mean of sensible heat shows greater flux over the polar regions (~ 100 W/m²) than in the tropics (~ 40 W/m²). Time series analyses of the daily estimates of the surface fluxes show greater energy at high frequencies due to the surface effect; however, the low-frequency spectra show relatively high energy at the 30- to 50-day mode, especially for the middle latitude regions. The 30–50 day filtered data for the surface fluxes, presented in time/latitude cross-sections for the middle latitude regions show a westerly wave propagation with wave numberK = 2 and phase speed of the order of 12 degrees/day from June to August over the southern hemisphere at 55°S.

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Zusammenfassung Die vorliegende Studie beschäftigt sich mit der Einschätzung der vertikalen Impuls-Flüsse und der Flüsse von sensibler und latenter Wärme über der gesamten Meeresoberfläche. Ein dreidimensionales Gitter mit 32 × 17 Punkten und Daten von 365 Tagen (von 1. 12. 1978 bis 30. 11. 1979) wird benutzt, um sowohl Jahreszeiten als auch Jahresmittelwerte der Oberflächenflüsse zu erhalten. Die globale Klimatologie zeigt die jahreszeitlichen Schwankungen, den kontinentalen Einfluß, die wichtigsten Meeresströmungen und die typischen Effekte der mittleren Breiten (30°–50°) und der Tropen (30°S–30°N). Das Jahresmittel latenter Wärme weist größere Flüsse über subtropischen Regionen (ca. 280 W/m²) als über polaren Regionen (ca. 80 W/m²) auf, während andererseits das Jahresmittel sensibler Wärme über Polarregionen (ca. 100 W/m²) größere Flüsse als über den Tropen (ca. 40 W/m²) aufweist. Zeitreihen-Analysen der täglichen Schätzwerte von Oberflächenflüssen deuten auf mehr Energie bei hohen Frequenzen aufgrund des Oberflächeneffekts hin; in jedem Fall zeigen die Niederfrequenz-Spektren relativ hohe Energie in den 30 – 50-Tage-Perioden, besonders für mittlere Breiten. Die über einen Zeitraum von 30 – 50 Tagen gesammelten Daten der Oberflächenflüsse dargestellt in Zeit-Breiten-Querschnitten für mittlere Breiten zeigen von Juni bis August über der südlichen Hemisphäre bei 55°S eine Ausbreitung der westlichen Wellen mit der WellenzahlK = 2 und einer Phasengeschwindigkeit im Ausmaß von 12° pro Tag.

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With 7 Figures     

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

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

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

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

     

The geographical distribution and seasonal variation of the semidiurnal pressure oscillation in high latitudes

The amplitudes and phases of the semidiurnal pressure wave have been computed for sixteen high-latitude stations. The data were analyzed to obtain a picture of the geographical and seasonal variations of this oscillation at high latitudes. At most of the stations the seasonal variation of the amplitude was found to have a maximum during the equinoxes and a minimum in the summer. No definite seasonal variation was found for the phase, although a tendency was found at stations above 70° N for the latest phase to occur in summer and an earliest phase to occur in winter. A simple expression is given for the geographical distribution of the annual mean of the standing semidiurnal oscillation at high latitudes.

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Zusammenfassung Für sechzehn Stationen in hohen Breiten sind die Amplituden und Phasen der halbtägigen Luftdruckwelle berechnet worden, und die Resultate wurden verwendet, um ein Bild über die geographischen und jahreszeitlichen Variationen dieser Oszillation in hohen Breiten zu erhalten. An den meisten Stationen hat die Amplitude ein Maximum während der Äquinoktien und ein Minimum im Sommer. Für die Phase wurde keine ausgeprägte jahreszeitliche Schwankung gefunden; allerdings scheint es, daß an Stationen nördlich von 70° N Breite das Maximum am spätesten im Sommer und am frühesten im Winter eintritt. Für die geographische Verteilung des Jahresmittels der stehenden halbtägigen Luftdruckschwankung in hohen Breiten wird eine einfache Formel gegeben.

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Résumé On a calculé les amplitudes et les phases de l'onde barométrique semi-diurne pour 16 stations de hautes latitudes. Avec les résultats de ces calculs, on obtient des indications sur les variations géographiques et saisonnières de cette oscillation aux latitudes élevées. A la plupart des stations, l'amplitude montre un maximum pendant les équinoxes et un minimum en été; on n'a pas décelé de variation saisonnière marquée de la phase; pourtant il semble qu'aux stations situées au nord de 70° de latitude nord, le maximum apparaît au plus tard en été et au plus tôt en hiver. On donne une formule simple pour la distribution géographique de la moyenne annuelle de l'oscillation barométrique semi-diurne stationnaire aux hautes latitudes.

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With 2 Figures     

Rainfall trends in Nigeria

Summary Mean monthly rainfall data of 28 meteorological stations in Nigeria for the period 1911–1980 are analysed to examine trends in precipitation patterns in the country. Specifically, four 40-year periods (1911–50, 1921–60, 1931–70 and 1941–80) have been studied in detail.Results show three prominent features. First, both the amount and area of the secondary rainfall maximum at 9°–10°N latitude in Nigeria has depreciated with time. Second, the belt of relative minimum rainfall, with its east-west axis almost coincident with the channels of the rivers Niger and Benue, appears to be expanding with time. Last, while places north of 8°N latitude (the mean axis of the belt of relative minimum rainfall) receive 90–100% of the annual total rainfall from April to October, fluctuations of the wet or rainy season contribution to total annual rainfall further south is about 84–88%.These aberrations, which imply a decrease in the dry season contribution to the annual rainfall, suggest a drier environment in the long-term, especially if drought spells of the type 1969–73 and 1979–84 become a regular feature in West Africa. The planning implications are discussed in relation to water-use problems.

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Zusammenfassung Mittlere Monatssummen des Niederschlags von 28 meteorologischen Stationen in Nigeria von 1911–1980 wurden analysiert, um Trends in den Niederschlagsverteilungen des Landes zu untersuchen. Insbesondere wurden die 40-Jahresperioden 1911–50, 1921–60, 1931–70 und 1941–80 bearbeitet.Die Ergebnisse zeigen drei bedeutende Merkmale. Erstens, Menge und Niederschlagsgebiet des sekundären Maximums in 9–10° nördlicher Breite wurden kleiner. Zweitens, der Gürtel eines relativen Niederschlagsminimums, dessen Ost-West-Achse fast mit den Flußläufen von Niger und Benue zusammenfällt, scheint sich auszudehnen. Und schließlich, während Orte nördlich von 8° nördl. Breite (der Hauptachse des Niederschlagsminimums) 90–100% der Jahressumme von April bis Oktober empfangen, beträgt die Schwankung des Anteils von Regen- und Trockenzeit weiter im Süden 84–88%. Diese Abweichungen, die eine Abnahme des Anteils der Trockenzeit zum Gesamtniederschlag bedeuten, lassen in Zukunft eine trockene Umwelt erwarten, besonders wenn die Trockenperioden von 1969–73 und 1979–84 sich wiederholen sollten. Es werden die Folgen für die Planung des Wasserverbrauches diskutiert.

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With 8 Figures     

A subtropical episode of production of kinetic energy from condensation heating

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

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Die Entstehung tropischer Störungen

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

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1 Figure     

Über Entstehung und Ausbreitung quasiperiodischer Luftdruckschwankungen

Zusammenfassung Es wurden Registrierungen kleiner Luftdruckschwankungen mit Perioden von einigen Sekunden und Amplituden von 10^–4 bis 10^–3 mm Hg untersucht und Beziehungen zum Gang der Meereswellen auf dem Atlantik und zur Mikroseismik gefunden. Der jährliche und tägliche Gang der Druckamplituden wird mit Windströmungen und Temperaturveränderungen in der etwa 50 km hohen Schicht, wo die Rückbiegung der von den Meereswellen abgestrahlten Luftdruckschwankungen erfolgt, gedeutet.

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Summary Records of small oscillations of the atmospheric pressure having a period of several seconds and an amplitude of about 10^–4 to 10^–3 mm Hg were examined, and a relation to the height of the ocean-waves in the Atlantic and to microseisms has been found. The diurnal and annual variation of the pressure-amplitudes can be explained by the wind-currents and temperature changes in the layer of air 50 km up, where the oscillations generated by the ocean-waves are reflected.

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Résumé On a étudié des variations de la pression barométrique d'une période de quelques secondes et d'une amplitude de l'ordre de 10^–4 à 10^–3 mm Hg et on les a trouvées en rapport avec la hauteur des ondes océaniques et de l'agitation microséismique. Les variations annuelle et diurne des amplitudes de la pression peuvent être expliquées par le fait des courants d'air et par les changements de température dans la couche qui s'étend jusqu'à 50 km où a lieu la reflexion des variations de pression barométrique produites par les vagues océaniques.

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Mit 9 Textabbildungen.     

Der Jahresgang der Tageshelligkeit und seine Beeinflussung durch die Witterungsverhältnisse

Zusammenfassung Der astronomisch bedingten Tageslänge (Grenzhelligkeit 5000 bzw. 7000 lx) werden die Ergebnisse der vierjährigen Registrierungen der Globalbeleuchtungsstärke in Potsdam und Berlin gegenübergestellt. Dabei ergibt sich, daß im Mittel die oben definierte Tageslänge in den Wintermonaten in Berlin um 60–70%, in Potsdam um 40–50% durch meteorologische Einflüsse (Wolken, Nebel, Dunst, Niederschlag) verkürzt wird. Im Sommer liegt die Verkürzung für beide Orte bei etwa 10% der astronomischen Tageslänge. Anhand der Tabellen bzw. Diagramme kann die mittlere Tageslänge für jeden Ort Mitteleuropas, für den Bewölkungsmittel vorliegen, für jeden Tag des Jahres angenähert bestimmt werden. Auf die Wichtigkeit dieser Ergebnisse für die allgemeine Planung der für künstliche Beleuchtung erforderlichen Energie wird hingewiesen.

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Summary The author compares the results of 4 years' registration of the total daylight illumination at Potsdam and Berlin with the astronomical duration of daytime (limit of illumination 5000 resp. 7000 lux). Therefrom results a mean shortening of 60–70 per cent of the duration of daytime in winter at Berlin, of 40–50 per cent at Potsdam, due to meteorological influences (clouds, fog, haze, precipitations). In summer the shortening is in both towns about 10 per cent of the astronomical duration of daytime. With the tables and the diagrams one can determine approximately the mean duration of daytime for every day of the year at any place in Central Europe of which the mean cloudiness is known. The author emphasizes the importance of these results for the general planning of energy necessary for artificial illumination.

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Résumé L'auteur compare les résultats de l'éclairement global diurne, obtenus après 4 ans d'enregistrement à Potsdam et à Berlin à la durée du jour astronomique (éclairement limite: 5000 resp. 7000 lx). Il en résulte qu'en moyenne en hiver la durée du jour clair est raccourcie de 60–70% à Berlin, de 40–50% à Potsdam par des processus météorologiques (nuages, brouillard, brume, précipitations). En été, le raccourcissement est, pour les deux localités, d'environ 10% de la durée du jour astronomique. A l'aide des tableaux et des diagrammes, il est possible de déterminer approximativement la durée moyenne du jour, et cela pour chaque jour de l'année, de chaque localité d'Europe centrale pour laquelle on connaît le degré de nébulosité moyen. L'auteur insiste sur l'importance de ces résultats pour les plans généraux de production de l'énergie nécessaire à l'illumination artificielle.

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Mit 4 Textabbildungen     

Exchange of heat and momentum between ocean and atmosphere in relation to monsoon depression during MONEX-79

Summary Air-sea energy exchange properties were examined and discussed for a case study of monsson depression during summer MONEX which occurred during 8th–18th June over the East Central Arabian Sea with its mean position at 13°N and 71°E. For this purpose the fluxes of sensible heat, latent heat, eddy transfer of total heat and momentum have been computed. The results of the computations reveal that the absolute values of heat flux changes in sensible, latent and total heat show an enormous increase of 60, 230 and 290 Wm^–2 respectively, during the formation as compared to the values obtained before the formation of the depression. The flux of momentum also exhibits similar features. The Bowen ratio always shows a fairly systematic increasing tendency along with the growth of the convective activity due to the developing system over the area and attains a high value of 0.22 coinciding with the formation of the depression.

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Wärme- und Impulsaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre während MONEX-79 und ihr Verhältnis zur Monsundepression

Zusammenfassung Die Eigenschaften des Energieaustausches zwischen Meer und Luft wurden für eine Fallstudie der Monsundepression untersucht, die während MONEX vom 8.–18. Juni 1979 über dem östlichen Indischen Ozean bei 13°N und 71°E auftrat. Dafür wurden die Flüsse von fühlbarer und latenter Wärme sowie des turbulenten Transports von Wärme und Impuls bestimmt. Die Ergebnisse legen klar, daß die Flüsse von fühlbarer, latenter und Gesamtwärme während der Entstehung der Depression absolut um 60, 230 bzw. 290 Wm^–2 gegenüber dem Anfangszustand zunehmen. Der Impulsfluß hat ein ähnliches Verhalten. Das Bowenverhältnis zeigt eine ziemlich systematisch steigende Tendenz während der wachsenden Konvektion durch das sich entwickelnde System und erreicht bei der Formation der Depression den hohen Wert 0.22.

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With 2 Figures     

Änderungen im Sommerklima seit 150 Jahren

Zusammenfassung An Hand der 175jährigen Wiener Temperaturreihe wird der Hochsommercharakter seit Ende des 18. Jahrhunderts untersucht und es werden wesentliche Klimaschwankungen in der Dauer von mehreren Jahrzehnten festgestellt. Eine Paralleluntersuchung hinsichtlich Niederschlag im Hochsommer ab 1851 zeigt einen deutlichen Zusammenhang zwischen Juli-Regenmengen und Juli-Temperaturmittel. Die Periode feuchtkühler Sommer in den ersten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts ist offensichtlich auf eine verstärkte Nordkomponente innerhalb der allgemeinen mitteleuropäischen Sommerzirkulation zurückzuführen.

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Summary On the basis of the 175-year temperature series of Vienna the midsummer character ever since the end of the 18th century is studied. Considerable variations in climate with periods of several decades were found. A parallel investigation of midsummer precipitations for the time since 1851 shows a distinct connection between the amounts of precipitation and temperature means of July. The period of cool and wet summers in the first decades of the 20th century is obviously due to an intensification of the northern component of the Central European circulation in summer.

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Résumé On étudie, sur la base d'une série d'observations de température à Vienne s'étendant sur 175 ans, le caractère de l'été depuis la fin du 18ème siècle; des variations climatiques assez importantes d'une durée de plusieurs décennies apparaissent alors. Une recherche parallèle concernant les précipitations de l'été depuis 1851 met en évidence une nette relation entre les hauteurs d'eau de juillet et les températures moyennes du même mois. La période d'étés humides et froids des premières décennies du 20ème siècle est due apparemment à un renforcement de la composante Nord à l'intérieur de la circulation générale d'été de l'Europe centrale.

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Mit 4 Textabbildungen.