The seasonal cycle of the global zonally averaged energy balance

Summary The annual and seasonal cycle of the global zonally averaged storage and transport of moist static energy (MSE), the surface eddy flux of MSE, and the radiation budget at the top of the atmosphere (TOA) and surface are investigated in this paper. We use the GFDL (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory) zonal mean data to compute the storage rate, divergence, and poleward flux of MSE. Surface eddy fluxes are determined based on an empirical formula developed from available climatological data. Radiative fluxes at the TOA and surface are computed from a radiation model. A number of significant features are illustrated by the present analysis in regard to the global annual and seasonal energy balance of the earth-atmosphere system. The storage/release rate of MSE is greater in spring and autumn than in summer and winter. The rate of poleward transport of MSE has a maximum at ~40°N and ~35°S with a value of ~3 × 10¹⁵ W. In terms of the radiation budget, the persistent ITCZ minimum and subtropical maxima of the IR flux distribution are reproduced well in the radiation parameterization program. The incoming solar flux maximum shifts from ~20°N in spring to ~40°N in summer due to the poleward increase in the fraction of daytime. Finally, an examination of the global surface energy balance reveals that the surface net fluxes derived from parameterizations for eddy and radiative fluxes agree well with values derived from observations. This agreement appears to imply that on the global mean, the physical parameterizations used in the present study are reliable in modeling the seasonal surface flux components.

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Zusammenfassung Der jährliche und jahreszeitliche Gang der globalen Zonenmittel der Speicherung und des Transports von latenter Energie (MSE), des Oberflächen-Eddy-Flusses der MSE und des Einstrahlungsbudgets an der Atmosphärengrenze (TOA) als auch auf der Erdoberfläche werden untersucht.Wir verwenden die GFDL Zonenmitteldaten, um die Ladung, Divergenz und den polgerichteten Fluß der MSE zu errechnen. Die Oberflächen-Eddy-Flüsse werden aufgrund einer empirischen Formel bestimmt, die mittels verfügbarer klimatologischer Daten erstellt wurde. Strahlungsflüsse auf der Oberfläche und der Atmosphärengrenze werden mittels eines Einstrahlungsmodells errechnet. Eine Reihe signifikanter Erscheinungen werden in der vorliegenden Analyse dargestellt mit Hinblick auf das globale jährliche und jahreszeitliche Energiegleichgewicht des Erde-Atmosphäre-Systems. Die Ladungs- und Entladungsrate des MSE ist im Frühjahr und Herbst größer als im Sommer und Winter. Die Spitzen des polgerichteten Transports der MSE liegen bei 40° N und 35° S mit einem Wert von ca. 3 × 10¹⁵ W. In bezug auf das Einstrahlungsbudget werden die persistenten ITKZ-Minima und die subtropischen Maxima der IR-Flußverteilung gut von dem Einstrahlungsparameterisierungsprogramm dargestellt. Die Sonneneinstrahlungsflußspitzen verschieben sich von 20° N im Frühjahr nach 40° im Sommer aufgrund der gegen den Pol hin zunehmenden Tageslänge. Zuletzt zeigen die Untersuchungen des globalen Oberflächenenergiegleichgewichts auf, daß die Oberflächennettoflüsse, abgeleitet von der Parameterisierung für Eddy- und Einstrahlungsflüsse, mit den beobachteten Werten gut übereinstimmen. Diese Übereinstimmung impliziert offensichtlich, daß im globalen Durchschnitt die physikalische Parametrisierung, die in dieser Studie angewendet wurde, verläßliche Modelle der jahreszeitlichen Oberflächenflußkomponenten liefern kann.

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With 8 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     

Enhancement of surface-atmosphere fluxes by desert-fringe vegetation through reduction of surface albedo and of soil heat flux

Summary The influence of desert-fringe vegetation on the daytime sensible heat flux is examined. The calculations are based on a previously developed surface albedo model for the plants/soil surface and the soil heat flux observational data for both bare and vegetated areas. It is found that the sensible heat flux from an ecosystem in a fenced-off area (exclosure) in the Sinai is larger than that from bare soil (overgrazed areas outside the exclosure) by a factor of 1.5 to 2.0, depending on the solar zenith angle. The contributions to this enhanced flux from the albedo reduction and the soil heat flux reduction are of the same magnitude.Various studies have established that a larger heat flux increases daytime convection and boundary layer growth, and thus an enhanced flux increases the probabilities for precipitation even in a parched region when moisture is advected from outside. The results of this investigation therefore suggest that removal of desert-fringe vegetation can reduce precipitation and promote drought.

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Zusammenfassung Es wird der Einfluß der Vegetation am Rande der Wüste auf den tagsüber fühlbaren Wärmefluß untersucht. Die Rechnungen basieren auf einem früher entwickelten Modell für die Oberflächenalbedo der Pflanzen-/Erdoberfläche und auf Meßwerten für den Wärmefluß von vegetationslosen und bewachsenen Flächen. Wir finden, daß der fühlbare Wärmefluß eines abgezäunten Ökosystems in der Sinai um einen Faktor 1,5 bis 2,0 größer ist (abhängig vom Sonnenstand) als der Wärmefluß von einer unbewachsenen, abgegrasten Fläche außerhalb der Einzäunung. Die Beiträge zu diesem verstärkten Fluß kommen zu gleichen Teilen von der Reduktion der Albedo und des Wärmeflusses in den Erdboden.Mehrere Studien haben gezeigt, daß ein größerer Wärmefluß die Konvektion am Tage verstärkt, zu einer höheren Grenzschicht führt und daß deshalb ein verstärkter Wärmefluß eine Zunahme der Niederschlagswahrscheinlichkeit sogar in ausgetrockneten Gebieten bewirkt, wenn die Feuchtigkeit von außen durch Advektion zugeführt wird. Das Ergebnis dieser Untersuchung zeigt, daß die Vernichtung von Vegetation am Rande der Wüste zu einer Verringerung der Niederschläge führen kann und die Austrocknung gefördert wird.

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With 2 Figures     

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     

Observed energy flux anomalies during MONEX-79 over the Bay of Bengal

Summary The dominant surface energy budget parameters, namely the net radiation fluxes, must be precisely known for an understanding of southwest monsoon behaviour and the early stages of formation of a meteorological system, i.e. trough, low pressure, depression, cyclone etc., and break monsoon conditions over the Bay of Bengal region. The data measured during the MONEX-79 period from July 16–31 are used in order to study the fluctuations of energy fluxes and the net radiation in the month of July over the region. During this period the total energy flux is increasing from South to North with a maximum over the head of the Bay. However, the fluctuation of net radiation is not significant. There is an outstanding increase in the energy flux with anomalies of values 240 W/m².

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Zusammenfassung Für das Verständnis des Südwestmonsuns und für die Entwicklung eines meteorologischen Systems, wie Trog-Tiefdruck-Depression-Zyklone etc., sowie für die Bedingungen des Monsunendes über der Bengalischen Bucht, ist das genaue Wissen um die wichtigen Parameter der Energiebilanz an der Oberfläche, insbesondere der Strahlungsbilanz und der anderen Energieflüsse, unverzichtbar. Die Beobachtungsdaten vom 16.–31. Juli während MONEX-79 werden zum Studium der Energieflußfluktuationen und der Strahlungsbilanz für Juli in diesem Gebiet herangezogen. In dieser Periode nahm die Energieflußsumme nach Norden zu, mit einem Maximum über dem nördlichsten Teil der Bucht, während die Fluktuation der Strahlungsbilanz unbedeutend blieb. Trotzdem zeigt sich eine bedeutende Erhöhung des Energieflusses von bis zu 240 W/m².

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With 2 Figures     

The formation of crevasses in relation to the measured distribution of strain-rates and stresses

Summary The distribution of strain-rates and stresses was determined in an area of approximately 0.3 km². For this purpose a network of 30 stakes was established on the Hintereisferner and Langtaufererjochferner (Oetztal Alps, Austria) in an altitude of approximately 2750 m in the years between 1957 and 1963. The region of the confluence of the Hintereisferner and the Langtaufererjochferner shows both, an area without crevasses, where high compressing strainrates and stresses occur, and an area with transverse crevasses formed by high lateral compressive stresses in combination with small tensile stresses. The formation of crevasses is a good agreement with the distribution of stresses concerning direction and magnitude.

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Zusammenfassung Auf einer Fläche von etwa 0,3 km² wurde am Hintereis- und Langtaufererjochferner (Ötztaler Alpen) die Verteilung der Deformationen und der Spannungen an der Oberfläche bestimmt. Dazu wurde in den Jahren von 1957 bis 1963 ein Pegelnetz, bestehend aus 30 Pegeln in etwa 2750 m Seehöhe, vermessen. Die Gletscheroberfläche zeigt beim Zusammenfluß beider Gletscher ein Gebiet ohne Spalten, bedingt durch hohe Kompressionen, und ein Gebiet mit Querspalten, die durch seitliche Quetschung in Verbindung mit kleinen Zugspannungen entstehen. Die Spaltenbildung stimmt mit der Spannungsverteilung in bezug auf Größe und Richtung des Spannungszustandes überein.

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Résumé On a déterminé la répartition des déformations et des tensions à la surface des glaciers du Hintereis et du Langtaufererjoch (Alpes de l'Ötztal, Autriche) et cela sur, une surface de 0.3 km². Ces mesures furent effectuées de 1957 à 1963 et on s'est servi pour cela d'un, réseau de 30 échelles nivométriques situées à environ 2750 m d'altitude. La surface présente, au confluent des deux glaciers une zone sans crevasses due à de hautes compressions et une zone zébrée de crevasses transversales dues à des forces de compression, latérale liées à de petites tensions. La formation des crevasses correspond à la répartition des tensions et cela aussi bien en ce qui concerne leur direction que leur importance.

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With 5 Figures     

Meteorologische Gesichtspunkte zur technischen Auswertung der Sonnenenergie

Zusammenfassung Die Intensität der Sonnenenergie, gemessen an der äußeren Grenze der Erdatmosphäre senkrecht zum Strahl, beträgt 1385 W/m². Es wird die auf eine horizontale Fläche einfallende Strahlung für das Klima des Belgischen Kongos im Hinblick auf die Möglichkeiten ihrer Anwendung zu verschiedenen Zwecken studiert. Dabei ist der Wärmeverlust durch Wärmeausstrahlung von der Empfängerfläche zu beachten; infolge dieses Verlustes ist es nicht möglich, mit einem schwarzen Empfänger bei hohen Temperaturen zu arbeiten. Es gibt Substanzen (z. B. Cr und Ti mit ebener Oberfläche oder Al–SiO in dünnen Schichten auf einer ebenen Glasoberfläche mit Orientierung zu einer schwarzen Fläche), die eine viel kleinere Wärmeausstrahlung aufweisen als eine schwarze Oberfläche und die daher ermöglichen, mit einer ebenen Empfängerfläche bei höheren Temperaturen (z. B. 373°K) sogar bei niedriger Intensität der Einstrahlung zu arbeiten. In mittleren Breiten erhalten geneigte oder vertikal nach Süden orientierte Flächen mehr Strahlung als eine Horizontalfläche, speziell im Winter; es werden Formeln für die Abschätzung der einfallenden Strahlung für solche Flächen abgeleitet. Außerdem wird der für die Gewinnung mechanischer Energie erreichbare Wirkungsgrad berechnet.

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Summary The intensity of the solar energy perpendicular to the solar beam at the limit of the Earth's atmosphere is 1385 Watt/m². The incoming radiation falling on a horizontal surface is studied for the climate of Belgian Congo with regard to the possibilities of its application for different purposes. Attention must be paid to the loss of heat by heat radiation of the receiving surface; this loss does not allow working at high temperatures with a black receiver. There exist materials (Cr and Ti on the plate surface for instance or Al–SiO in thin layers on the glass plate surface facing the black plate) which have a much smaller heat radiation than a black surface and allow the flat plate receiver to work at higher temperatures (373° K for instance) even for low intensity of incoming radiation. In middle latitudes inclined or vertical surfaces facing south receive more radiation than a horizontal one, especially in winter; formulas are developed for estimating radiation income for such surfaces. Besides, possible efficiency for mechanical energy is calculated.

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Résumé L'énergie solaire mesurée à la limite de l'atmosphère et sous incidence normale est de 1385 watts/m². On considère ici le rayonnement au Congo belge en vue de ses applications possibles. Il faut prendre en considération la perte de chaleur par rayonnement de la surface réceptrice en vertu de laquelle il n'est pas possible d'utiliser une surface noire aux hautes températures. Il y a des substances (p. ex. Cr et Ti avec surfaces planes, ou AlSiO en couches minces sur une surface de verre plane regardant la surface noire) qui présentent une émission beaucoup plus faible qu'une surface noire et qui permettent par conséquent de travailler à des hautes températures (p. ex. 373°K), même par faible intensité de rayonnement incident. Aux latitudes moyennes, des surfaces obliques ou verticales tournées vers le Sud reçoivent plus de rayonnement qu'une surface horizontale, surtout en hiver. Formule d'estimation de ce rayonnement pour de telles surfaces. Calcul du rendement possible dans l'utilisation de l'énergie mécanique.

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Mit 7 Textabbildungen

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Herrn Dr.Anders K. Ångström zu seinem 70. Geburtstag gewidmet.

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Die Anregung zu dieser Untersuchung entstand aus einer Diskussion mitG. T. Ward, der damals die Benützbarkeit des horizontalen Sonnenkollektors in Singapore studierte. Wertvolle Gedanken über die nicht-schwarzen Empfänger sind durch Gespräche mitP. Courvoisier undH. Wierzejewski über die Physik der meteorologischen Strahlungsmeßgeräte am Observatorium Davos angeregt worden.     

On the meridional distribution of climate changes due to doubling of CO2 content in the atmosphere

Summary A two-dimensional radiative-convective model has been developed to calculate mean annual zonally-averaged temperature profiles for 18 latitudinal belts each of 10° width. The model includes meridional heat transport and impacts of surface albedo and lapse rate feedback mechanisms. In view of its flexibility and computational efficiency compared to a three-dimensional general circulation model, this model may serve as a useful tool in studying the climate sensitivity to external forcings.The model has been successfully applied to reproduce the meridional variation of climatic elements for the standard atmosphere. Next, the climate sensitivity to a doubling of atmospheric CO₂ has been examined. The surface temperature response ranges from 1.6 °C near the equator to 4 °C in polar regions with a global mean of 2.1 °C. The meridional distribution of surface warming due to doubled CO₂ simulated by our model agrees qualitatively with those obtained by NCAR and GFDL global circulation models in that the largest warmings in all three simulations are found at high latitudes in the Northern Hemisphere. An interesting feature of our findings is that the maximum response due to doubled CO₂ tends to descend from the upper troposphere at low latitudes to the surface at high latitudes. The responses of the transport of sensible and latent heat are in opposite direction thus leading to only slight but positive changes in the total meridional heat flux.

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Zusammenfassung Es wurde ein zweidimensionales Strahlungs-Konvektions-Modell entwickelt, um zonal gemittelte Temperaturprofile für 10° breite Gürtel zu berechnen. Das Modell beinhaltet meridionalen Wärmetransport, Einflüsse der Albedo und des vertikalen Temperaturgradienten. Aufgrund seiner Flexibilität und rechnerischen Effizienz im Vergleich zu dreidimensionalen Modellen der allgemeinen Zirkulation, kann dieses Modell gut zum Studium der Sensitivität des Klimas auf äußere Antriebe verwendet werden.Das Modell wurde zuerst erfolgreich angewandt, um die meridionale Variabilität der Klimaelemente für die Standardatmosphäre zu reproduzieren. Dann wurde die Sensitivität gegenüber einer Verdoppelung des atmosphärischen CO₂ untersucht. Die Veränderungen an der Erdoberfläche reichten von 1.6 °C nahe dem Äquator bis zu 4 °C in Polnähe mit einem globalen Mittel von 2.1 °C. Die meridionale Verteilung stimmt qualitativ mit den Modellergebnissen von NCAR und GFDL überein. Alle prognostizieren die größten Erwärmungen in den hohen Breiten der Nordhemisphäre. Ein interessantes Ergebnis dieser Untersuchung ist, daß die größte Erwärmung von der oberen Troposphäre in niedrigen Breiten in hohen Breiten zur Oberfläche absinkt. Die Prognosen für die Änderung des Transports von fühlbarer und iatenter Wärme zeigen den umgekehrten Effekt. Das führt zu einem geringen Anstieg des meridionalen Wärmeflusses.

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With 9 Figures     

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

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

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

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

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With 13 Figures     

Subsynoptic vertical heat fluxes from high-resolution synoptic budgets

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

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Subsynoptische vertikale Wärmeflüsse aus hochauflösenden synoptischen Haushalten

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

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With 14 Figures     

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

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

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Ein vereinfachtes für hochländer geeignetes hydrodynamisches mesoscale-modell

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

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With 18 figures     

Zum Abbau der Schneedecke

Zusammenfassung Ausgehend von der Wärmehaushaltsgleichung einer Schnee- bzw. Eisoberfläche wird der durch Verdunsten und Schmelzen bewirkte Abbau in Abhängigkeit von den meteorologischen Parametern errechnet. Die Ergebnisse werden in Diagrammen dargestellt und diskutiert. Es zeigt sich, daß vor allem zwischen nichtschmelzender und schmelzender Oberfläche unterschieden werden muß, die sich nicht nur in den Formeln, sondern auch in den Abbaubeträgen erheblich unterscheiden. Die Diskussion des Einflusses der Oberflächenform auf den Abbau zeigt dann, daß bei passenden meteorologischen Verhältnissen ein kantenfördernder Abbau auftritt, der zu Büßerschnee und ähnlichen Ablationsformen führen kann.

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Summary Starting from the equation of heat economy of a snow or ice surface the decomposition effected by evaporation and melting is computed in dependence on the meteorological parameters. The results are shown in diagrams and are discussed. It turns out that there should be distinguished between non-melting and melting surfaces, which differ considerably not only in formulae but also in the amount of decomposition. A discussion of the influence of the surface shape on the decomposition shows that under suitable meteorological conditions a decomposition occurs, which leads to the production of edges and may finish up in the formation of penitents or other forms of ablation.

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Résumé Partant de l'équation du bilan calorifique de la surface d'une couche de neige, respectivement de glace, on calcule l'ablation due à l'évaporation et à la fonte en rapport aux paramètres météorologiques. Les résultats de ces calculs sont reproduits sur des diagrammes et discutés. Il en ressort qu'il faut distinguer les surfaces fondantes des autres. Celles-ci se différencient nettement, non seulement dans les formules, mais encore dans les quantités d'ablation. La discussion de la forme de la surface sur l'ablation elle-même montre que, par suite de situations météorologiques adéquates, il se produit une ablation favorisant les arêtes vives. Ce cas particulier peut conduire à la formation de «pénitents» et à des formes semblables d'ablation.

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Mit 7 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     

Spaltprodukt-Radioaktivität in Niederschlägen,auf Gletscherflächen,in Gräsern und Tierorganen nach Messungen in verschiedenen Höhenlagen der Nordalpen in den Jahren 1957 bis 1960

Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über Messungen der künstlichen Beta- und Gamma-Radioaktivität (Spaltproduktaktivität) in Niederschlägen, auf einer Gletscherfläche und in Gras- und Tierorganproben. Das Wesentliche der Untersuchung liegt nicht allein in der lückenlosen zeitlichen Erfassung aller dieser Größen seit 1957/58, sondern vor allem in der synchronen Bestimmung der Aktivitätswerte in Proben, die gleichzeitig in verschiedenen Höhenlagen gewonnen worden sind (Niederschlag, Grasaschen). Diesem Zwecke dient ein alpines Stationspaar mit relativ großem Höhenunterschied (1,1 km) bei kleinem Basisabstand (2,5 km). Die Sammlung von Gletschereisproben erfolgte in Höhen von etwa 2600 m NN. Zusätzlich zu den Bestimmungen der Gesamt-, Beta- und Gamma-Radioaktivität der Proben wurden chemisch-radiologische Isotopenanalysen ausgeführt.Aus dem Vergleich der in verschiedenen Höhen gewonnenen Proben ergibt sich, daß, während die spezifische Niederschlags-Radioaktivität auf dem letzten Kilometer Fallweg noch um im Mittel 20% ansteigt, die mittlere Zufuhr von Aktivität zum Boden an der Bergstation etwa gleich der an der Talstation (wegen unterschiedlicher Niederschlagsmengen) ist. Die spezifische Radioaktivität in den Grasaschen nimmt mit steigender Höhenlage des Probenahmeortes stark zu; diese Höhenabhängigkeit der Kontamination kann nicht durch unterschiedliche Aktivitätszufuhr zum Boden in Abhängigkeit von der Höhe erklärt werden. Auch zeigen die Gräser aus verschiedenen Höhen keine Unterschiede bezüglich Wasser- und Mineraliengehalt, die den Höheneffekt der Kontamination erklären könnten. Die auf Gletscherflächen gefundene Konzentration an Kernspaltprodukten ist sehr hoch (maximal mehrere 1000·10^–7 C/cm³). Ihre zeitlichen und örtlichen Abhängigkeiten werden studiert.Eine besonders eingehende Auswertung erfahren die in Niederschlägen gefundenen Werte der Radioaktivität, vor allem auch in bezug auf meteorologische Bedingungen (z. B. Labilität), den zeitlichen Abfall der Aktivität (Bestimmung der Explosionszeitpunkte) und die Beziehung zur Luftradioaktivität (wash out-Effekt). Es zeigt sich, daß die Niederschläge sehr oft Aktivität zur Erdoberfläche zurückführen, die, an Feinstaub gebunden, durch Luftbewegung vom Boden aufgewirbelt worden war; dadurch entsteht eine Verfälschung der Aktivitätsmessung im Niederschlag. Niederschläge, die an Hochstationen aufgefangen werden, liefern verläßlichere Werte in bezug auf künstliche Radioaktivität aus dem Wolkenniveau, da sich die Aufwirbelungsvorgänge nur in den untersten 100 m der Atmosphäre abspielen.

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Summary Measurements of artificial and radioactivity in precipitation, on glacier surfaces, and in samples of grass and animal matter are described. The observations have been carried out regularly since 1957/58. Samples from different altitudes have been taken simultaneously at two alpine stations (altitude difference 1,1 km, horizontal distance 2,5 km). Glacier ice was sampled at an altitude of 2600 m. In addition to the determinations of radioactivity, analyses of radio-isotopes were carried out.Comparison of the results from different altitudes shows that the specific radioactivity of precipitation during the last kilometre of its fall increases by about 20%, while the mean addition of radioactive matter to the ground is about equal at the upper and lower station (due to the different amounts of precipitation). The specific radioactivity of grass ashes shows a marked increase with altitude which cannot be explained by a different supply of radioactive matter to the ground. The grass in different altitudes shows no differences in water and mineral content which might otherwise explain the dependence on altitude of radioactive contamination. The concentration of nuclear fission products found on glacier surfaces is very high (maximum several 1000·10^–7 C/cm³).The radioactivity of precipitation with respect to the general meteorological conditions (e. g. instability), the decrease with time (after date of nuclear explosion), and the relationship to radioactivity of the air (wash-out effect) are discussed in detail. Measurements of the radioactivity of precipitation are often biased by radioactive dust carried off the ground by turbulence. Therefore, the most reliable determinations of radioactive contamination from the cloud level are obtained by using the precipitation at high altitude stations.

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Résumé Des mesures de la radioactivité et artificielle (produits de fission) de la précipitation, de la surface d'un glacier, de l'herbe et d'organes animaux faites depuis 1957/58 de façon continue ont fourni des valeurs provenant simultanément d'altitudes différentes. Elles ont été faites à deux stations alpines distantes de 2,5 km et à 1,1 km l'une au-dessus de l'autre; la glace fut récoltée á 2600 m. L'analyse des échantillons porta sur la teneur radioactive et la présence d'isotopes.Alors que la radioactivité de la précipitaton augmente de 20% au cours du dernier kilomètre de chute, l'activité fourni au sol est la même aux deux stations d'en haut et d'en bas. La radioactivité spécifique des cendres d'herbe augmente avec l'altitude, mais cela ne peut tenir à des différences de l'apport d'activité au sol ni à la teneur en sels minéraux ou en eau. Sur le glacier la concentration en produits radioactifs est très élevée.Il arrive que la précipitation ramène au sol des produits de fission souleveés de terre avec de fines poussières ce qui fausse les mesures relatives aux précipitations. Celles-ci sont plus sûres lorsqu'on les effectue à la montagne puisque les enrichissements par les poussières soulevées sont limités aux premiers cent mètres de l'atmosphère.

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Mit 17 Textabbildungen

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Zur Zeit Farchant bei Garmisch, Oberbayern, Bundesrepublik Deutschland.     

Wärmehaushalt und Advektion

Zusammenfassung Der Feststellung, daß in der Energiebilanz einer horizontalen Oberfläche keine advektiven Glieder auftreten können, scheint auf den ersten Blick die Angabe von Advektionsgliedern in einigen Arbeiten zu widersprechen. Es zeigt sich aber, daß es sich dabei entweder um die Energiebilanz eines Volumens handelt, wobei die Glieder der Vergleichbarkeit wegen auf die Bodenoberfläche bezogen sind, oder daß Meß- bzw. Überlegungsfehler vorliegen.Advektive Wärmeströme können nur bei einem Volumen eine Rolle spielen. Die Betrachtung der Energiebilanz eines festen Volumens ergibt dann, daß auch bei stationären Verhältnissen der Wärmestrom von der Luft zum Boden im allgemeinen nicht gleich dem vertikalen Austauschwärmestrom oberhalb der Bodenoberfläche ist. Vielmehr treten vier weitere Wärmeströme hinzu, die als Durchflußwärmestrom, vertikaler Mitführungswärmestrom, advektiver Mitführungswärmestrom und advektiver Austauschwärmestrom bezeichnet werden. Ihr Anteil am Wärmestrom von der Luft zum Boden hängt nicht nur von den meteorologischen Verhältnissen, sondern auch von der Höhenlage der Zählfläche ab, für die der Austauschwärmestrom bestimmt wird. Ihre Abschätzung an Hand einfacher, plausibler Annahmen zeigt, daß sie im allgemeinen nicht vernachlässigt werden dürfen. Eine hinreichende Bedingung für ihr Verschwinden ist die Annahme, daß im zeitlichen Mittel alle Parameter in gleicher Höhe den gleichen Wert haben. Auch für instationäre Verhältnisse und den Wärmetransport in einem inhomogenen Medium läßt sich die Energiebilanz aufstellen, was aber bei Änderungen der im Volumen enthaltenen Masse an Beimengung nicht mehr willkürfrei möglich ist.

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Summary The statement that no advective terms occur in the energy balance of a horizontal surface seems at first sight to be in contradiction to the quotation of advective terms in some publications. It proves, however, that in that case it is a question of energy balance of a volume, where for comparability the terms are related to the ground surface, or that it is due to errors of measurement or consideration. Advective heat fluxes are merely of importance with three-dimensional problems. The study of the energy balance of a solid volume shows that the heat flux from the air to the ground is generally not equal to the vertical exchange heat flux above the ground surface, even with stationary conditions. Four further heat fluxes supervene which may be designated as passing heat flux, vertical convection heat flux, advective convection heat flux and advective exchange heat flux. Their share of heat flux from the air to the ground depends not only on the meteorological conditions but also on the altitude of the reference surface for which the exchange heat flux is determined. Its estimation by simple, plausible assumptions shows that in general they should not be neglected. A sufficient condition for their disappearance is the assumption that all parameters at the same level have the same temporal mean value. The energy balance can be set up also for unstationary conditions and for the heat transport in an inhomogeneous medium. In the case where the mass of admixtures contained in the volume undergoes changes the energy balance cannot be established without arbitrary assumptions.

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Résumé Le fait que dans le bilan énergétique d'une surface horizontale il ne peut y avoir de terme advectif semble à première vue contredire certains travaux qui en ont fait état. Mais il s'avère qu'il s'agit soit du bilan énergétique d'une volume, soit d'une erreur de mesure ou de raisonnement.Des courants advectifs de chaleur ne peuvent jouer de rôle que dans le cas d'un volume. Considérant le bilan énergétique d'un volume fixe, on voit que même dans l'état stationnaire le flux de chaleur dirigé de l'air vers le sol n'est pas égal en général au courant vertical d'échange turbulent au-dessus du sol; bien plus, il existe en réalité quatre autres flux (à savoir le flux de chaleur traversant, le flux vertical de chaleur convective, le flux de chaleur advective et le flux d'échange de chaleur advective) dont l'apport au flux de chaleur air/sol ne dépend pas seulement des conditions météorologiques, mais aussi de l'altitude de la surface choisie pour le calcul. L'estimation de ces flux, faite sur la base d'hypothèses simples et plausibles, montre qu'on ne peut pas en général les négliger. Ils ne peuvent disparaître que si en moyenne, dans un temps donné, tous les paramètres sont égaux, à la même altitude. Dans le cas d'états non stationnaires et de milieu non homogène, on peut dresser le bilan énergétique, ce qui n'est plus possible sans arbitraire lorsque la masse d'éléments adjonctifs du volume se modifie.

     

Etude des échanges de chaleur entre l'air et le sol sur deux sols de nature différente

Résumé On mesure les températures du sol à 2 profondeurs ainsi que les températures de la surface du sol et de l'air près du sol sur 2 sols différents: le sable des dunes du Grand Erg Occidental et la hamada¹, près de Béni-Abbès (Algérie). On en déduit les coefficients de diffusivité thermique des matériaux constituant le sol. Connaissant d'autre part les rayonnements incidents, réfléchis, diffusés et émis par le sol, on estime la chaleur échangée entre celui-ci et l'air par convection et conduction. Observant que les chaleurs échangées varient avec la nature du sol et l'heure on en conclut qu'il doit s'établir une brise entre l'erg et la hamada analogue à la brise marine.

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Summary One measures soil temperature at two depths, surface and air temperature near the ground in sand dunes of the Grand Erg Occidental and in the hamada¹, near the oasis of Béni-Abbès (Algeria). One deduces from these results thermal diffusivity coefficients for these two soils. Knowing incident, reflected, diffused and emitted radiations of the ground, one computes the energy exchanged between air and ground surface through convection and conduction. One finds that these energies vary with the nature of the soil and with time, and one concludes that it must appear a breeze between dunes and hamada, quite similar to the sea breeze.

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Zusammenfassung Es wurden die Bodentemperatur in zwei Tiefen, die Oberflächentemperatur und die Lufttemperatur in Bodennähe auf zwei unterschiedlichen Bodenarten, auf den Sanddünen des Grand Erg Occidental und auf der Hamada² bei Beni-Abbès (Algerien), registriert. Aus den Messungen werden die Wärmeleitzahlen der entsprechenden Bodensubstanzen bestimmt. Aus den bekannten Werten der Einstrahlung und der Ausstrahlung sowie der reflektierten und der gestreuten Strahlung des Bodens wird der Wärmeaustausch durch Konvektion und Wärmeleitung zwischen Luft und Bodenoberfläche abgeschätzt. Da dieser Wärmeaustausch von der Natur des Bodens und der Tageszeit abhängt und über beiden Bodenarten verschieden groß ist, entsteht vermutlich eine Luftbewegung zwischen der Düne und der Hamada ähnlich der Seebrise.

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Avec 5 Figures     

Theoretische Betrachtungen über die Veränderlichkeit von Jahresmitteltemperaturen

Zusammenfassung Ausgehend von der allgemeinen Wärmebilanzgleichung an der Erdoberfläche wird eine Formel für die Jahresmitteltemperatur an der Erdoberfläche sowohl für den strahlungsundruchlässigen Erdboden als auch für die für kurzwellige Einstrahlung transparente Hydrosphäre abgeleitet. Dabei zeigt sich, daß infolge des Abweichens des mittleren Temperaturgradienten in der Atmosphäre von der Trockenadiabate bei Zulassung vertikaler Austauschvorgänge die Mitteltemperatur am Boden Schwankungen aufweisen muß, wenn auch die Strahlungsbilanz selbst als streng periodisch vorausgesetzt wird, wie dies in der Literatur häufig geschieht. In der Hydrosphäre hat überdies die Strahlungsdruchlässigkeit bei nicht zu großer turbulenter Durchmischung des Wassers einen nicht zu vernachlässigenden Einfluß auf die Oberflächentemperatur, wie durch Heranziehen direkter Messungen der (selektiven) Absorption in natürlichen Gewässern gezeigt wird. Eine Änderung der Transparenz des Wassers für die eindringende Strahlung durch organische oder anorganische Beimengungen könnte eine Variation der Oberflächentemperatur in der Größenordnung von einem Grad zur Folge haben.

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Summary Based upon the general equation for the heat balance at the earth's surface a formula for the mean annual temperature of the surface is derived both for soil that is impervious to radiation and for the hydrosphere being transparent to short-wave radiation. If we allow for vertical heat transfer by eddies in the atmosphere it yields that the mean temperature at the surface will vary with time even if the radiation balance is assumed to be strictly periodical, an assumption frequently to be found in literature, only because the mean temperature lapse rate in the atmosphere is less than the dry adiabatic lapse rate. Moreover in the hydrosphere in case of not too great turbulent mixing of the water the surface temperature is influenced by the amount of transparency of the water for the short wave incoming radiation. It is shown by using direct measurements of the coefficients of absorption in natural lakes that this effect cannot be neglected in general. A change of the transparency of the water caused by organic or inorganic substances might be followed a variation of the mean surface temperature in the order of magnitude of one degree.

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Résumé Partant de l'équation générale du bilan thermique à la surface du sol, on établit une formule donnant la température annuelle moyenne au sol, aussi bien pour le sol opaque à l'égard du rayonnement que pour l'hydrosphère transparente au rayonnement de courte longueur d'onde. On constate que, du fait que le gradient vertical moyen de température de l'atmosphère s'écarte de l'adiabatique sèche par suite des processus d'échange turbulent, la température moyenne au niveau du sol doit présenter des variations, même si le bilan radiatif est supposé périodique comme on l'admet fréquemment. Dans l'hydrosphère, la transparence au rayonnement, sous réserve d'un mélange turbulent modéré de l'eau, a un effet non négligeable sur la température superficielle comme le montrent les mesures directes de l'absorption dans les eaux naturelles. Une modification de la transparence de l'eau à l'égard du rayonnement incident par suite d'apports organiques ou minéraux pourrait entraîner un changement de la température superficielle de l'ordre du degré.

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Mit 1 Textabbildung.     

A critique of homeostatis: Season and metabolism

Summary Bioclimatologic investigation has shown that the fluid bathing the body cells—the internal environment—exhibits definite seasonal variations with regard to the concentration of substances in that fluid. Physiologic theory, on the other hand, maintains that the concentration of substances in the internal environment is kept relatively constant by means of a complex homeostatic (neuro-endocrine) mechanism. As a consequence physiology teaches that man is free and independent of the cosmic environment. This conflict is examined in the case of calcium and phosphorus metabolism. It is concluded that the internal environment isnot constant. It follows then that man is not free and independent of the changes in the cosmic environment.

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Zusammenfassung Die bioklimatologische Forschung hat festgestellt, daß die Flüssigkeit, die die Körperzellen umgibt—das innere Milieu—hinsichtlich der Konzentration der in ihr enthaltenen Substanzen bestimmte jahreszeitliche Schwankungen zeigt. Anderseits steht die physiologische Theorie auf dem Standpunkt, daß die Konzentration der Substanzen im Körperinnern durch einen komplexen homöostatischen (neuro-endokrinen) Mechanismus relativ konstant gehalten wird; infolgedessen lehrt die Physiologie, daß der Mensch frei und unabhängig von kosmischen Umwelteinflüssen sei. Dieser Widespruch wird in bezug auf den Calcium- und den Phosphor-Stoffwechsel geprüft und dabei festgestellt, daß das innere Milieunicht konstant ist. Der Mensch ist somit nicht frei und unabhängig von den Vorgängen des äußeren Milieus.

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Résumé Les recherches bioclimatologiques ont montré que le liquide entourant les cellules corporelles—le «milieu interne»—est soumis à certaines variations saisonnières quant à la concentration des substances qui'il renferme. Par contre la physiologie admet que la concentration de ces substances est maintenue relativement constante par un mécanisme homéstatique complexe (neuro-endocrinien); elle enseigne par conséquent que l'homme ne dépend pas des influences cosmiques. On examine cette contradiction à l'endroit du métabolisme du calcium et du phosphore et on constate que le milieu interne n'est pas constant. L'homme n'est doncpas indépendant des phénomènes du milieu extérieur.

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Based on a paper presented at the 30th Anniversary Meeting of the American Meteorological Society, St. Louis, Mo., January 3–6, 1950.     

Beitrag zum Problem der Eisbildung in Wasserwolken

Zusammenfassung Maßgebend für die künstliche Eisbildung ist die Gesamtoberfläche der Impfsubstanz bzw. die Gesamtenergie der Erschütterung, wobei eine Oberfläche von 1 cm² einer Energie von zirka 740 erg gleichwertig ist. Keine Sonderstellung des Silberjodids.

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Summary In the transformation of water into ice by artificial means the total surface of a crystal seed is decisive or the total energy of a concussion, with 1 cm² being equivalent to ca. 740 erg, Ag J forming no exception.

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Résumé Ce qui est déterminant dans le processus de la formation artificielle de la glace c'est la surface totale de la substance servant à ensemencer ou plutôt l'énergie totale de l'ébranlement, une surface de 1 cm² équivalent ici à une énergie d'environ 740 ergs. L'iodure d'argent n'occupe pas de place privilégiée.

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Mit 3 Textabbildungen     

Surface downward flux computed by using geophysical parameters derived from HIRS 2/MSU soundings

Summary The global field of outgoing longwave radiation (OLR) and surface downward flux (SDF) are computed for January and July 1979 (FGGE year). The computation was done by using geophysical parameters retrieved from space in conjunction which a radiation code. The geophysical parameters (such as temperature and humidity profiles, surface/land temperature, and cloud information) are retrieved from analysis of HIRS 2/MSU using the Goddard Laboratory for Atmospheres (GLA) physical retrieval system. The radiation code is a modified version of the Wu-Kaplan radiation code used in the GLA 4th order GCM. Other fluxes (such as clear OLR and clear SDF, and Earth emission) flux divergences (upward flux divergence and net upward flux divergence), flux differences and longwave radiative forcing (clear OLR — cloudy OLR, cloudy SDF — clear SDF, and atmospheric cloud forcing) which have physical meaning but can not be measured directly from space have also been computed and presented.

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Zusammenfassung Die globalen Felder der emitierten langwelligen Strahlung (OLR) und des nach unten gerichteten Flusses (SDF) werden für Januar und Juli des FGGE-Jahres 1979 berechnet. Die Berechnungen wurden mit Hilfe von geophysikalischen Parametern aus Satellitendaten und einem Strahlungsmodell ausgeführt. Die geophysikalischen Parameter (wie Temperatur-und Feuchtprofile, Oberflächen- bzw. Landtemperatur sowie Bewölkung) werden durch Analysen der HIRS 2/MSU-Daten mit Hilfe des GLA-Physical Retrieval System gewonnen. Das Strahlungsmodell ist ein modifiziertes Modell nach Wu-Kaplan, wie es im Modell der allgemeinen Zirkulation des GLA verwendet wird. Andere Flüsse (wie OLR und SDF bei klarem Himmel, sowie die Emission der Erde), Flußdivergenzen (nach oben gerichtete Fluß- und Nettoflußdivergenz), Flußdifferenzen und langwelliger Strahlungsantrieb (OLR bei klarem und bewölktem Himmel, SDF bei klarem und bewölktem Himmel und der Antrieb durch die Bewölkung), die alle physikalische Bedeutung haben, aber nicht direkt aus dem All gemessen werden können, wurden ebenfalls berechnet und werden hier vorgestellt.

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With 13 Figures