Über die mittlere lineare sukzessive Differenz und ihre Anwendung auf die Untersuchung meteorologischer Beobachtungsreihen

Zusammenfassung Eine endliche Reihe (Sequenz) wird als eine der möglichen Permutationen ihrer Glieder aufgefaßt. Es wird gezeigt, daß die Summe der absoluten Differenzen der aufeinanderfolgenden Glieder gleich ist , wo die natürliche Zahlen sind und nur von der Rangordnung der Glieder der Reihe (von der Permutation) abhängen; die _j sind von der Reihenfolge unabhängig und werden durch die Dispersion der Reihenglieder bestimmt. Die _j und die _j werden separat untersucht; der Erwartungswert der erwähnten Differenzsumme wird abgeleitet. Verschiedene bereits bekannte und auch erstmalig hier vorgeschlagene Maßzahlen werden geprüft. An Reihen jährlicher Regenmengen wird die Rolle der _j und der _j und das Verhalten der besprochenen Maßzahlen veranschaulicht.

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Summary A series ofn members can be considered as one of the possible permutations of its members. It is shown that the sum of the linear successive differences is equal to the expression , where the _j are positive integers, dependent only upon the rank-order (the permutation) of the members, while the _j are independent of the order of the succession and are determined by the dispersion of the members of the series. The factors _j and _j are separately investigated; the expected value of the sum of the linear successive differences is established. Various related statistical measures, already in usage and new ones suggested here, are discussed. Series of yearly rainfall amounts are used to show the effects of the _j and _j and to discuss the behaviour of the various measures.

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Résumé Une série, constituée parn valeurs, est regardée comme une des possibles permutations de ces valeurs. L'auteur montre que la somme des différences absolues, qui se présentent entre les valeurs consécutives de la série, est égale à l'expression . Les _j sont des nombres entiers positifs et ne dépendent que de l'ordre des membres de la série, tandis que les _j, indépendants de l'ordre, sont déterminés par la dispersion des membres. Les facteurs _j et _j sont étudiés séparément; l'espérance mathématique de la somme mentionnée est dérivée. Des paramètres statistiques déjà connus ou proposés ici pour la première fois, sont discutés. Le rôle des _j et des _j et le comportement des divers paramètres sont montrés à l'aide de séries de totaux annuels de pluies.

     

Effect of land management on ecosystem carbon fluxes at a subalpine grassland site in the Swiss Alps

Summary The influence of agricultural management on the CO₂ budget of a typical subalpine grassland was investigated at the Swiss CARBOMONT site at Rigi-Seebodenalp (1025m a.s.l.) in Central Switzerland. Eddy covariance flux measurements obtained during the first growing season from the mid of spring until the first snow fall (17 Mai to 25 September 2002) are reported. With respect to the 10-year average 1992–2001, we found that this growing season had started 10 days earlier than normal, but was close to average temperature with above-normal precipitation (100–255% depending on month). Using a footprint model we found that a simple approach using wind direction sectors was adequate to classify our CO₂ fluxes as being controlled by either meadow or pasture. Two significantly different light response curves could be determined: one for periods with external interventions (grass cutting, cattle grazing) and the other for periods without external interventions. Other than this, meadow and pasture were similar, with a net carbon gain of –128±17g Cm^–2 on the undisturbed meadow, and a net carbon loss of 79±17g Cm^–2 on the managed meadow, and 270±24g Cm^–2 on the pasture during 131 days of the growing season, respectively. The grass cut in June reduced the gross CO₂ uptake of the meadow by 50±2% until regrowth of the vegetation. Cattle grazing reduced gross uptake over the whole vegetation period (37±2%), but left respiration at a similar level as observed in the meadow.     

Equatorial disturbances,monsoons, and 1982–1983 ENSO

Summary Interannual modes are described in terms of three-month running mean anomaly winds (u,v), outgoing longwave radiation (OLR), and sea surface temperature (T _* ). Normal atmospheric monsoon circulations are defined by long-term average winds (u _n,v _n) computed every month from January to December. Daily winds are grouped into three frequency bands, i.e., 30–60 day filtered winds (u _L,v _L); 7–20 day filtered winds (u _M,v _M); and 2–6 day filtered winds (u _S,v _S). Three-month running mean anomaly kinetic energy (signified asK _L , K _M , andK _S , respectively) is then introduced as a measure of interannual variation of equatorial disturbance activity. Interestingly, all of theseK _L , K _M , andK _S perturbations propagate slowly eastward with same phase speed (0.3 ms^–1) as ENSO modes. Associated with this eastward propagation is a positive (negative) correlation between interannual disturbance activity (K _L , K _M , K _S ) and interannualu (OLR) modes. Namely, (K _L , K _M , K _S ) becomes more pronounced than usual nearly simultaneously with the arrival of westerlyu and negativeOLR (above normal convection) perturbutions. In these disturbed areas with (K _L , K _M , K _S >0), upper ocean mixing tends to increase, resulting in decreased sea surface temperature, i.e.T _* 0. Thus, groups (not individual) of equatorial disturbances appear to play an important role in determiningT _* variations on interannual time scales. HighestT _* occurs about 3 months prior to the lowestOLR (convection) due primarily to radiational effects. This favors the eastward propagation of ENSO modes. The interannualT _* variations are also controlled by the prevailing monsoonal zonal windsu _n, as well as the zonal advection of sea surface temperature on interannual time scales. Over the central Pacific, all of the above mentioned physical processes contribute to the intensification of eastward propagating ENSO modes. Over the Indian Ocean, on the other hand, some of the physical processes become insignificant, or even compensated for by other processes. This results in less pronounced ENSO modes over the Indian Ocean.With 10 FiguresContribution No. 89-6, Department of Meteorology, University of Hawaii, Honolulu, Hawaii.     

Ableitung der Magnitudengleichung für die Erdbebenstationen Wien und Graz und allgemeine Bemerkungen zur Magnitudenberechnung

Zusammenfassung Nach einer knappen Einführung in die Magnitudenberechnung wird über die Ableitung der Stationsgleichungen für Wien (12) und Graz (13) berichtet. Den Berechnungen lagen 158, bzw. 121 Erdbeben normaler Herdtiefe und von der GrößeM7,0 zugrunde. Für beide Stationskonstanten wurde der gleiche WertC=+0,15 gefunden. Die Tabelle 2 enthält 94 von beiden Stationen registrierte Erdbeben mit Angabe der UnterschiededM (=D) von Wien und Graz gegenüber denM-Werten von Pasadena.Verschiedene Schwierigkeiten, die bei der Aufstellung der maximalen Horizontalamplitude auftauchen können, werden besprochen und an Hand eines Beispieles (Tabelle 3) dargelegt. Ferner wird angedeutet, daß das letzte GliedD der Magnitudengleichung definitionsmäßig überlastet ist und daß eine Aufteilung nach den wirklich individuellen Eigenschaften und den Gruppeneigenschaften des Einzelbebens notwendig wäre. Alle Erdbeben aus einer bestimmten Region tragen gemeinsame Merkmale, jedes einzelne hat dazu einen eigenen Habitus.

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Summary After a short introduction into the computation of magnitude we show the derivation of the respective equations for Vienna (12) and Graz (13). The basis of the computations were 158, 121 respectively, teleseisms of normal depth of focus and of the magnitudeM7.0. The same value was found for both station constants, namelyC=+0.15. Table 2 contains 94 earthquakes recorded at both stations, showing the differencesdM (=D) of Vienna and Graz, in comparison with theM-values of Pasadena.Various difficulties that can arise by establishing the total horizontal amplitude, are considered and discussed by means of an example (Table 3). Further we find that the last termD of the equation of magnitude is overcharged according to the definition, and that a separation according to the really individual qualities and to the group qualities of each earthquake would be necessary. All earthquakes from a certain area have specified qualities, and in addition each one shows a special behaviour of its own.

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Résumé Après une introduction concise du calcul de magnitude on est informé sur les équations qui en dérivent et qui sont valables pour les stations de Vienne (12) et de Graz (13). Resp. 158 et 121 séismes d'une profondeur de foyer normale et de magnitudeM7.0 forment la base de ces calculs. Une valeur identiqueC=+0,15 a été trouvée comme constante des deux stations. Le tableau 2 contient 94 séismes, enregistrés par les deux stations, avec indication des différencesdM (=D) de Vienne et de Graz vis-à-vis des valeursM de Pasadena.Diverses difficultés qui peuvent surgir en établissant l'amplitude horizontale maximum, sont discutées et démontrées par un exemple (tableau 3). En outre on trouve que le dernier coefficientD de l'équation est «surchargé» selon la définition. Une distribution d'après les véritables qualités individuelles et d'après les qualités de groupe du séisme particulier serait nécessaire. Tous les séismes provenant d'une certaine région ont des propriétés communes, de plus chacun a son caractère particulier.

     

La forme rotationnelle des équations de la dynamique atmosphérique et les invariants du mouvement de l'air

Résumé Après avoir rappelé quelques notions de calcul tensoriel et les équations de la dynamique atmosphérique en coordonnées généralisées, l'auteur établit l'équation fondamentale de la rotationnelle absolue de l'air. Diverses formes de cette équation sont mentionnées. La première de ces formes est celle d'un bilan qui permet de définir le transport et le taux de production de la rotationnelle absolue de l'air. De la forme particulière de ce transport, il résulte que ce bilan se réduit à un bilan dans un espace à deux dimensions. Deux exemples illustrent les formules générales, le premier, en coordonnées sphériques (, ,r), le second, en coordonnées (, , ) où est un scalaire quelconque (pression atmosphérique, température potentielle, ...). Une autre forme de l'équation fondamentale est celle qui donne le taux d'accroissement individuel d'une composante de la rotationnelle absolue. Cette forme conduit à l'équation d'Ertel. En terminant, l'auteur généralise l'invariant d'Ertel-Rossby.

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Summary Having recalled some results of the tensor analysis and the equations of atmospheric motion in general coordinates, the writer establishes the fundamental equation of the absolute vorticity. Different forms of this equation are mentioned. One of these is the equation of balance from which it is possible to deduce the definition of transport and production of vorticity. It is shown that the equation of balance of the absolute vorticity may be reduced to an equation of balance in two-dimensional space. Two examples illustrate the general equations and formulas: the first example, in spherical coordinates (, ,r), the second one in the coordinates (, , ) where is an arbitrary single-valued scalar quantity (pressure, potentiel temperature, ...). Another form of the absolute vorticity equation expresses the individual change of an arbitrary component of the absolute vorticity. This form leads toErtel's equation. Finally, the writer generalizes theErtel-Rossby invariant.

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Zusammenfassung Nach einer Rekapitulation einiger Resultate der Tensorrechnung und der atmosphärischen Bewegungsgleichungen in generalisierten Koordinaten wird die absolute Wirbelgleichung aufgestellt und es werden verschiedene Formen dieser Gleichung erwähnt. Eine derselben ist die Bilanzformel, aus der die Definition des Wirbeltransports und der Anteil der Wirbelbildung abgeleitet werden können. Es wird gezeigt, daß die Bilanzgleichung des absoluten Wirbels auf eine Bilanzgleichung im zweidimensionalen Raum reduziert werden kann. Die allgemeinen Formeln werden durch zwei Beispiele erläutert: das erste in Kugelkoordinaten (, ,r), das zweite in den Koordinaten (, , ), wo eine beliebige skalare Größe (luftdruck, potentielle Temperatur usw.) darstellt. Eine andere Form der absoluten Wirbelgleichung gibt die individuelle Zunahme einer beliebigen Komponente der absoluten Wirbelstärke wieder; diese Form führt zurErtelschen Gleichung. Zum Schlusse wird dieErtel-Rossbysche Invariante verallgemeinert.

     

Théorie des oscillations annuelles et diurnes de la température à la surface des continents et des océans

Résumé On détermine analytiquement les températures absoluesT (z, t) etT (z, t) dans l'air et dans le substrat terrestre, au voisinage de la surface de séparation de ces milieux, sous la condition que le rayonnement global varie dans le temps selon une fonction périodique simple ou quelconque. A cette fin, on s'attache à résoudre le système des deux équations de la chaleur dans l'air et dans le substrat terrestre en tenant compte de toutes les conditions physiques déterminantes du problème. Celles-ci interviennent dans l'équation énergétique aux limites pour le plan de séparationz=0. Un minimum d'hypothèses simplificatrices confère une plus haute valeur pratique aux résultats. Leur limitation principale réside dans le fait que les diffusivités turbulentesK etK _w de l'air et de l'Océan sont supposées constantes. On retrouve le résultat classique selon lequel l'onde thermique est déphasée sur le rayonnement global et jouit d'une amplitude proportionnelle à celle de ce rayonnement. Toutefois, l'amortissement thermique et le déphasage dépendent cette fois de la somme + des «propriétés thermiques» du substrat et de l'air, et étant alternativement dominant selon qu'il s'agit des Continents ou des Océans. Dans ce dernier cas, la théorie des oscillations thermiques est traitée d'abord en admettant l'existence d'une couche d'eau isothermique. On établit ensuite la théorie plus réaliste qui considère à la fois la diffusivité thermique turbulenteK _w et le coefficient d'extinctionq du rayonnement global dans l'Océan. Le point de départ de la théorie est l'équation de la chaleur dans un milieu semi-transparent. Les résultats montrent que l'onde thermique de surface subit un amortissement complémentaire dû au facteurq, le déphasage sur le rayonnement global pouvant atteindre 91 jours alors que cette limite n'est que de 45 jours pour les Continents. La discussion des résultats théoriques montre leur bon accord quantitatif avec les faits observés. On termine par quelques applications de la théorie; on montre notamment que celle-ci valide rationnellement la théorie astronomique des phases climatiques quaternaires.

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Summary Absolute temperaturesT (z, t) andT (z, t) near the interface of air and terrestrial substratum are analytically determined, under the condition that the total radiation varies with time according to a simple or to any other periodic function. To achieve this, the system of two equations of heat in air and terrestrial substratum is resolved in taking into account all the determining physical conditions of the problem. These conditions are considered in the energy boundary equation for the surface of separationz=0. A minimum number of simplifying hypotheses give a higher practical value to the results whose principal limitation lies in the fact that eddy conductivitiesK andK _w of air and ocean water are supposed to be constant. The classical result that the thermal wave differs in phase from the total radiation and gives an amplitude proportional to that radiation is confirmed. However, the thermal damping and the lag in phase depend here of the sum + of the thermal properties of the substratum and the air, and being preponderant for continents and oceans respectively. In the last case, the theory of thermal oscillations is first studied with the aid of the hypothesis of an isothermal water layer. Then a more realistic theory is established which considers in addition the eddy diffusivityK _w and the extinction coefficientq of the total radiation in the ocean. The basis of the theory is the heat equation for a semi-transparent medium. The results show that the surface thermal wave suffers a further damping due toq. In addition, the maximum temperature may lag behind the maximum radiation by as much as 91 days as against a maximum of 45 days for the continents. The discussion of the theoretical results shows their good quantitative agreement with the observations. Some practical applications of the theory are given. For example the validity of the astronomical theory of the climatic changes during the Quaternary period is rationally justified.

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Zusammenfassung Die absoluten TemperatureT (z, t) undT (z, t) von Luft und terrestrischer Unterlage in der Nähe der Trennschicht der beiden Medien werden analytisch bestimmt mit der Bedingung, daß die Globalstrahlung nach einer einfachen oder einer beliebigen periodischen Funktion mit der Zeit variiert. Zu diesem Zweck wird versucht, under Berücksichtigung aller bestimmenden physikalischen Bedingungen des Problems das System der beiden Wärmegleichungen für Luft und für das terrestrische Substrat zu lösen. Diese gehen in der Energiegleichung für die Grenzbédingungen der Trennflächez=0 ineinander über. Ein Minimum an vereinfachenden Hypothesen erhöht den praktischen Wert der Resultate; die Annahme der Konstanz des AustauschkoeffizientenA=K undA _w = _w A _w der Luft und des Ozeans bildet die wichtigste Einschränkung. Das klassische Resultat, nach dem die Wärmewelle zur Globalstrahlung in Phase verschoben und ihre Amplitude proportional zur Strahlungsamplitude ist, wird bestätigt. Die Abschwächung der thermischen Amplitude sowie die Phasenverschiebung hängen aber von der Summe + der thermischen Eigenschaften der Unterlage und der Luft ab; wobei oder überwiegt, je nachdem es sich um die Kontinente oder die Ozeane handelt. Für den letzteren Fall Wird die Theorie der Wärmeschwankungen zuerst unter der Annahme der Existenz einer isothermen Wasserschicht behandelt. Hernach wird die allgemeiner gültige Theorie entwickelt, welche gleichzeitig den TurbulenzaustauschA _w und den Extinktionskoeffizientenq der Globalstrahlung im Ozean in Betracht zieht. Den Ausgangspunkt für die Theorie bildet die Wärmegleichung für ein Strahlungsdurchlässiges Medium. Die Resultate zeigen, daß die Oberflächenwärmewelle eine Abschwächung entsprechend dem Faktorq erfährt; dabei kann die Phasenverschiebung gegenüber der Globalstrahlung 91 Tage erreichen, während die maximale Verschiebung für die Kontinente nur 45 Tage beträgt. Die Vergleichung der theoretischen Resultate ergibt deren gute quantitative Übereinstimmung mit den Beobachtungstatsachen. Zum Schluß werden einige Anwendungen der Theorie gebracht; so wird z. B. gezeigt, daß diese eine sinngemäße Rechtfertigung der Gültigkeit der astronomischen Theorie der quaternären klimatischen Phasen gestattet.

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Institut belge pour l'Encouragement de la Recherche Scientifique Outre-Mer (IBERSOM), 3, rue Montoyer, Bruxelles, Belgique.     

Der Umkehreffekt von Götz Messungen des Zenithimmelslichtes mit dem Multiplier

Zusammenfassung Bisher wurde der Umkehreffekt vonGötz nur mittels Photozelle oder Zählrohr untersucht. Die Anwendung des Multipliers als Meßinstrument bietet wegen dessen wesentlich größerer Empfindlichkeit viele Vorteile. So kann damit noch bei Zenitdistanzen der Sonnez>90° bei kleineren Wellenlängen als bisher und bei engerem Spalt des Spektrometers (bessere Monochromasie) gemessen werden.Resultate: 1. Die Verschiebung der Minima der Umkehrkurven,i _n /i _m =f(z), erfolgtgleichsinnig mit abnehmender Wellenlänge _n nach kleineren Zenitdistanzen (entgegen den Angaben vonSchein undStoll, aber in Übereinstimmung mit der Theorie nachGötz undDobson). 2. Zum ersten Mal beziehen sich hier die Angaben aufeffektive Wellenlängen, die ihrerseits noch eine Funktion vonz sind. 3. Aus den Messungen bei den kleinsten, bisher noch nicht zugänglichen Wellenlängen folgt, daß deren Streuniveaus bei tiefen Sonnenständen oberhalb der Schichten größten Ozongehaltes liegen müssen.

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Summary Until now the Umkehr-effect of Götz (inversion of intensity-ratio in zenith-scattered sunlight) has been investigated only by means of photocells or Geiger counters. The application of the multiplier as measuring instrument is of greater advantage because of its much higher sensitivity. Measurements can be made with it even with the sun's zenith distancesz>90° at shorter wave-lengths and with a narrower slit of the spectrometer (better monochromasy).Results: (1) The shift of the minima of the Umkehr-curvesi _n /i _m =f(z), erfolgtgleichsinnig mit abnehmender Wellenlänge _n shows the same sense with decreasing wave-length _n to shorter zenith distances (in opposition to the assertions ofSchein andStoll, but in agreement with the theory ofGötz andDobson). (2) For the first time the statements refer here to effective wave-lengths which in their turn are a function ofz. (3) From measurements of the shortest wave-lengths which until now have not yet been accessible, it can be concluded that at low sun heights the scattering level is situated above the layers with the greatest ozone content.

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Résumé Jusqu'à présent le «Umkehreffect» deGötz, c. à d. l'effet d'inversion des relations d'intensité dans le rayonnement solaire zénithal diffus, n'a été étudié qu'au moyen de cellules photo-électriques ou de compteurs Geiger. En utilisant le multiplicateur comme instrument de mesure on obtient l'avantage d'une bien plus grande sensibilité. Ainsi il est possible de mesurer encore à des distances zénithales du soleil dez>90° par longueurs d'ondes plus courtes que jusqu'ici et avec une fente du spectromètre plus étroite, ce qui nous garantit une meilleure monochromasie.Résultats: 1) Le déplacement des minima des courbes d'inversioni _n /i _m =f(z), erfolgtgleichsinnig mit abnehmender Wellenlänge _n s'effectue dans le même sens que la diminution des longuers d'ondes _n , par distances zénithales plus petites (contrairement aux assertions deSchein et deStoll, mais en concordance avec la théorie selonGötz etDobson). — 2) Pour la première fois les données se rapportent ici à des longueurs d'ondes effectives qui, de leur côté, sont encore fonctions dez. — 3) Il ressort des mesures des plus courtes longueurs d'ondes, qui, jusqu'ici, restaient hors d'atteinte, que pour des hauteurs du soleil basses, leur niveau de fiffusion se trouve au-dessus des couches ayant le plus grand contenu d'ozone.

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Mit 9 Textabbildungen     

On the synoptics and dynamics of orographically induced cyclones in the Mediterranean

Summary In the first part of the present paper all cases of orographically induced cyclogeneses in the Western Mediterranean (40 cases) during the whole 13 months of the ALPEX Observing Period (AOP: 1 September 1981–30 September 1982) are investigated statistically to find similarities between them. It can be shown that essentially there exist two different types of such cyclogeneses: the Vorderseiten-type (southwesterly upper-level flow) and the Überströmungs-type (northwesterly upper-level flow). Both types are accompanied by low level blocking of cold air by the Alps. The second part of the paper is concerned with the understanding of the explosive development of an orographically induced cyclone in the Western Mediterranean by means of vorticity dynamics on isentropic surfaces. Budget equations for the shear and curvature vorticity allow us to find out the reasons for the increase of curvature vorticity, locally as well as individually. Such growth rates are caused by corresponding convergences and by transformation from shear into curvature vorticity, respectively. Case studies of some ALPEX-SOP cyclogeneses illustrate the vorticity-dynamical considerations.

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Zur Synoptik und Dynamik orographisch induzierter Zyklogenesen im Mittelmeerraum

Zusammenfassung In der vorliegenden Studie werden zunächst alle orographisch induzierten Zyklogenesen im westlichen Mittelmeerraum (40 Fälle) während der gesamten 13 monatigen ALPEX-Beobachtungsperiode (AOP: 1. September 1981–30. September 1982) einer statistischen Untersuchung unterzogen, um Gemeinsamkeiten herauszufinden. Dabei zeigte es sich, daß im wesentlichen zwei Typen von derartigen Zyklogenesen auftreten: der Vorderseiten-Typus und der Überströmungs-Typus. In beiden Fällen kommt es dabei in den unteren Luftschichten zur Blockierung der Kaltluft durch die Alpen. Im weiteren wird dann die vielfach explosionsartige Entwicklung der orographisch induzierten Zyklogenese im westlichen Mittelmeer mit Hilfe der Vorticitydynamik auf isentropen Flächen zu verstehen versucht. Die Aufspaltung der Bilanzgleichung für die Vorticity in eine Bilanzgleichung für die Scherungs- und in eine Bilanzgleichung für die Krümmungsvorticity, erlaubt das genaue Wachstumsstudium der Krümmungsvorticity sowohl lokal als auch individuell. Derartige Wachstumsraten kommen durch entsprechende Konvergenzen bzw. durch die Umwandlung von Scherungs- in Krümmungsvorticity zustande Mehrere Fallstudien von ALPEX-SOP veranschaulichen diese wirbeldynamischen Überlegungen.

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With 9 Figures     

An elementary valley wind model

Summary With the typical geometry of a large Alpine valley in mind, a box-type model consisting of only one (Alpine) basin, the forelands, and one valley tube connecting those two has been set up. Using drastically simplified equations of motion, continuity and heat, and supposing weak-gradient synoptic conditions, a periodic solution for the daily wave of the valley wind regime is obtained.Fundamental concepts like the area-height distribution of valley segments, or the role of slope winds and other fast-reacting local circulations in heating or cooling the main valley and larger basins, are being incorporated. The solution has valley wind speeds correct in amplitude and phase, maximum upvalley wind occurring around 16 h local time. Valley winds attempt to equalize horizontal pressure differences, which are caused by the fact that the interior of valleys is being heated and cooled more strongly by a factor of 2 or more than the atmosphere over the adjacent plain = foreland. In this attempt, they reduce the temperature contrast somewhat, but not very much, because friction in the valley is a dominating process. The present model also nicely reproduces observed features of the daily pressure wave, including the existence of a level of pressure equalization (between the valley interior and the plain) at about crest height.

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Grundzüge eines Talwindmodells

Zusammenfassung Ich habe das typische Relief eines großen Alpentals vor Augen, und konstruiere ein Schachtel-Modell, das drei schematische Regionen umfaßt: ein inneralpines Becken, das Alpenvorland, und eine Talröhre, die diese beiden verbindet. Die Impuls-, Kontinuitäts- und thermodynamische Gleichung werden in stark vereinfachter Form angesetzt, wobei eine gradientschwache Wetterlage vorausgesetzt wird. Wir untersuchen die tagesperiodische Lösung dieses Systems für Talwind, Temperatur, Luftdruck. In diesen Gleichungsansatz wurden grundlegende Konzepte eingearbeitet: z.B. die Flächen-Höhenverteilung des Beckens, oder die Rolle der Hangwinde und anderer kleinräumiger, schnell reagierender thermischer Zirkulationen, die die lokale Erwärmung/Abkühlung dem Haupttal bzw. größeren Talbecken mitteilen. Die vorliegende Lösung zeigt Talwindgeschwindigkeiten, deren Amplitude und Phase mit den Beobachtungen gut übereinstimmen: der Taleinwind hat sein Maximum um ca. 16 Uhr Lokalzeit (MEZ). Die Talwinde sind ein Versuch, horizontale Druckdifferenzen auszugleichen, die wiederum auf Grund der Tatsache entstehen, daß die Erwärmung/Abkühlung des Taiinneren um mehr als den Faktor 2 stärker ist als die der Luftsäule über dem angrenzenden Vorland. Bei diesem Versuch reduzieren die Talwinde den Temperaturkontrast, aber nur um weniges, da die Ausgleichsströmung durch die Talröhre starker Reibung unterliegt. Schließlich reproduziert das vorliegende Modell in zufriedenstellender Weise den tagesperiodischen Druckgang, wie er in verschiedenen Höhen beobachtet wird, vor allem auch das sogenannte Druckausgleichsniveau, das ungefähr in Kammhöhe liegt.

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With 2 Figures     

On the cumulative frequency distributions ofk-day period amounts of precipitation for any station in The Netherlands,while k≧30

Summary A simple method of representing cumulative frequency distributions ofk-day period amounts of precipitation (30k1800), deduced from observations at Hoofddorp during 87 years and from observations at Winterswijk during 73 years, by means of cumulative Poisson distributions, had been developed. Poisson's constant appeared to depend linearly onk only, while the Poisson unitq appeared to be only proportional to the annual variation.In this paper it is shown that the representation of observed cumulative frequency distributions with the aid of Poisson distributions is true for any station in The Netherlands in the interval 30k1800. A map with isopleths of -values fork=360 presents a simple picture, so that for any station an -value fork=360 can be estimated. For the process of representation the meank-day period amount of precipitation is also necessary. This value may be obtained from a map for each of the 12 months, each map covered with isohyetal lines, which give a distribution of the monthly precipitation.

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Zusammenfassung Es wurde eine Methode entwickelt, um in einfacher Weise Summenfunktionen vonk-tägigen Niederschlagsmengen (30k1800), welche aus Beobachtungen in Hoofddorp während 87 Jahren und in Winterswijk während 73 Jahren angestellt worden sind, durch kumulative Poissonsche Häufigkeitsverteilungen darzustellen. Dabei ergab sich, daß die Poissonsche Konstante nur linear vonk abhängig ist, während die Poissonsche Einheitq sich als proportional zum Jahresgang erwies.In der vorliegenden Untersuchung wird nun gezeigt, daß die Darstellung der beobachteten kumulativen Häufigkeitsverteilungen mit Hilfe von Poisson-Verteilungen für irgendeine Station in den Niederlanden im Bereich von 30k1800 gültig ist. Eine Karte mit Isoplethen der -Werte fürk=360 ergibt ein einfaches Bild, aus dem für jede beliebige Station ein -Wert fürk=360 abgelesen werden kann. Für eine solche Darstellung muß auch die Niederschlagsmenge derk-tägigen Perioden bekannt sein; diese Werte erhält man aus monatlichen Isohyeten-Karten, die die monatliche Niederschlagsverteilung wiedergeben.

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Résumé On avait développé une méthode pour représenter d'une façon simple les distributions des sommes cumulées dek jours (30k1800) des quantités de précipitations déduites des observations faites à Hoofddorp pendant 87 ans et à Winterswijk pendant 73 ans. On avait démontré que la constante de Poisson ne dépend dek que linéairement et que l'unité de Poissonq est proportionnelle à la variation annuelle.De la présente étude ressort que, dans l'intervalle de 30k1800, la représentation des distributions des fréquences cumulées observées au moyen des formules de Poisson est valable pour une station quelconque aux Pays-Bas. Une carte d'isoplèthes de la valeur pourk=360 donne une image suffisamment simple pour que la valeur d'une station quelconque aux Pays-Bas puisse être déterminée sans difficulté. Pour une telle représentation il faut connaître également les moyennes des quantités des périodes dek jours de la précipitation. Ces valeurs peuvent se déduire de cartes mensuelles des isohyètes moyennes.

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With 1 Figure

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Dedicated to Dr.Anders K. Ångström on the occasion of his 70th birthday.     

Kleinraummeteorologische Studien im Federseegebiet in Strahlungsnächten

Zusammenfassung Die vorliegende Studie befaßt sich mit den meteorologischen Vorgängen in einer extrem stabil aufgebauten Kaltluft, wie sie sich in Strahlungsnächten in einem abgeschlossenen Becken mit ebener, horizontaler Talsohle von einigen Kilometern Ausdehnung und im wesentlichen einheitlichem Untergrund einer Moorlandschaft herausbildet.Untersucht wird in erster Linie das Eigenleben der so abgeschlossenen Luftmasse. Dabei zeigt sich, daß der Zustand eines ruhenden Kaltluftsees zumeist erst im Endstadium des nächtlichen Prozesses näherungsweise erreicht wird. Während des größten Teiles der Nacht kommen vielmehr überraschend lebhafte und weitreichende angenähert horizontale Bewegungen leicht zustande, die sich im thermischen Gefüge wie in der Windstruktur kundtun und in dem Verhalten der Nebel- und Dunstfelder sichtbar werden. Unter der Wirkung von Schwerkraft, Druckgefälle und Reibung entstehen einfache Gleitvorgänge, Schaukelbewegungen, fortschreitende Wellen und Seiches, die in einzelnen Beispielen beschrieben werden. Ähnlich wie in der Großraummeteorologie bilden sich durch das quantenhafte Verhalten der Energieumsätze Luftkörperindividuen, deren Deformation hier einfacheren Gesetzen folgt. Trotz ihrer sehr verschiedenen Größenordnung von einigen Dekametern bis zu mehreren Kilometern Ausdehnung bei geringer vertikaler Mächtigkeit zeigen sie auf ihrer Vorderseite einheitlich die Form des vonW. Schmidt in Modellversuchen gefundenen Böenkopfes.Der Einfluß höherer Luftschichten auf die stabilisierte Bodenkaltluft äußert sich in aufgeprägten Wellen und Frendlufteinschüben. Das Beispiel eines nächtlichen Wärmeeinbruchs aus der Höhe wird eingehend beschrieben.

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Summary The present study deals with the meteorological processes in an extremely stable cold air, formed in clear nights in a confined basin with a plane, horizontal basis extended for some kilometres, and with an essentially uniform ground in a fen-country.In the first place the proper life of the so limited air is studied. It becomes evident, that the state of a resting lake of cold air generally is approximately reached but in the final phase of the night-time process. Moreover, for the greater part of the night surprising active and extended movements of nearly horizontal course easily occur, becoming evident in the structure of wind and temperature stratification and also visible in the behaviour of fog and haze fields. Produced by gravitation, pressure gradient and friction, simple gliding and swinging motions, proceeding waves and seiches result which are described in single examples. Corresponding to the large scale meteorology individual air bodies form by the quantum-like behaviour of energy transformations. Their deformation in this case however, takes course according to simpler laws. In spite of their much various magnitude of the dimensions of some decametres up to several kilometres, while being of small vertical extension they show in their fore part in all cases the shape of a Böenkopf as found byW. Schmidt by model experiments.The influence of upper atmospheric layers on the stable cold air near the ground manifests itself by impressed waves and by influxes of heterogeneous air. An example of a nocturnal invasion of warm air from aloft is described in detail.

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Résumé Cette étude traite des processus météorologiques dans un air froid d'une stratification extrêmement stable, qui se développent pendant des nuits claires dans un bassin fermé, ayant une base plane et horizontale, d'une étendue de quelques km, et recouverte par le sol essentiellement homogène d'une région marécageuse.C'est surtout la «vie propre» de cette masse d'air limitée qui est étudiée. Il se trouve que, le plus souvent, l'état d'un «lac immobile d'air froid» n'est atteint approximativement qu'à la fin du processus nocturne. Pendant la plus grande partie de la nuit, se produisent au contraire facilement des mouvements presque horizontaux étonnamment actifs et étendus, qui se manifestent dans la structure thermique et du vent, et qui deviennent visibles par le comportement des couches de brouillard et de brume. De simples processus de glissement, des oscillations, des ondes progressives et des seiches se forment sous l'influence de la gravitation, du gradient de pression et du frottement; ils sont décrits par des exemples particuliers. Comme cela se produit dans la météorologie à grande échelle, il se forme des corps atmosphériques individuels à la suite du comportement en quanta des transformations d'énergie. Leur déformation a lieu cependant selon des lois plus simples. En dépit de leur étendue très variable allant de quelques decamètres à plusieurs km, et leur épaisseur peu considérable, ils montrent tous à leur partie antérieure la forme d'un «Böenkopf», pareil à celui queW. Schmidt a trouvé à la suite de ses expériences qu'il fit avec des modèles.L'influence des couches supérieures de l'atmosphère sur l'air froid stable au sol se manifeste par l'impression d'ondes et par des apports d'air étranger. On décrit ensuite en détail une invasion nocturne d'air chaud depuis les couches supérieures.

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Mit 13 Textabbildungen.

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Herrn Prof. Dr.W. Peppler, zum 70. Geburtstag.     

Time-dependent greenhouse warming computations with a coupled ocean-atmosphere model

Climate changes during the next 100 years caused by anthropogenic emissions of greenhouse gases have been simulated for the Intergovernmental Panel on Climate Change Scenarios A (business as usual) and D (accelerated policies) using a coupled ocean-atmosphere general circulation model. In the global average, the near-surface temperature rises by 2.6 K in Scenario A and by 0.6 K in Scenario D. The global patterns of climate change for both IPCC scenarios and for a third step-function 2 x CO₂ experiment were found to be very similar. The warming delay over the oceans is larger than found in simulations with atmospheric general circulation models coupled to mixed-layer models, leading to a more pronounced land-sea contrast and a weaker warming (and in some regions even an initial cooling) in the Southern Ocean. During the first forty years, the global warming and sea level rise due to the thermal expansion of the ocean are significantly slower than estimated previously from box-diffusion-upwelling models, but the major part of this delay can be attributed to the previous warming history prior to the start of present coupled ocean-atmosphere model integration (cold start).     

Bemerkungen zu W. Dammann „Untersuchung über Schwankungen der Winterniederschläge in Deutschland”

Zusammenfassung An der Methode wird die physikalische Unwirklichkeit der Zusammenfassung der Monate Januar, Februar, März und November und Dezember des gleichen Kalenderjahres als Winter und die Unterdrückung wesentlicher Zusammenhänge mit dem Sonnenfleckenzyklus durch Bildung übergreifender Fünfjahresmittel bemängelt. Hinsichtlich des Ergebnisses wird die behauptete Ähnlichkeit der erhaltenen Kurven mit der Sonnenfleckenwelle widerlegt.

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Summary It is shown that the practice to define the months of January, February, March and November, December of the same calendar year as winter is not justifiable, from a physical point of view. By using running 5-yearly means important relations to the cycle of sun-spots are suppressed. A proposed similarity of the curves obtained byDammann with the solar cycle is disproved.

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Résumé L'auteur montre que l'hiver défini par la période de janvier à mars et de novembre à decembre de la même année est une irréalité physique et que l'emploi de la moyenne mobile de cinq ans masque le cycle des taches solaires; les courbes obtenues parDammann ne correspondent pas rythme des taches.

     

Influence of heterogeneous land surfaces on surface energy and mass fluxes

Summary Land-surface heterogeneity affects surface energy fluxes. The magnitudes of selected land-surface influences are quantified by comparing observations with model simulations of the FIFE (First ISLSCP Field Experiment) domain. Several plausible heterogeneous and homogeneous initial and boundary conditions are examined, although soilmoisture variability is emphasized. It turns out that simple spatial averages of surface variation produced biased flux values. Simulated maximum latent-heat fluxes were approximately 30 to 40 W m^–2 higher, and air temperatures 0.4 °C lower (at noon), when computations were initialized with spatially averaged soil-moisture and leaf-area-index fields. The planetary boundary layer (PBL) height and turbulent exchanges were lower as well. It additionally was observed that (largely due to the nonlinear relationship between initial soil-moisture availability and the evapotranspiration rate), real latent-heat flux can be substantially less than simulated latent-heat flux using models initialized with spatially averaged soil-moisture fields. Differences between real and simulated fluxes also vary with the resolution at which real soil-moisture heterogeneity is discretized.With 8 Figures     

Latitudinal variation of tropospheric temperature lapse rate

Summary The latitudinal variation of tropospheric temperature lapse rate is examined on the basis of recently published data for the northern hemisphere. In January, the lapse rate systematically decreases from 6.4°C/km. for the equator to 3.6°C/km. for 70°N; in July, the lapse rate is nearly constant in respect of latitude between the equator and 50°N, but decreases from the latter poleward. The average January–July lapse rate decreases systematically from 6.3°C/km. for the equator to 4.7°C/km. for 70°N. This variation is closely described by the equation =6.25–2 sin⁴, where is the lapse rate, in °C/km, for latitude . For the north pole, the equation gives a lapse rate of 4.25°C/km.

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Zusammenfassung Die Änderung des vertikalen Gradienten der Troposphärentemperatur mit der geographischen Breite wird auf Grund neuen Zahlenmaterials für die Nordhemisphäre untersucht. Im Januar nimmt der Temperaturgradient allmählich von 6.4°C/km am Äquator bis zu 3.6°C/km in 70°N Breite ab; im Juli ist der Temperaturgradient in den Breiten zwischen dem Äquator und 50°N Breite fast gleich und nimmt von hier aus polwärts ab. Der mittlere Temperaturgradient für Januar–Juli nimmt allmählich von 6.3°C/km am Äquator bis auf 4.7°C/km in 70°N Breite ab. Die Breitenabhängigkeit läßt sich gut durch die Gleichung =6.25–2 sin⁴ darstellen, in der der Temperaturgradient in °C/km in der Breite ist. Für den Nordpol ergibt die Gleichung einen Temperaturgradienten von 4.25°C/km.

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Résumé La variation latitudinale du gradient thermique vertical de la température troposphérique est examinée en se basant sur des données publiées récemment d'une valeur de 6.4°C/km pour l'équateur à 3.6°C/km pour 70°N; en juillet le gradient est presque constant pour les latitudes situées entre l'équateur et 50°N, mais il diminue d'ici vers le pôle. Le gradient moyen janvier/juillet diminue systématiquement de 6.3°C/km pour l'équateur à 4.7°C/km pour 70°N. Cette variation peut être représentée par l'équation =6.25–2 sin⁴ où est le gradient en °C/km pour la latitude . Pour le pôle nord, l'équation donne un gradient de 4.25°C/km.

     

SODAR-based estimation of TKE and momentum flux profiles in the atmospheric boundary layer: Test of a parameterization model

Summary A simple parameterization for the estimation of turbulent kinetic energy (TKE) and momentum flux profiles under near-neutral stratification based on sodar measurements of the vertical velocity variance has been tested using data from the LINEX-2000 experiment. Measurements included operation of a phased-array Doppler sodar DSDPA.90 and of a sonic anemometer USA-1 mounted at a meteorological tower at a height of 90m. Good agreement has been found between the TKE and momentum flux values derived from the sonic and sodar data (with correlation coefficients r>0.90 and a slope of the regression lines of about 1.01.1) suggesting the possible use of sodar measurements of _w ² to derive turbulence parameter profiles above the tower range.     

Bistability of the thermohaline circulation identified through comprehensive 2-parameter sweeps of an efficient climate model

The effect of changes in zonal and meridional atmospheric moisture transports on Atlantic overturning is investigated. Zonal transports are considered in terms of net moisture export from the Atlantic sector. Meridional transports are related to the vigour of the global hydrological cycle. The equilibrium thermohaline circulation (THC) simulated with an efficient climate model is strongly dependent on two key parameters that control these transports: an anomaly in the specified Atlantic–Pacific moisture flux (F_a) and atmospheric moisture diffusivity (K_q). In a large ensemble of spinup experiments, the values of F_a and K_q are varied by small increments across wide ranges, to identify sharp transitions of equilibrium THC strength in a 2-parameter space (between Conveyor On and Off states). Final states from this ensemble of simulations are then used as the initial states for further such ensembles. Large differences in THC strength between ensembles, for identical combinations of F_a and K_q, reveal the co-existence of two stable THC states (Conveyor On and Off)—i.e. a bistable regime. In further sensitivity experiments, the model is forced with small, temporary freshwater perturbations to the mid-latitude North Atlantic, to establish the minimum perturbation necessary for irreversible THC collapse in this bistable regime. A threshold is identified in terms of the forcing duration required. The model THC, in a Conveyor On state, irreversibly collapses to a Conveyor Off state under additional freshwater forcing of just 0.1 Sv applied for around 100 years. The irreversible collapse is primarily due to a positive feedback associated with suppressed convection and reduced surface heat loss in the sinking region. Increased atmosphere-to-ocean freshwater flux, under a collapsed Conveyor, plays a secondary role.     

Feuchtegehalt der Atmosphäre und Niederschlagsprognose im Zusammenhang mit der Lage des Beobachtungsortes zumplanetarischen Ringstrom (Jet Stream)

Zusammenfassung Es wird die Beziehung von Gesamtfeuchte der mittleren Atmosphäre (abgekürzt GF) zu Bewölkung und Fronten statistisch untersucht und die Zeichnung von Karten der GF angeregt; die Bedeutung des Ausbaues optischer Methoden wird hervorgehoben. Im Anschluß daran ergibt eine Untersuchung über die Zonen der größten Ausbeute der GF eine prognostisch verwertbare Bevorzugung der Lage am warmen Rand der Frontalzone bzw. des planetarischen Ringstromes, welchen AusdruckLossnitzer als Übersetzung für jet stream vorschlägt. Anschließend wird gezeigt, wie durch Kombination der hydro- und thermodynamischen Betrachtungsweise die Niederschlagsprognose weiter verbessert werden kann.

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Summary The relation between total humidity (GF) of the middle atmosphere and cloudiness or fronts is investigated statistically, and it is proposed to draw cards of the GF; the importance of promoting optical methods is emphasized. Furthermore an investigation of the zones with the bigges yield of GF leads to a preference of the warm edge of the frontal zone which is realizable for forecast; this part is the jet stream for whichLossnitzer proposes the German translation planetarischer Ringstrom (planetary annular stream). Finally it is shown how the forecast of precipitation can be improved by a combination of hydro- and thermodynamic manner of consideration.

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Résumé L'auteur étudie par voie statistique la relation existant entre «l'humidité totale» de l'atmosphère moyenne d'une part et la nébulosité et les fronts de l'autre; il reccommande le dessin de cartes de cette humidité totale et souligne l'avantage qu'il y a à développer les méthodes optiques. Une recherche portant sur les zones de plus grande humidité totale montre une relation pronostique particulière s'attachant aux régions chaudes en bordure de la zone frontale, respectivement de l'«anneau planetaire de courant» (planetarischer Ringstrom selonLossnitzer, ou jet stream). En assciant les points de vues hydrodynamique et thermodynamique, il est possible d'améliorer la prévision des précipitations.

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Mit 6 Textabbildungen.     

A study of the sensitivity of bare soil evaporation schemes to soil surface wetness,using the coupled soil moisture and surface temperature prediction model,BARESOIL

Summary The performance of evaporation schemes with and approach and their combination within resistance representation of evaporation from bare soil surface is discussed. For this purpose nine schemes, based on different functions of or , on the ratio of the volumetric soil moisture content and its saturated value are used.The quality of the chosen schemes has been evaluated using the results of time integration by the coupled soil moisture and surface temperature prediction model, BARESOIL, using in situ data. A sensitivity analysis was made using two sets of data derived from the volumetric soil moisture content of the top soil layer. One with values below the wilting point (0.17 m³m^–3) and the second with values above 0.20m³m^–3. Data sets were obtained at the experimental site Rimski anevi, Yugoslavia, from the bare surface of a chernozem soil.With 4 Figures