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.

---

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.

---

---

With 2 Figures     

Surface energy budget model of a cave

Summary A simple surface energy budget model is developed and validated for an aboriginal rock art site in Western Australia. The thermal regime of the rock face is strongly dependent on the sky view factor for a vertical surface element and the sensible and latent heat fluxes are shown to be relatively unimportant. Using climatological data, the model is extended to form the basis for appropriate environmental management and conservation of the rock art.

---

Zusammenfassung Es wird ein einfaches Oberflächenenergiebilanzmodell für eine Höhle mit Felszeichnungen der Eingeborenen in Westaustralien entwickelt und überprüft. Das thermische Regime der Felsoberfläche wird vom Bildwinkel des Himmels für ein vertikales Oberflächenelement dominiert, während sich die Flüsse fühlbarer und latenter Wärme als unbedeutend erwiesen. Die Berücksichtigung von klimatologischen Daten ermöglicht es, damit die Grundlagen für geeignete Umweltund Konservierungsmaßnahmen für das Kunstwerk zu schaffen.

---

---

With 4 Figures     

Some laboratory models of flow past the Alpine/Pyrenees mountain complex

Summary A series of laboratory experiments have been conducted to simulate the dynamical effects of the flow over and around a model Alpine/Pyrenean topography. The experimental study has employed a linearly salt-stratified rotating water channel through which the model topography is towed. Data have been collected for ranges of the similarity parameters (Rossby, Burger, Ekman and Froude numbers and the topography height to fluid depth ratio) which accord with their atmospheric values; only four of these parameters are independent. The ratio of the fluid depth to topography width need not be simulated because it does not appear as an independent parameter in the leading terms of the governing equations and boundary conditions. The results demonstrate the effects of flow direction on the horizontal motion patterns at various heights and numerous system parameter combinations. Vortex shedding is shown to occur for parameter ranges similar to those appropriate for the atmosphere; an empirical relation between the Strouhal and Rossby numbers is obtained and it is shown that the shedding periods is approximately twice the inertial period. The experiments demonstrate the flow splitting occurs in the vicinity of Geneva for both westerly and northwesterly flow. The importance of the Froude number in controlling the conditions under which fluid flows over or around the topography is illustrated, and the occurrence of lee waves for different values of the Froude and Rossby numbers (and different locations and flow directions) is described. Finally, it is shown that the advection of a parent cyclone from west to east along a path north of the Alps can generate a cyclone in the lower levels of the atmosphere in the vicinity of the Gulf of Genoa. It is suggested that these dynamical effects may play a role in triggering a lee cyclone which then might grow by other physical processes.

---

Einige Labormodelle von Strömungen im Einfluß des Alpen/Pyrenäen-Gebirgskomplexes

Zusammenfassung Es wurden eine Reihe von Laborexperimenten durchgeführt, um die dynamischen Effekte der Strömung über und um ein Modell der Alpen-Pyrenäentopographie zu simulieren. Bei der Experimentaluntersuchung wurde ein mit Salz linear geschichteter rotierender Wasserkanal, durch den das Modellgelände gezogen wird, verwendet. Es wurden Daten für Bereiche der Ähnlichkeitsparameter (Rossby-, Burger-, Ekman- und Froude-Zahl und das Verhältnis Geländehöhe zu Flüssigkeitstiefe) gesammelt entsprechend ihren atmosphärischen Werten. Nur vier von diesen Parametern sind unabhängig. Das Verhältnis der Flüssigkeitstiefe zur Geländebreite braucht nicht simuliert zu werden, weil es in den Haupttermen der bestimmenden Gleichungen und Randbedingungen nicht als unabhängiger Parameter aufscheint. Die Resultate veranschaulichen die Effekte der Strömungsrichtung auf die horizontalen Bewegungsmuster in verschiedenen Höhen und bei zahlreichen Kombinationen von Systemparametern. Es zeigt sich, daß Wirbelablösung in ähnlichen Parameterbereichen vorkommt, wie sie für die Atmosphäre geeignet sind. Man erhält eine empirische Beziehung zwischen der Strouhal- und der Rossby-Zahl und es zeigt sich, daß die Ablösungsperiode annähernd das Doppelte der Trägheitsperiode ausmacht. Die Experimente zeigen, daß Strömungsaufspaltung im Bereich von Genf sowohl für westliche, als auch für nordwestliche Strömungen vorkommt. Weiters wird die Bedeutung der Froude-Zahl für die Kontrolle der Bedingungen, unter welchen die Flüssigkeit über oder um die Topographie fließt, veranschaulicht und das Auftreten von Lee-Wellen für verschiedene Werte der Froude- und der Rossby-Zahl (und verschiedene Stellen und Strömungsrichtungen) beschrieben. Schließlich wird gezeigt, daß die Advektion einer Mutterzyklone von West nach Ost nördlich der Alpen eine Zyklone in den unteren Schichten der Atmosphäre im Bereich des Golfs von Genua erzeugen kann. Es wird darauf hingewiesen, daß diese dynamischen Effekte beim Auslösen einer Lee-Zyklone, welche dann durch andere physikalische Prozesse wachsen könnte, eine Rolle spielen kann.

---

---

With 15 Figures     

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.

---

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.

---

---

With 9 Figures     

The Ekman Spirals

Summary It is shown that some of the principal features of theEkman Spirals are valid even if the coefficient of friction is variable and that the theory with good approximation gives the explanation of the mean variation of the wind with the height from the anemometer height upwards and for the currents caused in the sea by the wind from the surface waves downwards. The relations between these two phenomena are discussed.

---

Zusammenfassung Es wird gezeigt, daß einige der wichtigsten Eigenschaften der Ekman-Spiralen auch für einen variablen Reibungskoeffizient Geltung behalten und daß die Theorie mit guter Annäherung eine Erklärung für die mittlere Windänderung mit der Höhe von Anemometerhöhe aufwärts und für die windbedingten Strömungen im Meer von der Wellenfläche abwärts gibt. Die Beziehungen zwischen diesen zwei Erscheinungen werden diskutiert.

---

Résumé L'auteur démontre que certaines des principales propriétés des spirales d'Ekman restent valables même avec un coefficient de frottement variable. En outre, cette théorie explique avec une bonne approximation la variation moyenne du vent avec l'altitude au-dessus de la hauteur de l'anémomètre et les courants occasionnés dans la mer par le vent de la surface des vagues vers le bas. L'auteur discute les relations existant entre les deux phénomènes.

---

---

With 5 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.

---

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.

---

---

With 13 Figures     

A study of the daily and hourly change of sunshine duration values on Crete island

Summary In this paper the daily and hourly values of sunshine duration, as well as the spells of virtually sunless days (daily sunshine duration 3.0 hrs) in Crete island are examined for the decade 1971–1980, which has been chosen for homogeneity of the existing observations.We have found that the sunshine duration at meteorological stations on the south side of Crete island exceeds the sunshine duration at the meteorological stations located on the north side of the island, which is attributed to the combination of Crete's relief and the prevalence of the north winds. We have also found that the sunshine duration measured at the meteorological stations on the east side of the island during the cold period of the year (October-March) exceeds the sunshine measured at the meteorological stations on the west side. This excess is attributed to the influence of the moving cyclones of the Mediterranean Sea especially during this season.We also believe that the moving cyclones are responsible for the same picture which appears when we study the virtually sunless spells with 1, 2 or three consecutive days at all the examined meteorological stations, while virtually sunless spells with more than 3 days show a concentration on meteorological stations on the north side of the island which is caused by the ground relief and the north-blowing winds.Finally, we found that virtually sunless spells follow a modified G. Polya distribution which, using theX ²-test, gives a very good fit at the 95% confidence level.

---

Zusammenfassung Es werden die tägliche und stündliche Sonnenscheindauer sowie Tage mit kurzer Besonnung (tägliche Sonnenscheindauer 3,0 Stunden) auf Kreta für die Dekade 1971–1980, die aufgrund der Homogenität der Beobachtungen ausgewählt wurde, untersucht.Die Sonnenscheindauer auf der Südseite der Insel übersteigt die auf der Nordseite, was auf das Relief Kretas und die vorherrschenden Nordwinde zurückgeführt wird. In der kalten Jahreszeit (Oktober bis März) übersteigt die Sonnenscheindauer im Osten die im Westen. Dieser Unterschied dürfte auf den zu dieser Zeit starken Einfluß der wandernden Zyklonen im Mittelmeer zurückzuführen sein.Es wird vermutet, daß das vermehrte Auftreten von ein bis drei aufeinanderfolgenden, praktisch sonnenfreien Tagen im Westen auf die gleiche Ursache zurückzuführen ist, während mehr als drei sonnenfreie Tage konzentriert im Norden auftreten, wohl wegen des Reliefs und des Nordwinds.Schließlich wird gezeigt, daß die praktisch sonnenfreien Tage einer modifzierten Polya-Verteilung folgen. EinX ²-Test ergibt eine gute Übereinstimmung mit einem 95% Konfidenzintervall.

---

---

With 3 Figures     

On the predictability of low-level flow during ALPEX

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

---

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.

---

---

With 14 Figures     

Theoretical study of cross-valley wind circulation

Summary An analytical model is developed to investigate the interaction between the large scale prevailing air flow and the thermally induced slope wind circulation. The Boussinesq approximation is assumed. The lower order successive approximation solutions are obtained in spectral representation for both typical daytime and night time cases. The results have produced interesting circulation features often observed in mountainous terrain.

---

Theoretische Untersuchung der ein Tal überquerenden Windzirkulation

Zusammenfassung Es wird ein analytisches Modell zur Untersuchung der Wechselwirkung zwischen einer großräu mig vorherrschenden ein Tal überführenden Luftströmung und der thermisch ausgelösten Hangwindzirkulation entwickelt. Dabei wird die Approximation nach Boussinesq angewendet. Für typische Verhältnisse bei Tag und bei Nacht werden Näherungslösungen niedrigerer Ordnung in spektraler Darstellung erhalten. Die Ergebnisse haben interessante Zirkulationsformen aufgezeigt, die oft im gebirgigen Gelände beobachtet werden.

---

---

With 8 Figures     

Ein Beitrag zur praktischen Absch?tzung der Ausdehnung von Erdbebenherden

Zusammenfassung Eine gleichmäßige Zunahme der Laufzeitdifferenz zwischen Kompressions- und Scher welle mit der Distanz vom Erdbebenherd erweist sich für den Ostalpenraum als gegeben. Es wird ein Durchschnittswert der Zuwachsrate von 0,12 Sekunden pro Kilometer Herddistanz erhalten. Aufgrund dieser einfachen Beziehung ist es möglich, aus den Daten zweier seismischer Stationen die flächenmäßige Anordnung der Epizentren einer Bebenserie zu bestimmen. Dadurch kann einerseits die Verlagerung der Epizentren im Verlaufe des Bebengeschehens und andererseits auch das Gesamtausmaß des seismisch aktiven Raumes (Herdvolumen) ermittelt werden. Dies wird anhand der Bebenserien in Friaul gezeigt.

---

A contribution to a practical estimation of the dimensions of earthquake foci

Summary First, the uniform increase of the travel time difference of compressional and shear waves in dependence on focal distance is examined for the Eastern Alps. The result is a mean rate of 0.12 seconds per kilometre of distance. Because of this simple relation it is possible to estimate the distribution of epicentres in the case of earthquake series by only two seismic stations. Thus, the migration of foci as well as the full size of the active seismic area (earthquake volume) can be evaluated. In the following, this procedure is applied to the earthquake sequences in Friuli, Northern Italy.

---

---

Mit 5 Abbildungen     

Comparison of Penman and Thornthwaite methods of estimating potential evapotranspiration for Indian conditions

Summary Thornthwaite's (1948) empirical method of estimating potential evapotranspiration (PE) has been preferred by several scientists in India to Penman's (1948) theoretical combination approach, because of the former's simplicity. However, in view of the doubts expressed in various quarters regarding the applicability of Thornthwaite's method for monsoon climates, a comparison is made of the performance of these two methods over different parts of India, using about 26 years of data at 15 stations spread over the country. Various aspects of the manifestations and their differences are presented. It is found that Thornthwaite's method gives considerably higher estimates ofPE and shows lower inter-annual variability than Penman's method during the southwest monsoon season. A systematic annual variation of the difference between the two methods is also noticed which is found to be mainly due to the actual vapor pressure and sunshine duration included in Penman's method.

---

Zusammenfassung Thornthwaites (1948) empirische Methode zur Bestimmung der potentiellen Evapotranspiration (PE) wurde auf Grund ihrer Einfachheit von vielen indischen Wissenschaftlern der theoretisch-empirischen von Penman (1948) vorgezogen. Da die Anwendbarkeit der Methode Thornthwaites für Monsunklimate von manchen Kreisen in Zweifel gezogen wird, wird hier ein Vergleich zwischen beiden Methoden mit Daten von etwa 26 Jahren von 15 Stationen, die über ganz Indien verteilt sind, gezogen. Es zeigt sich, daß Thornthwaites Methode während des Südwestmonsuns höhere Werte mit geringerer Schwankung zwischen den Jahren liefert als die Penmans. Ebenso wurde ein systematischer Unterschied in der jährlichen Variation zwischen beiden Methoden festgestellt, der sich vor allem auf den tatsächlichen Dampfdruck und die Sonnenscheindauer, die in Penmans Methode berücksichtigt werden, zurückführen läßt.

---

---

With 4 Figures     

Contributions to the knowledge of the fluctuations of the Dead Sea level

Summary After an extended critical evaluation of a wealth of historical sources, the history of the Dead Sea level fluctuations is reviewed with accuracy since 1800 (Klein, 1961). Earlier data since 1100 AD based on landmarks and tree-ring data (Klein, 1982, 1985) are also summarized. Since 1930 interannual fluctuations are compared with area-averaged rainfall data from the western and eastern part of the catchment, as well as with rainfall records from Jerusalem and Amman. Correlation analysis lead to two linear regression equations for the period 1930/1931–1962/1963 (undisturbed) and 1963/1964–1983/1984 after diversion of water from Lake Tiberias and Jordan River. From these equations, the average annual effect of this diversion results to about –24 cm; in very moist years this effect is insignificant.

---

Zusammenfassung Auf der Grundlage einer kritischen Auswertung einer Fülle von Quellen werden zunächst die Spiegelschwankungen des Toten Meeres seit 1800 genau behandelt (Klein, 1961). Eine zusammenfassende Darstellung der Schwankungen ab 1100 A. D. wird aus historischen Quellen über die Landmarken des Seeufers und Baumringdaten (Klein, 1982, 1985) abgeleitet. Die interannulären Schwankungen des Seespiegels seit 1930 werden verglichen mit Gebietsmitteln des Niederschlages vom westlichen wie vom östlichen Teil des Einzugsgebietes, ebenso mit den Niederschlagsreihen von Jerusalem und Amman. Eine Korrelationsanalyse führt zu zwei linearen Regressionsgleichungen für die ungestörte Periode 1930/1931 bis 1962/1963, sowie für die Periode 1963/1964 bis 1983/1984, nach der Ableitung von Wasser zu Bewässerungszwecken aus dem See Genezareth und dem Jordan-Fluß. Eine Abschätzung des mittleren Effektes aus diesen Gleichungen ergibt etwa –24 cm pro Jahr; in sehr feuchten Jahren ist der Effekt unbedeutend.

---

---

With 4 Figures     

Numerical simulation of the development of vortices over the Qinghai-Xizang (Tibet) Plateau

Summary Some of the vortices which develop over the Tibetan plateau during summer give rise to severe weather over eastern China. These weather developments can be difficult to forecast, but have been simulated successfully in a recently developed numerical model. It will be shown that different vortices respond differently to topographic effects, to nonlinear processes and to sensible and latent heating in their formation, maintenance, and motion. Elevated terrain appears to enhance the influence of thermodynamic processes, block airflow, and increase frictional dissipation.Sensible heating sometimes collaborates with topography in blocking cold air intrusions and is not only a function of terrain elevation but also of the synoptic situation. Without the input of latent heating, vortices over the eastern part of the Tibetan plateau tend to degenerate.

---

Numerische Simulation von Wirbelbildungen über dem Hochland von Tibet

Zusammenfassung Einige der sich im Sommer über dem Hochland von Tibet entwickelnden Wirbel verursachen Unwetter in Ostchina. Die Vorhersage dieser Entwicklung kann schwierig sein, sie werden aber von einem kürzlich vorgestellten numerischen Modell erfolgreich simuliert. Es wird gezeigt, daß verschiedene Wirbel verschieden auf die Orographie, auf nichtlineare Vorgänge sowie auf fühlbare und latente Wärme in ihrer Entstehung, Erhaltung und Bewegung reagieren. Ein Hochland scheint den Einfluß thermodynamischer Vorgänge zu verstärken, Strömungen zu blockieren und die Reibungsdissipation zu steigern.Die fühlbare Wärme verhindert manchmal gemeinsam mit der Topographie Kaltlufteinbrüche, hängt aber nicht nur von der Hochland-sondern auch von der synoptischen Situation ab. Ohne latente Wärme neigen Wirbel über dem Ostteil des Hochlandes von Tibet zur Degeneration.

---

---

With 22 Figures     

Principal component analysis of Western Mediterranean air temperature variations 1866–1985

Summary A study of Western Mediterranean temperature variations (annual and seasonal data) is presented covering a period of 120 years (1866–1985) and using the principal component analysis (PCA). The meteorological stations are splitted into two groups: Group A comprises northern stations, group B southern stations. The variations in group A-data indicate a decreasing temperature tendency from the year 1866 to the second decade of the 20th century; a temperature rise follows until the middle of the decade 1940–1950 and then temperatures, although remaining higher than the long-term mean value, show a marked decrease. The variations in group Bdata indicate a similar picture but with a time lag of 20 to 25 years. The temperature drop during the last 35 years (group A) is due to pronounced decrease in summer temperatures whereas the winter temperatures for the same period show a marked tendency to increase.

---

Zusammenfassung Es wird eine Untersuchung der Temperaturvariationen (Jahres-und jahreszeitliche Daten) des westlichen Mittelmeergebietes vorgestellt, die einen Zeitraum von 120 Jahren (1866–1985) überdeckt und mit Hilfe der Hauptkomponentenanalyse (principal component analysis, PCA) durchgeführt wurde. Dazu wurden die meteorologischen Stationen in zwei Gruppen aufgeteilt: Die Gruppe A umfaßt die nördlichen, die Gruppe B die südlichen Stationen. Die Variationen der Gruppe A weisen einen abnehmenden Temperaturtrend vom Jahr 1866 bis zur zweiten Dekade des 20. Jahrhunderts auf; darauf folgt ein Temperaturanstieg bis zur Mitte der Dekade 1940–1950, bevor wieder ein deutlicher Temperaturabfall einsetzt, der jedoch den langfristigen Mittelwert nicht unterschreitet. Die Variationen der Gruppe B zeigen ein ähnliches Bild, jedoch mit einer Zeitverschiebung von 20 bis 25 Jahren. Der Temperaturabfall der letzten 35 Jahre (Gruppe A) wird auf einen ausgeprägten Rückgang der Sommertemperaturen zurückgeführt, während die Wintertemperaturen in der gleichen Zeitspanne eine gut erkennbare Anstiegstendenz aufweisen.

---

---

With 6 Figures     

Zur Vorticityproduktion bei zyklogenetischen Prozessen

Zusammenfassung Starke Zyklogenesen in mittleren Breiten sind mit einer Produktion von zyklonaler Vorticity verbunden. Diese läßt sich mit Hilfe der Scale-Analyse aus horizontaler und vertikaler Windscherung und freiwerdender Kondensationswärme abschätzen. Es wird für den synoptischen Routinedienst eine geeignete Analysenmethode angegeben, die es erlaubt, obige Produktion hinreichend genau zu bestimmen. Anhand aktueller Wetterlagen kann nachgewiesen werden, daß im Winter für eine Zyklogenese der ausschlaggebende Einfluß von der vertikalen Windscherung ausgeht, bei sommerlichen Zyklogenesen hingegen, bei Vorhandensein feuchtwarmer Luftmassen, auch die freiwerdende Kondensationswärme einen großen, oft sogar dominierenden Beitrag liefert.

---

On production of cyclonal vorticity in cyclogenetic processes

Summary Intensive cyclonic developments in middle latitudes are combined with a production of cyclonal vorticity. With the aid of scale analysis it is possible to estimate this production, if the horizontal and vertical wind shear and the released heat of condensation are known. A simple method of analysis is derived, suitable for the synoptic routine service. This method of analysis is demonstrated on typical cases for cyclonic developments in winter and summer. It is shown that the vertical wind shear has the greatest influence on cyclogenesis in winter, while in summer, due to the higher temperatures, the released heat of condensation often plays the dominating role.

---

---

Mit 10 Abbildungen     

Ein statistisches Verfahren zur Verbesserung und Beschleunigung der graphischen Integration der barotropen Wirbelgleichung

Zusammenfassung Die graphische Integration der barotropen Wirbelgleichung wird bekanntlich in zwei Schritten durchgeführt: 1. Verlagerung der Linien gleicher Wirbelgröße mit dem räumlich gemittelten und daher sehr konservativen geostrophischen Stromfeld. 2. Rückermittlung des Höhendruckfeldes aus dem Änderungsfeld der Wirbelgröße durch ein Näherungsverfahren nachFjörtoft.Letzterwähntes Verfahren kann durch ein statistisches Vorgehen vermieden und damit die gesamte Integration wesentlich beschleunigt werden. Außerdem kann man zeigen, daß das Verfahren auf eine allgemeinere Grundlage gestellt wird, da bei der Fjörtoft-Näherung (mit deren Hilfe die Poisson-Gleichung gelöst wird) spezielle, die Allgemeinheit einschränkende Voraussetzungen gemacht werden, um das Vorgehen zur Konvergenz zu bringen.An Hand einer konkreten Wetterlage, auf welche die Methode angewandt wird, zeigt sich, daß die durch Kombination von Statistik und Dynamik gewonnene Wirbelverteilung der nur durch reine Steuerung erhaltenen leicht überlegen ist. Deshalb kann die Integration mit Erfolg auf einen 48stündigen Zeitraum ausgedehnt werden. Gleichzeitig bedingt der Wegfall der bei dem bisherigen Rückermittlungsprozeß angewendeten räumlichen Mittelungen eine wesentliche Beschleunigung des Verfahrens, insbesondere da punktweise und mit Einsatz von Rechenmaschinen gearbeitet werden kann.

---

Summary The graphic integration of the barotropic vorticity equation usually is carried out by two steps: First, displacement of the lines of equal magnitude of vorticity on the basis of the space-averaged and therefore very conservative geostrophic current field. Secondly, redetermination of the high altitude pressure field from the variation field of the vorticity values by means of an approximation method ofFjörtoft. The latter method can be avoided by using a statistical procedure which accelerates considerably the whole integration. Furthermore, it can be shown that the procedure is placed on a more general basis as the Fjörtoft approximation (by which the Poisson equation is solved) requires special restrictive conditions to assure convergence.A concrete example treated by this method shows that the vorticity distribution determined by combination of statistics and dynamics is somewhat superior to that obtained from the sole steering effect. Therefore, the integration can be extended successfully to a 48 hour period. At the same time, by avoiding averaging over space as applied in the former procedure, a considerable acceleration of the method is made possible, particularly as calculations can be carried out from point to point and with the aid of calculation machines.

---

Résumé On sait que l'intégration graphique de l'équation barotrope du tourbillon se fait en deux étapes: 1. déplacement des lignes équitourbillonnaires à l'aide du champ de courant géostrophique moyenné par plages et par conséquent très conservatif; 2. calcul du champ moyen de pression en altitude à partir du champ de variation de tourbillon par le procédé approché deFjörtoft. Ce dernier peut être évité par une méthode statistique ce qui rend l'intégration plus rapide. En outre on peut généraliser le procédé de Fjörtoft (permettant de résoudre l'équation de Poisson) qui suppose certaines conditions restrictives pour assurer la convergence.Un exemple concret montre que par combinaison de la statistique et de la dynamique, la distribution du tourbillon établie par la nouvelle méthode est préférable à celle qui résulte de l'emploi pur et simple des cartes de vent en altitude. Il est donc possible d'appliquer l'intégration à une période de 48 heures. En outre la nouvelle méthode s'avère plus rapide, surtout du fait que l'on peut procéder par points et faire appel à une machine à calculer.

---

---

Mit 3 Textabbildungen     

Valley winds and slope winds — Observations and elementary thoughts

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

---

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

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

---

---

With 14 Figures     

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

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

---

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

---

---

With 7 Figures     

Frequency of fronts in the Northern Hemisphere

Summary It is pointed out that there are two distinct ways of defining the frequency of the occurence of fronts. Tables and charts are presented showing frontal frequency during winter and summer for the greater part of the Northern Hemisphere, the values being based on daily synoptic charts for a period of ten years.The variation of average frequency of fronts with latitude is illustrated graphically, and it is shown to have a significant relation with the average temperature and pressure gradients.

---

Zusammenfassung Es wird gezeigt, daß es zwei verschiedene Arten gibt, die Häufigkeit des Vorkommens von Fronten zu definieren. Es werden Tabellen und Karten mitgeteilt, die die Häufigkeit von Fronten während des Winters und Sommers für den größeren Teil der nördlichen Halbkugel zeigen; diese Werte gründen sich auf tägliche synoptische Karten über eine Periode von zehn Jahren. Die Änderung der mittleren Häufigkeit von Fronten mit der Breite wird graphisch dargestellt, und es wird gezeigt, daß eine eindeutige Beziehung zu dem mittleren Temperatur- und dem mittleren Druckgradienten besteht.

---

Résumé On montre qu'il y a deux façons de définir la fréquence d'apparition des fronts. Des tables et des cartes illustrent la fréquence des fronts pendant l'hiver et l'été pour la plus grande partie de l'hémisphère nord; ces valeurs résultent de cartes synoptiques journalières s'étendant sur une période de dix ans. La variation des fréquences moyennes des fronts en fonction de la latitude est représentée graphiquement. Il existe une relation nette avec les gradients moyens de température et de pression.

---

---

With 5 Figures.     

The diurnal temperature wave for quadratic and exponential variation of the austausch coefficient

Summary Solutions of the heat conduction equation applied to the diurnal temperature wave are derived for two new cases: austausch increasing (a) quadratically and (b) exponentially with height. These solutions are compared with each other and with solutions for other cases where austausch is also unbounded with height. This procedure clarifies the applicability of all such solutions, and they are found to have serious limitations. The results indicate that the austausch coefficient at higher levels in theoretical models should be bounded as it is in nature.

---

Zusammenfassung Die Wärmeleitungsgleichung der täglichen Temperaturwelle in der Luft wird für zwei neue Bedingungen gelöst, nämlich 1. für eine quadratische und 2. für eine exponentielle Zunahme des Austausches mit der Höhe. Die Lösungen werden miteinander und mit Lösungen für andere Fälle verglichen, wo der Austausch ebenfalls nicht mit der Höhe begrenzt ist. Unsere Methode wirft ein Licht auf die Anwendbarkeit aller derartigen Lösungen und zeigt, daß diese nur beschränkte Anwendbarkeit haben. Es geht daraus hervor, daß für theoretische Modelle der Austauschkoeffizient mit der Höhe begrenzt bleiben sollte, was den Verhältnissen in der Natur entspricht.

---

Résumé L'équation de conductibilité thermique de la variation diurne de la température de l'air est résolue par l'auteur pour deux cas nouveaux; dans le premier l'échange turbulent augmente au carré, dans le second exponentiellement avec l'altitude. L'auteur compare ensuite ces solutions entre elles et avec celles provenant d'autres cas, où l'échange n'est pas non plus limité par l'altitude. Cette méthode donne de précieux renseignements sur les possibilités d'applications de ce genre de solutions, qui se montrent passablement limitées. Il en ressort également que pour des modèles théoriques le coefficient d'échange reste limité en altitude, ce qui correspond d'ailleurs aux conditions naturelles.

---

---

With 2 Figures

---

Contribution No. 16, Department of Meteorology and Climatology, University of Washington, Seattle, Washington.