The control of the electrical conductivity of the lower atmosphere

Summary The electrical conductivity of the atmosphere at any part of the earth's surface depends on the local concentration of small ions. This in turn depends 1. on their rate of production and 2. on their rate of removal. The removal is due principally to attachment to condensation nuclei. Methods are described for counting the nuclei and for determining their sizes and masses. The ratios of charged to uncharged nuclei, when they are in equilibrium with the small ions, are determined for nuclei of various sizes. Observations on nuclei in the free atmosphere show that they are usually not in equilibrium. The difficulty of establishing any simple relation between atmospheric conductivity, rate of ion-production and nucleus concentration is increased by the discovery that the air-borne radioactive matter which contributes to the small-ion production tends to increase with increase of nucleus concentration.

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Zusammenfassung Die elektrische Leitfähigkeit der Atmosphäre an einer beliebigen Stelle der Erdoberfläche hängt von der örtlichen Konzentration kleiner Ionen ab; diese ist ihrerseits bedingt 1. durch die Ionisierungsstärke und 2. durch die Geschwindigkeit ihrer Vernichtung. Die Vernichtung von Kleinionen ist vor allem auf die Anlagerung an Kondensationskerne zurückzuführen. Es werden Methoden für die Kernzählung und für die Bestimmung von Größe und Maße der Kerne beschrieben. Das Verhältnis von geladenen zu ungeladenen Kernen wird für den Fall, daß sie im Gleichgewicht mit den kleinen Ionen sind, für Kerne verschiedener Größe bestimmt. Kernbeobachtungen in der freien Atmosphäre ergeben, daß dieses Gleichgewicht gewöhnlich nicht besteht. Die Aufstellung einer einfachen Beziehung zwischen der atmosphärischen Leitfähigkeit, dem Prozentsatz der Ionenbildung und der Kernkonzentration wird noch erschwert durch die Feststellung, daß die aus der Luft stammenden radioaktiven Substanzen, die zur Bildung von Kleinionen beitragen, mit einer Zunahme der Kernkonzentration ihrerseits ebenfalls eine Zunahme zeigen.

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Résumé La conductibilité électrique de l'atmosphère en un endroit quelconque de la terre dépend de la concentration locale des petits ions; celle-ci est à son tour commandée 1. par l'intensité de l'ionisation et 2. par la vitesse de leur disparition. La destruction des petits ions est due surtout à leur dépôt sur des noyaux de condensation. On expose des méthodes de dénombrement des noyaux et de détermination de leur grosseur et de leur masse. On établit le rapport des noyaux chargés aux noyaux non chargés dans le cas où ils sont en équilibre avec les petits ions, et cela pour des noyaux de différentes grosseurs. Des observations de noyaux de l'atmosphère libre prouvent que cet équilibre n'est généralement pas réalisé. Dans la recherche d'une relation simple entre la conductibilité atmosphérique, le taux de formation d'ions et la concentration en noyaux, on se heurte à la difficulté suivante: les substances radioactives provenant de l'air et qui contribuent à la formation de petits ions augmentent en même temps que la concentration des noyaux.

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Dedicated to Professor Dr.H. Benndorf on the occasion of his eightieth birthday.     

Time variation of the size-distribution of stored condensation nuclei

Summary Stored aerosols belonging to the Aitken nucleus size range are investigated both experimentally and theoretically. Using the exhaustion method of diffusion, it is found that they tend to be composed of particles of different size ranges. The processes of sedimentation, diffusion and coagulation of aerosols in closed containers are discussed in the light of the results. It is considered that turbulence affects the results obtained.

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Zusammenfassung Gespeicherte Aerosole von der Größenordnung von Aitken-Kernen werden experimentell und theoretisch untersucht. Bei Benützung der Diffusionsmethode durch Evakuierung wird festgestellt, daß die Aerosole die Tendenz zeigen, sich aus Partikeln verschiedener Größenordnung zusammenzusetzen. Die Vorgänge der Sedimentation, Diffusion und Koagulation von Aerosolen in geschlossenen Behältern werden im Lichte der Meßresultate diskutiert; dabei wird auch die Wirkung von Turbulenz berücksichtigt.

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Résumé L'auteur examine, des points de vue expérimental et théorique, des aérosols conservés de l'ordre de grandeur des noyaux de Aitken. En utilisant la méthode de diffusion par evacuation, on constate que les dits aérosols ont la tendance à se composer de particules de différents ordres de grandeur. Sur la base des résultats obtenus, l'auteur discute les phénomènes de la sédimentation, de la diffusion et de la coagulation des aérosols en vase clos. Il tient compte alors des effets de la turbulence.

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With 1 Figure     

Further studies on the chordal-hop theory of ionospheric long-range propagation

Summary This paper presents new results of the author's investigations on ionospheric propagation in Australia from 1952 to 1957. Considerations on path attenuation are followed by a discussion on the propagation paths to North America and Western Europe. Conclusions are in agreement with the author's previous publications in this field.

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Zusammenfassung In dieser Arbeit behandelt der Verfasser neue Ergebnisse seiner Untersuchungen über ionosphärische Ausbreitung in Australien von 1952 bis 1957. Auf eine Betrachtung über die Signalschwächung folgt eine Diskussion über die Ausbreitungswege nach Nordamerika und Westeuropa. Die Folgerungen stimmen mit den früheren Veröffentlichungen des Verfassers auf diesem Gebiet überein.

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Résumé L'auteur expose les nouveaux résultats de ses recherches sur la propagation ionosphérique en Australie de 1952 à 1957; il considère l'affaiblissement de la propagation des signaux et les chemins suivis par les ondes vers l'Amérique du Nord et vers l'Europe occidentale. Ces résultats concordent avec ceux qu'il a publiés précédemment.

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With 1 Figure     

The diurnal surface-pressure oscillation

Summary A spherical harmonic analysis of the diurnal surface pressure oscillation shows that its main part can be represented by a wave travelling westward with the sun. The amplitude of this wave is about half of that of the semidiurnal oscillation [eq. (7)]. For the discussion of the excitation of the diurnal oscillation the equivalent depths (Table 4) and Hough functions (Table 5, 6) for the three lowest symmetrical modes are computed. There is no difficulty in accounting for the smallness of the diurnal oscillation compared to the semidiurnal oscillation on the basis of thermal excitation, even if the semidiural oscillation is not greatly magnified by resonance.

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Zusammenfassung Die sphärische harmonische Analyse der 24stündigen Bodenluftdruckschwankung zeigt, daß ihr Hauptteil durch eine mit der Sonne westwärts wandernde Welle dargestellt werden kann. Die Amplitude dieser Welle ist ungefähr die Hälfte der 12stündigen Schwankung [Gleichung (7)]. Zur Diskussion der thermischen Erregung der 24stündigen Schwankung wurden die äquivalenten Tiefen (Tabelle 4) und Hough-Funktionen (Tabellen 5, 6) für die drei niedrigsten symmetrischen Typen berechnet. Es besteht keine Schwierigkeit, auf Grund der Theorie der thermischen Erregung zu erklären, warum die 24stündige Schwankung viel kleiner ist als die 12stündige, selbst wenn die letztere nicht bedeutend durch Resonanz vergrößert wird.

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Résumé L'analyse harmonique sphérique des variations de pression au sol en 24 heures montre que sa partie principale peut être repés entée par une onde se propageant vers l'ouest avec le soleil. L'amplitude de cette onde est d'à peu près la moitié de la variation en 12 heures [équation (7)]. Pour la discussion de la stimulation thermique de la variation en 24 heures, on a calculé les dépressions équivalentes (tableau 4) ainsi que les fonctions de Hough (tableux 5 et 6) et cela pour les trois types de symétrie les plus bas. En se basant sur la théorie de la stimulation thermique, il n'est pas di fficile d'expliquer pourquoi les variations en 24 heures sont beaucoup plus faibles que celles se produisant en 12 heures, même si ces dernières ne sont pas notablement renforcées par des effects de résonance.

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With 5 Figures     

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

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

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

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

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Mit 6 Textabbildungen.     

Zum Anteil des Faraday-Sohncke-Effekts am Zustandekommen der Gewitterelektrizität

Zusammenfassung Eine Übersicht über die bisher vorgeschlagenen Quellen für die Gewitterelektrizität zeigt, daß diese den Erfordernissen der Wirklichkeit kaum genügen. Daher wird der Versuch gemacht, das Zustandekommen des unteren positiven Raumladungsgebiets im Gewitter auf die Aufladung zurückzuführen, die Hagelkörner während ihres Wachstums aus Wolkentröpfchen im Aufwind durch den Faraday-Sohnckeschen Tropfenzerreißeffekt erfahren. Quantitative Ausrechnung der Ladung eines Hagels und der gesamten Ladungsproduktion einer aktiven Gewitterzelle sowie Abschätzung aller wesentlichen Einflüsse im wirklichen Cumulonimbus führen zu Gesamtleistungen des Effekts, mittels deren gerade eben der Blitzmechanismus eines bescheidenen Gewitters erklärt werden kann. Der Vorgang ist aber in der gewählten Form einstweilen viel zu schwach, um auch für die außerordentlich großen Verlustströme durch Niederschlag und Ionenabwanderung aufkommen zu können.

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Summary A survey of the sources of thunderstorm electricity taken into consideration up to now shows that they are scarcely sufficient when confronted with the requirements of reality. An attempt has been made, therefore, to account for the origin of the lower positive space-charge region in thunderstorms by the fact that hailstones accept an electric charge by the Faraday-Sohncke-effect when growing from cloud droplets in upwind. Quantitative calculation of the charge of a hailstone and of the total production of electricity in an active thunderstorm cell and estimation of all essential influences in a real cumulonimbus lead to a total energy of the effect by which just the lightning mechanism of a modest thunderstorm can be covered. For the present, the process as considered above is much to weak to be made responsible also for the extraordinarily great losses of electricity by precipitation and migration of ions.

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Résumé Les sources de l'électricité orageuse considérées jusqu'ici sont insuffisantes en regard des faits observés. On tente ici de ramener la charge spatiale positive de la partie inférieure du nuage orageux à la charge dont sont le siège les grêlons au cours de leur croissance dans le vent ascendant par suite de l'effet Faraday-Sohncke. le calcul de la charge d'une grêle en formation et de la charge totale d'une cellule orageuse active, ainsi que l'estimation de tous les effets produits au sein du cumulonimbus, conduisent à une valeur correspondant aux décharges d'un modeste orage. Le processus invoqué est toutefois beaucoup trop faible pour tenir compte des pertes considérables dues aux précipitations et au transport d'ions.

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Mit 4 Textabbildungen     

Über die Voraussage zeitlich gemittelter Höhenkarten für Zwecke mittelfristiger Wetterprognosen

Zusammenfassung Eine Überprüfung der vonNamias abgeleiteten Formel zur Konstruktion sogenannter Trendkarten an Hand 20 ausgewählter Höhenkarten in der Zeit vom November 1955 bis Mai 1956 ergab eine vollkommene Bestätigung der vonNamias für Amerika angegebenen Korrelationskoeffizienten und des Faktors der entsprechenden Regressionsgleichung für den mitteleuropäischen Raum, obwohl die Untersuchungen sich auf die 850 mb-Topographie bezogen zum Unterschied vonNamias, der die 700 mb-Fläche zugrunde legte. Durch eine sinngemäße Kombination der in der synoptischen Praxis üblichen Konstruktionsmethode für 24 stündige Vorhersagekarten mit statistischen Überlegungen über die Abweichungen vom Normalwert gelingt die Ableitung einer Prognosenformel für eine dreitägige Mittelkarte, die als Grundlage für mittelfristige Wetterprognosen (Halbwochenprognosen) Verwendung findet. Die Formel weist gegenüber der Trendformel vonNamias den Vorteil auf, daß sie mit praktisch derselben Treffergenauigkeit einen wesentlich größeren Vorhersagezeitraum erfaßt.

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Summary Using 20 different contour charts during the period from November 1955 to May 1956 the formula for the construction of socalled trendcharts, primarily derived byNamias, has been verified for Central Europe though the investigations were based upon data from the 850 mb-level instead of the 700 mb-level used byNamias. Through a combination of the synoptic method for construction of forecast maps 24 hours in advance with statistic considerations about the departure from normals a formula is finally derived for a forecast of a three day mean chart. This formula has been successfully used for an extended forecast half week in advance. The described method shows an essential improvement upon theNamias procedure since a much greater forecast period can be obtained with almost the same accuracy.

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Résumé La formule établie parNamias en vue de construire les cartes d'évolution a fait l'objet d'un examen critique fondé sur la discussion de vingt cartes d'altitude de la période de novembre 1955 à mai 1956. Les valeurs des coefficients de corrélation données par cet auteur pour l'Amérique du Nord ainsi que le coefficient de l'équation de régression correspondante ont été confirmés pour l'espace européen, bien que les topographies étudieés n'aient pas été les mêmes (850 mb au lieu de 700 mb). Combinant les méthodes usuelles de construction des cartes de prévision de vingt-quatre heures à des critères statistiques d'écart à la normale, l'auteur établit une formule de prévision destinée à calculer une carte moyenne de trois jours servant de base à la prévision à moyenne échéance. Cette formule présente sur celle deNamias l'avantage d'atteindre une plus longue période de prévision avec une égale exactitude.

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Herrn Prof. Dr.H. Ficker zum 75. Geburtstag gewidmet.     

Eine statistische Theorie der Böigkeit des Windes

Zusammenfassung Es werden Gleichungen abgeleitet, mittels derer man aus dem Energiespektrum des Windes die Häufigkeit von Böen bestimmter Größe und bestimmter Mindestgröße, die Größe der häufigsten Böenspitze und einen mittleren Abstand zwischen zwei Böenstößen berechnen kann. Die Theorie wird an einem Beispiel erläutert.

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Summary Equations are derived which allow the calculation of frequencies of gusts with a velocity equal or larger than a given amount, of the velocity of the most frequent gust, and of a mean interval between two gusts out of the power-spectrum of wind. The theory is illustrated by an example.

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Résumé L'auteur établit des formules permettant de calculer les grandeurs suivantes en partant du spectre énergétique du vent: Fréquence des rafales de force ou de force maximale déterminées, force des rafales les plus fréquentes ainsi que le temps moyen séparant deux rafales. Il démontre sa théorie par un exemple.

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Mit 4 Textabbildungen     

Le problème des composantes verticales de la vitesse du vent

Résumé L'auteur, s'attachant en une première partie à la notion de divergence, montre, après avoir évoqué l'intérêt de l'hypothèse géostrophique, comment on peut compléter, sur la base d'une divergence totale non nulle du vent, une relation connue relative à la divergence à grande échelle. Cependant la divergence horizontale reste, couramment, considérablement plus importante en valeur absolue que la divergence totale. Puis la relation proposée, appliquée aux vitesses géostrophiques, conduit à une formule simple, permettant de suivre les variations dans l'espace de la composante verticale du vent.Une deuxième partie est consacrée à l'etude, à partir de l'hypothèse adiabatique, d'une relation entre les composantes horizontale et verticale de la vitesse, le gradient thermique vertical et le gradient thermique sur la projection horizontale de la trajectoire. On en déduit que le signe de ce dernier gradient est opposé à celui de la composante verticale du vent.

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Summary Proceeding from the significance of the geostrophical hypothesis and the notion of the divergence, the author shows in which way a known relation, refering to the large-scale divergence, can be developed on the basis of a total, from zero differing, divergence of the wind. The horizontal divergence usually remains, however, considerably larger in its absolute value than the total divergence. Applied to the geostrophic velocities, the proposed relation leads to a simple formula, which allows to determine the spatial variations of the vertical wind component.In a second part the author proceeds from the adiabatic hypothesis and examines a relation between the horizontal and vertical components of the velocity, the temperature gradient in vertical direction and in the direction of the horizontal projection of the trajectory. It can be concluded that the sign of this latter gradient is opposite to that of the vertical component of the wind.

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Zusammenfassung Ausgehend von der Bedeutung der geostrophischen Hypothese und vom Begriff der Divergenz zeigt der Verfasser, in welcher Weise eine bekannte Beziehung, die sich auf die großräumige Divergenz bezieht, sich aus der Annahme einer von Null verschiedenen totalen Divergenz des Windes weiterentwickeln läßt. Dabei bleibt die horizontale Divergenz in ihrem Absolutwert gewöhnlich beträchtlich größer als die totale Divergenz. Bei Anwendung auf die geostrophischen Geschwindigkeiten führt die vorgeschlagene Beziehung auf eine einfache Formel, die gestattet, die räumlichen Unterschiede der Vertikalkomponente des Windes zu verfolgen.Im zweiten Teil wird auf Grund der Hypothese eines adiabatischen Verlaufs eine Beziehung zwischen der Horizontal- und der Vertikalkomponente der Geschwindigkeit und dem thermischen Gradienten in vertikaler Richtung sowie auf die Horizontalprojektion auf die Trajektorie untersucht. Es ergibt sich dabei, daß das Vorzeichen des thermischen Gradienten auf die Horizontalprojektion der Trajektorie umgekehrt ist als dasjenige der Vertikalkomponente des Windes.

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Avec 4 Figures     

Numerische Untersuchungen zur zeitlichen Änderung der Spektralverteilung kinetischer Energie für eine zweidimensionale,divergenz- und reibungsfreie Stömung

Zusammenfassung Eine schrittweise Integration der Vorticitygleichung für den barotropen Fall ermöglicht eine Berechnung der Spektralverteilung der kinetischen Energie zu bestimmten Zeitpunkten. Es wird die Frage einer quasistationären Spektralverteilung untersucht; hierbei stellt sich für einige beliebige Ausgangsspektralverteilungen nach etwa 4 Tagen jewails die in der Atmosphäre beobachtete Form des Doppelmaximums ein. Eine Untersuchung des Trends der über alle Wellenlängen gemittelten zeitlichen Änderung der Energie spricht ebenfalls dafür, daß die in der Natur beobachtete Spektralverteilung einer quasistationären entspricht. Es werden Oszillationen im Energietransfer zwischen Grundstrom und Störungen festgestellt; die Periode dieser Oszillation liegt in mittleren Breiten zwischen 31/2 und 4 Tagen und hängt im wesentlichen von der Größe der Erdumdrehung ab. Der Gleichgewichtszustand horizontaler Strömungsfelder wird unter Berücksichtigugn der Existenz derartiger Oszillationen betrachtet. Vorund Nachteile des die Fourierkomponenten benutzenden Integrations-verrfahrens werden dargelegt.

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Summary A integration by steps of the vorticity equation for the barotropic case makes the calculation of the spectral distribution of the kinetic energy at determined moments possible. The question of a quasi-stationary spectral distribution is investigated. Strating from several spectral distributions chosen at will, after about 4 days, the form of a double maximum appears which is observed in the atmosphere. An investigation of the trend of the time variation of energy as mean value about all wave-lengths also leads to the conclusion that the spectral distribution observed in nature correponds to a quasi-stationary one. Oscillations in energy transfer between basic current and perturbations are stated; in middle latitudes, the period was found between 31/2 and 4 days depending, in the first place, on the amount of the earth's rotation. The equilibrium state of horizontal current fields is discussed under consideration of the existence of such oscillations. Advantages and disadvantages of the integration method using the Fourier components are demonstrated.

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Résumé Une intégration par étapes de l'équation de vorticité pour le cas barotrope rend possible un calcul de la répartition spectrale de l'énergie cinétique à certains moments. On étudie la question d'une répartition spectrale quasi stationnaire; alors apparaît, pour quelques états initiaux quelconques, au bout de quatre jours environ la forme à double maximum observée dans l'atmosphère. Une recherche de l'évolution dans le temps de la variation moyenne de l'énergie pour toutes les longueurs d'onde semble indiquer que la répartition spectrale observée dans la nature est quasi stationnaire. On constate des oscillations dans le transfert d'énergie entre le courant de base et les perturbations; la période de ces oscillations, sous les latitudes moyennes, est de 31/2 à 4 jours et dépend essentiellement de la valeur de la rotation de la Terre. On considère l'état d'équilibre de champs de courants horinzontaux en tenant compte de l'existence de telles oscillations. On expose enfin les avantages et les inconvénients du procédé d'intégration utilisant les composantes de Fourier.

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Mit 9 Textabbildungen

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Diese Untersuchung wurde vom Research and Development Command United States Air Force über das europäische Amt unter Kontrakt No. AF 61 (514)-735-C unterstützt. Die Rechnungen wurden mittels des Automaten BESK in Stockholm durchgeführt. Sie wurden durch ein Abkommen zwischen der Leitung des Deutschen Wetterdienstes und dem Institut för Meteorologi Stockholms Högskola (Prof.C. G. Rossby) ermöglicht.     

Probleme der alpinen Synoptik

Zusammenfassung Ein Überblick über die Probleme der synoptischen Arbeit in den Alpen wird gegeben. Ausgehend von der Betonung der Notwendigkeit besonders sorgfältiger Materialkritik werden zunächst die kleinräumigen Erscheinungen mit ihren Konsequenzen für den lokalen Wetterablauf besprochen. Darunter sind zu nennen: die Neigung zur Ausbildung antizyklonaler Zirkulationen über den Alpen, die tagesperiodischen Windsysteme mit ihren quasistationären Stromfeldsingularitäten, die Häufung von Frontdurchgängen zu bestimmten Tagesstunden usw. Folgende Modifikationen der großräumigen atmosphärischen Zirkulationen werden ferner diskutiert: der Südföhn und die Schwierigkeiten seiner Prognose, die Überschreitung der Alpen durch Kaltluftmassen, die dabei auftretenden Keile hohen Druckes am Nordrand der Alpen, sowie die Tiefdruckgebiete des oberitalienischen Raumes und ihre Entwicklung zu V_b-Zyklonen. Die besonders bedeutungsvolle rechtzeitige Vorhersage starker Niederschläge wird in ihren Schwierigkeiten besprochen, die vor allem darauf zurückzuführen sind, daß oft keine erkennbaren Bindungen an Luftmassengrenzen vorhanden sind und daß es sich dabei um ausgesprochen kleinräumige Vorgänge handelt. Diese Schwierigkeiten erreichen das größte Ausmaß bei der Gewitter- und Hagelprognose. Zum Schluß wird die Einführung einer Wetterkarte des Alpenraumes in größerem Maßstab vorgeschlagen, die als Grundlage für die in den Alpen unerläßliche synoptische Kleinarbeit dienen und die Ausschöpfung des reichen Beobachtungsmaterials ermöglichen soll.

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Summary A survey is given of the problems concerning synoptic work in the Alps. Starting from the statement that observations can be used only after very critical examination the Author discusses at first the regional phenomena and their consequences for the local development of weather, such as the tendency to form anticyclonic circulations over the Alps, the daily-periodic wind systems with their singularities of quasistationary fields of currents, the increase in frequency of front passages at certain hours of the day, etc. Furthermore, the following modifications of far-reaching atmospheric circulations are discussed: the southern foehn and the difficulties of its forecast, the passage of cold air masses across the Alps associated with wedges of high pressure on the northern side of the Alps, the low pressure regions in northern Italy and their development to V_b-cyclones. The very important timely forecast of strong precipitations is dealt with the difficulties of which are mostly due to the fact that, frequently, no relation to borders of air masses can be established, the precipitation being caused by processes of definitely local origin. Most difficulties arise in forecasting thunderstorms and hail. At last a weather map of larger scale including the Alpine region is proposed to serve as a basis for the detailed synoptic work necessary in the Alps and to make possible the evaluation of the rich material of observations.

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Résumé L'auteur présente un coup d'oeil d'ensemble sur les problèmes du travail synoptique dans les Alpes. Après avoir souligné la nécessité de soumettre les observations à une critique serrée, on s'occupe d'abord des phénomènes régionaux et de leur rôle dans l'évolution locale du temps; parmi ceux-ci il faut mentionner la tendance à la formation de circulations anticycloniques sur les Alpes, les systèmes de vents à période diurne avec les singularités quasi stationnaires de leurs champs de courant, la prédominance particulière des passages frontaux à certaines heures de la journée, etc. Suit une discussion des modifications suivantes de la circulation atmosphérique générale: le foehn du Sud et la difficulté de sa prévision, le franchissement des Alpes par les masses froides avec les coins de haute pression au Nord de la chaîne ainsis que les dépressions de l'Italie du Nord et leur évolution en dépressions V_b. L'auteur expose le cas des précipitations abondantes, difficiles à prévoir à temps parce que souvent non liées à des limites de masses d'air et parce que ce sont en général des phénomènes géographiquement très limités. Ces difficultés sont les plus grandes lorsqu'il s'agit de prévoir les orages et la grêle. Enfin il propose de dresser une carte du temps de la région alpine à grande échelle, destinée à servir de base au travail synoptique de détail et à permettre la mise en valeur du matériel d'observations à disposition.

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Mit 2 Textabbildungen.     

Untersuchung über Schwankungen der Winterniederschläge in Deutschland

Zusammenfassung Die vorliegende Untersuchung schließt an frühere Arbeiten des Verfassers über die Schwankungen der Sommerniederschläge und anderer klimatischer Elemente in Deutschland an. Sie legt dazu zwei Kollektivreihen von Nord- und Süddeutschland zugrunde, die aus je 36 Stationen zusammengefaßt sind. Übergreifende 5jährige Mittelwerte zeigen bei den Frost- und den Regentagen quasiperiodische Schwankungen, die der 11jährigen Sonnenfleckenwelle ähneln. Übergreifende 11jährige Mittelwerte lassen eine gut ausgeprägte, etwa 33jährige Welle erkennen, die der Brücknerschen Periode entsprechen könnte. Diese letztere ist bei der Niederschlagshöhe, der Anzahl der Niederschlagstage und der Niederschlagsdichte gleichermaßen gut ausgeprägt, nicht dagegen bei der Anzahl der Tage mit Schneefall. Das abweichende Verhalten der letzteren wurde mit Änderungen der großrümigen Luftversetzung über Deutschland in Zusammenhang gebracht. Es ergab sich bei den Schwankungen der Winterniederschläge kein Anhaltspunkt, der auf eine gleichmäßig fortwirkende und sich verstärkende Ursache schließen läßt, wie sie die Hypothese über die fortschreitende Erwärmung der Atmosphäre infolge zunehmender Kohlensäureanreicherung voraussetzen würde.

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Summary The present paper deals with the fluctuations of winter precipitations in Germany and continues former studies of the same author about the trends of summer precipitations and other climatic elements. It is based on two series of Northern and Southern Germany, derived each from 36 stations. Overlapping means of 5 years show quasi-periodical variations for days with frost or rain similar to the 11 years sunspot cycle. Overlapping means of 11 years show a marked period of 33 years which may correspond to the Brückner cycle. This is equally well-pronounced for the amount of precipitation, for the number of precipitation days and for the precipitation density, but not, however, for the number of days with snowfall. The divergent pattern of the latter can be compared with a variation of the large-scale displacement of air masses over Germany. As to the precipitation-variations in winter no clue for a continuous and reinforcing cause could be found which could justify the hypothesis of the progressive warming of the atmosphere owing to an increase of its carbonic acid content.

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Résumé La présente étude sur les fluctuations des précipitations hivernales en Allemagne poursuit celles que l'auteur a consacrées aux variations des précipitations estivales et d'autres éléments climatiques. Elle se fonde sur deux séries relatives à l'Allemagne du Nord et du Sud et groupant 36 stations chacune. Les moyennes mobiles de cinq ans des jours de gel ou de pluie font apparaître des variations quasi périodiques rappelant la période undécennale des taches solaires. Les moyennes mobiles de onze ans révèlent une période de 33 ans qui pourrait correspondre à celle de Brückner, laquelle est nette pour la hauteur des précipitations, le nombre de jours de pluie et la densité de pluie, mais pas pour les jours de neige. Le comportement anormal de ces derniers est comparé au déplacement des masses d'air sur l'Allemagne à l'échelle synoptique. En ce qui concerne les variations des précipitations hivernales, on ne trouve aucune raison d'admettre une cause agissant de façon continue et se renforçant, telle que l'hypothèse de l'enrichissement progressif de l'atmosphère en acide carbonique invoqué pour justifier son réchauffement.

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Mit 6 Textabbildungen.     

Die Himmelsstrahlung in ihrer Beziehung zu verschiedenen Parametern

Zusammenfassung Gestützt auf ein fünf Jahre umfassendes Datenmaterial wird der Zusammenhang zwischen den Momentanwerten der diffusen Himmelsstrahlung, den gleichzeitigen Werten des Höhenwinkels der Sonne, der atmosphärischen Trübung sowie der Art und Menge der Bewölkung für Locarno-Monti (Alpensüdfuß) untersucht. Durch eine monatsweise Trennung der Daten kann der jahreszeitabhängige Effekt von Bodenalbedo und direkter Hangreflexion zahlenmäßig erfaßt werden. Mit Hilfe der sogenannten Koaxialmethode für die graphische Ermittlung stochastischer Beziehungen wird das Resultat unmittelbar für den praktischen Gebrauch in Form eines zusammengesetzten Diagrammes erhalten und durch eine analytische Näherungsformel ausgedrückt. Die auf diese Weise empirisch bestimmten Himmelsstrahlungsintensitäten werden durch Vergleich mit einer größeren Anzahl direkt gemessener Werte auf ihre Zuverlässigkeit hin geprüft, wobei das Prüfmaterial selbst nicht in die Untersuchungsstatistik einbezogen ist. Häufigkeitsverteilungen der Abweichungen zeigen deutlich, wie sich der Zusammenhang stets bessert, wenn zunächst nur ein, dann sukzessive auch weitere Parameter in die Mehrfachkorrelation einbezogen werden. Die Ergebnisse für den wolkenfreien Himmel werden mit solchen anderer Autoren verglichen.

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Summary The data collected during a five year period at Locarno-Monti, on the southern side of the Alps, permitted an investigation of the relationship between the intensity of the diffuse sky radiation and the solar elevation angle, the turbidity, and the cloudiness. By grouping the data by months it was possible to show quantitatively the season-dependence on surface albedo and direct reflection from the slopes. The so-called coaxial method for the graphical determination of stochastic interrelations leads to a display of the results in a multicurve-graph for practical use. The relationship is approached analytically. The reliability of empirically obtained sky radiation data was checked against a series of measured values, not involved in the statistics. Analysis of the deviation frequency shows further that the more parameters are taken into account in the multiple correlation procedure, the better the relationship holds. For cloudless sky the results are compared with those gained by other authors.

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Résumé Les résultats de mesure recueillis pendant une période de cinq ans à Locarno-Monti, au sud des Alpes, permettent d'étudier les relations entre les valeurs instantanées du rayonnement diffus du ciel d'une part, et les valeurs simultanées de l'angle de hauteur du soleil, du trouble atmosphérique et de la nébulosité d'autre part. Grâce à un groupement mensuel des données, l'effet variable selon la saison de l'albédo du sol et de la réflexion directe par les pentes peut être mis quantitativement en évidence. En recourant à la méthode dite coaxiale, qui permet de trouver graphiquement des relations stochastiques, il est possible de présenter les résultats sous la forme d'un abaque utilisable directement à des fins pratiques. Une formule approchée est également donnée. Les valeurs du rayonnement du ciel obtenues par ce moyen empirique sont ensuite comparées à une série de valeurs mesurées, non comprises dans la statistique. L'analyse de la fréquence des écarts montre clairement que les relations stochastiques trouvées sont d'autant meilleures que le nombre de paramètres inclus dans les corrélations multiples est plus grand. Dans le cas d'un ciel serein, les résultats sont comparés avec ceux d'autres auteurs.

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Mit 13 Textabbildungen     

A study of the mass,momentum and energy budget of the atmosphere

Production and expenditure rates in the terrestrial budget of various air properties (mass of precipitable water and carbon dioxide, zonal and root mean square momentum, heat, and entropy) are studied. The discussion is based on graphs and diagrams which illustrate the global radiation and heat budget, dynamical energy forms and conversions, hydrologic and carbon dioxide cycles, and meridional cross sections of mass, momentum, heat, and entropy budget terms. A comparison of atmospheric property holdings with expenditure rates results in a fictitious interval of time required to annull the holdings. For momentum, precipitable water, and heat this interval of time has the order of magnitude of 10⁰, 10¹, and 10² days, respectively.

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Zusammenfassung Es werden die Einnahme- und Ausgabeposten beim terrestrischen Haushalt verschiedener Eigenschaften der Luft (Wasserdampf und Kohlensäure als Beispiele von Masseneigenschaften, ferner zonal-vektorieller und skalarer Impuls, Wärme und Entropie) untersucht. Die Diskussion wird durch graphische Darstellungen und Diagramme unterstützt, welche folgende Größen veranschaulichen: den globalen Strahlungs- und Wärmehaushalt, dynamische Energieformen und ihre Umwandlungen, Wasserkreislauf und Kohlensäurekreislauf, sowie Bilanzposten der Massen-, Impuls-, Wärme- und Entropiebilanz in Meridionalschnitten. Eine Vergleichung des Gehalts der Atmosphäre an verschiedenen Eigenschaften mit ihren Verlusten liefert ein fiktives Zeitintervall, in welchem die Reserven aufgebraucht würden, wenn kein Ersatz nachgeliefert würde; die Größenordnung dieses Zeitintervalles ergibt sich zu 10⁰, 10¹ und 10² Tagen für Impuls, Wasserdampf und Wärme.

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Résumé L'auteur étudie la production et la dépense dans le bilan terrestre des différentes propriétés de l'air (la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone comme exemples de propriétés de masse, puis la quantité de mouvement zonale-vectorielle et scalaire, la chaleur et l'entropie). Des graphiques illustrent la discussion qui représentent les grandeurs suivantes: économie globale de la radiation et de la chaleur, formes dynamiques de l'énergie et leurs transformations, cycles hydrologique et du dioxyde de carbone, ainsi que les composantes du bilan des masses, de la quantité de mouvement, de la chaleur et de l'entropie en coupes méridionales. La comparaison du contenu des diverses propriétés dans l'atmosphère avec leurs pertes est fournie par un intervalle de temps fictif, pendant lequel les réserves seraient épuisées, au cas où leur renouvellement ferait défaut; l'ordre de grandeur de cet intervalle résulte à 10⁰, 10¹ et 10² jours respectivement pour la quantité de mouvement, la vapeur d'eau et la chaleur.

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With 8 Figures.     

Zur Frage der Verdunstung auf dem Meere

Zusammenfassung Die Verdunstung in Mogadiscio wird dargestellt und erläutert, und zwar auf Grund direkter Beobachtungen dieser Größe sowie durch Berechnung aus den maßgebenden meteorologischen Faktoren. Es ergibt sich daraus, daß in der benachbarten Zone des Indischen Ozeans ein Überschuß der Verdunstungshöhe über die Niederschlagshöhe im Betrage von 2,5 m/Jahr auftritt. Der jährliche Gang zeigt Höchstwerte in der Periode Dezember bis April und Minima während des Südwestmonsuns. Andere Beispiele von außerhalb der äquatorialen Zone bestätigen, daß die Verdunstung auf der Meeresoberfläche nicht durchwegs ein Maximum im Herbst und Winter und ein Minimum im Sommer aufweist.

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Summary A statement and discussion of the evaporation at Mogadiscio is given which is founded both on direct observations and on computations from different meteorological elements. It results that in the adjacent zone of the Indian Ocean an excess of evaporation over precipitation of 2,5 m/year is observed. The annual variation shows maxima in December–April and minima during the SW-monsoon. Other examples outside the equatorial zone confirm that evaporation above the surface of the sea not always has its maximum in autumn and winter and its minimum in summer.

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Résumé On expose les conditions d'évaporation à Mogadiscio et on les explique sur la base d'observations directes ainsi que par le calcul à partir des facteurs météorologiques déterminants. On constate dans la zone voisine de l'Océan Indien un excès de la hauteur d'évaporation de 2,5 m par an sur les précipitations. La variation annuelle de l'évaporation présente des valeurs maxima dans la période de décembre à avril, et minima pendant la mousson du Sud-Ouest. D'autres exemples non tirés de la zone équatoriale confirment que l'évaporation à la surface de la mer ne présente pas toujours un maximum en automne et en hiver, ni un minimum en été.

     

Some remarks on the thermodynamics of cyclones and anticyclones

Summary A quantitative theory of steady-state cyclones and anticyclones is based on a thermodynamic cycle, in which the surface frictional flow of air towards low pressure is compensated by an outflow aloft. It is shown that such a steady-state flow can only be sustained by a distribution of heat sources and sinks, depending on the surface windfield, the frictional drag, and the height of the return flow. When the two latter quantities are specified the steady-state surface wind- and pressure-pattern can be inferred from the disposition of heat sources and sinks in the atmosphere.Given the vertical profile of temperature and humidity it is possible to estimate the net heat added to or subtracted from different levels in the atmosphere by radiation processes. If, in addition, the balance between precipitation and evaporation is known, the distribution of sources and sinks in the free atmosphere may be determined, and this procedure may be made largely routine with such aids as the radiation chart. Hence it is possible to infer the structure, intensity and size of an equilibrium surface pressure-field from the computed disposition of sources and sinks in the atmosphere. In the future it should be possible to carry through such an analysis as part of routine forecasting procedure. It is shown that the surface pressure contrast in such monsoonal systems as the Siberian Winter High is of the order called for by the thermodynamic theory. The sustaining source and sink intensities needed for cyclones and anticyclones of average size and pressure-contrast are of the order of those occurring in nature.Cyclones and anticyclones are conveniently classified according to the nature of the sustaining sources or sinks. In particular, shallow systems, cold highs and warm lows are associated with low level sinks or sources, while systems of great vertical extent, warm highs and cold lows, are associated with sinks and sources at high level.

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Zusammenfassung Eine quantitative Theorie stationärer Zyklonen und Antizyklonen wird auf einen thermodynamischen Kreisprozeß, basiert, in dem die reibungsbedingte Luftströmung an der Erdoberfläche gegen das Tiefdruckzentrum durch ein Abfließen in der Höhe kompensiert wird. Es wird gezeigt, daß eine solche stationäre Strömung nur durch eine Verteilung von Wärmequellen und Sinkstellen aufrecht erhalten werden kann, die durch das Windfeld am Boden, die Reibungsverzögerung und die Höhe des Rückkehrstromes bedingt ist. Wenn die zwei letztgenannten Größen bestimmt sind, kann aus der Verteilung der Wärmequellen und Sinkstellen in der Atmosphäre auf das Wind- und Druckfeld des stationären Zustandes am Boden geschlossen werden.Aus dem Vertikalprofil von Temperatur und Feuchtigkeit ist es möglich, den durch Strahlungsvorgänge in verschiedenen Höhen erzeugten Wärmeüberschuß oder-verlust abzuschätzen. Wenn außerdem die Bilanz zwischen Niederschlag und Verdunstung bekannt ist, kann auch die Verteilung der Quellen und Sinkstellen in der Atmosphäre bestimmt werden und dieses Verfahren kann auf Grund von Strahlungskarten Eingang in die tägliche Praxis finden. Damit ist es möglich, aus der berechneten Verteilung von Quellen und Sinkstellen Schlüsse auf die Struktur, die Intensität und die Ausdehnung eines im Gleichgewicht befindlichen Druckfeldes zu ziehen. In Zukunft mag sich auch die Möglichkeit ergeben, eine solche Analyse als Teil des täglichen Wetterdienstes durchzuführen.Es wird gezeigt, daß die Druckunterschiede am Boden in solchen Monsunsystemen wie dem sibirischen Winterhoch von der gleichen Größenordnung sind, wie sie sich aus der thermodynamischen Theorie voraussagen lassen. Die Intensität von Quellen und Sinkstellen, die in der freien Atmosphäre auftreten, hat die richtige Größe, um die Aufrechterhaltung von Zyklonen und Antizyklonen mit den Dimensionen und Druckunterschieden zu erklären, wie sie in der Natur beobachtet werden.Zyklonen und Antizyklonen werden praktischerweise auf Grund der Beschaffenheit der Quellen oder Sinkstellen eingeteilt, die sie aufrecht erhalten. Im speziellen sind seichte Systeme, wie Kältehoch und Wärmetief, mit Quellen oder Sinkstellen im tieferen Niveau verknüpft, während Systeme mit großer Vertikalerstreckung, wie Wärmehoch und Kältetief, mit Quellen oder Sinkstellen in größerer Höhe verbunden sind.

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Résumé On développe une théorie quantitative des dépressions et anticyclones stationnaires sur la base d'un cycle thermodynamique fermé dans lequel le courant soumis au frottement et dirigé vers le centre dépressionnaire est compensé par un écoulement divergent en altitude. On montre qu'un tel système stationnaire ne peut se maintenir que par une répartition des sources et des puits de chaleur conditionnée par le champ de vent au sol, le retard dû au frottement et l'altitude du courant de retour. Si les deux dernières grandeurs sont déterminées, on peut connaître le champ de vent et de pression de l'état stationnaire au sol à partir de la répartition des sources chaudes et des puits dans l'atmosphère.Grâce au profil vertical de température et d'humidité, il est possible d'évaluer l'excès ou le défaut de chaleur produits par les processus radiatifs à différents niveaux. Si en outre le bilan entre les précipitations et l'évaporation est connu, on peut aussi déterminer la distribution des sources et des puits dans l'atmosphère et ce procédé pourra entrer dans le travail de routine à l'aide de cartes de rayonnement. Ainsi il est possible, à partir de la distribution calculée des sources et des puits, de tirer des conclusions sur la structure, l'intensité et l'étendue d'un champ de pression en équilibre. On peut envisager dans l'avenir la possibilité d'adjoindre une telle analyse à la prévision journalière du temps.On montre que les différences de pression au sol dans des systèmes de mousson tels que celui de l'anticyclone hivernal sibérien sont de l'ordre de grandeur prévu par la théorie thermodynamique. L'intensité des sources et des puits qui apparaissent dans l'atmosphère libre a la valeur voulue pour entretenir les dépressions et les anticyclones avec les dimensions et les différences de pression que l'on observe dans la nature.On peut classer les dépressions et les anticyclones d'une manière pratique d'après la nature des sources et des puits qui les entretiennent. En particulier, des systèmes de peu d'épaisseur comme des anticyclones froids et des dépressions chaudes sont liés à des sources et des puits situés à basse altitude; par contre des systèmes de grande ampleur verticale comme des anticyclones chauds et des dépressions froides sont liés à des sources ou des puits à haute altitude.

     

Zur Höhenabhängigkeit der Niederschlagsmenge in den Alpen

Zusammenfassung Im ersten Teil der Untersuchung werden die Gründe angeführt, welche die vonE. Ekhart entworfene Isanomalenkarte des Niederschlages, die sich über das gesamte Alpengebiet erstreckt, problematisch erscheinen lassen. An Hand von Beispielen aus der Schweiz wird gezeigt, daß die Höhenabhängigkeit dieses Elementes regional so wenig einheitlich ist, daß es unmöglich erscheint, eine allen Teilgebieten genügend angepaßte Form der Höhe—Niederschlags-Beziehung aufzustellen. Auch ergibt sich rein rechnerisch, daß der Gesamtgradient dieser Beziehung mit der Ausdehnung des zu untersuchenden Gebietes immer mehr verflacht. Anlaß zur Diskussion gibt ferner der vonE. Ekhart geltend gemachte Anspruch, die Existenz einer Höhenzone maximalen Niederschlages für die Alpen als Ganzes nachgewiesen zu haben.Der zweite Teil befaßt sich mit der Niederschlagsverteilung in einem Voralpental, dem Wägital. Mit Hilfe statistischer Untersuchungsmethoden wird gezeigt, daß nicht immer nur die Seehöhe das Verteilungsbild maßgebend beeinflußt. Die Topographie einer Gegend kann sich auch so auswirken, daß die Niederschläge infolge der Exposition zu den Regenwinden in einer bestimmten Richtung zunehmen. Das Wägital ist ein Beispiel dafür, daß der letztere Einfluß gelegentlich gegenüber dem der Seehöhe deutlich überwiegt. Recht instruktiv wirkt ein Isanomalenkärtchen des Wägitales, das auf einer kombinierten Beziehung der Niederschlagsmenge zur Hauptrichtung des Talverlaufes und zur Seehöhe aufgebaut ist.

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Summary In the first part of this paper the reasons are assigned which seem to reveal that the map of isanomals of precipitation traced out byE. Ekhart for the Alps is problematic. It is quoted from cases in Switzerland that dependency of precipitation on altitude is so far from being uniform that it appears impossible to calculate a correlation between precipitation and altitude which is sufficiently corresponding for the different regions of the country. In addition it results arithmetically that the total gradient of this correlation becomes levelled with increase of extension of the region to be regarded. A further reason for a discussion is the pretension asserted byE. Ekhart to have proved the existence of a zone of height with maximum precipitation for the Alps as a whole.The second part deals with the distribution of precipitation in a valley of the Lower Alps, the Wägital. It is shown by means of statistical methods that it is not always only the height above sea level which affects decisively the picture of distribution. The topography of a region can effect in such a manner that precipitation increases in a certain direction owing to the exposure to precipitation winds. The Wägital is an example that this influence occasionally predominates the altitude. A map of isanomals of the Wägital is very instructive, in it the amount of precipitation is put in a combined correlation to the chief direction of the valley and the height of its bottom.

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Résumé Dans la première partie de cette étude on expose les motifs pour lesquels on peut mettre en doute l'image cartographique des isanomales de précipitations dressée parE. Ekhart pour toute la région des Alpes. A l'aide d'exemples tirés des observations suisses, on montre que la loi de croissance des précipitations avec l'altitude est si variable d'une région à une autre qu'il semble impossible d'en trouver une qui soit valable pour toutes. Il apparaît en outre par simple voie de calcul que le taux de croissance se nivelle au fur et à mesure que la région considérée s'agrandit. On met aussi en discussion la prétention deEkhart d'avoir prouvé l'existence d'une zone de maximum de précipitation pour la totalité des Alpes.La deuxième partie de l'exposé est consacrée à la distribution pluviale dans une vallée préalpine, le Wägital. Grâce à des méthodes de recherche statistiques, on peut montrer que cette distribution ne dépend pas uniquement de l'altitude, mais que la topographie intervient en créant des zones d'excès dans une direction déterminée et conditionnée par le vent pluvieux. Le cas du Wägital prouve que ce facteur peut être dominant et l'emporter sur l'effet hypsométrique. Une carte d'isanomales du Wägital illustrant la dépendance combinée de la hauteur d'eau par rapport à l'axe principal de la vallée et à l'altitude est particulièrement instructive.

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Mit 8 Textabbildungen.     

The vertical transfer of momentum in the general circulation

Summary A simplified scheme of the transfer of zonal momentum in the general circulation is first summarised. Observational evidence in support of the pattern of vertical transfer is then provided from the relation between the fields of pressure and wind over the oceans in the Trades and westerlies, with large down-gradient motion in the former and very little cross-isobar motion in the latter. In neither case are the concepts of the classical (barotropic) friction layer valid. The vertical gradients of downwind and cross-wind shear stress are evaluated and from them climatological values of eddy viscosity are deduced for the surface layers. Values of eddy viscosity at levels of a few hundred metres are also deduced and found to be greater than at lower levels, consistent with the pattern of momentum transfer advanced. The transfer in the lower troposphere is probably mainly convective above the layer of mechanical turbulence. There is a concluding discussion on the nature of the vertical transfer of momentum in the middle and upper troposphere.

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Zusammenfassung Zunächst wird ein vereinfachtes Schema für den Transport der zonalen Bewegungsgröße in der allgemeinen Zirkulation skizziert. Hierauf werden auf Grund der Beziehungen zwischen Druck- und Windfeld über den Ozeanen in den Gebieten der Passatwinde und der Westströmung auf Beobachtungsmaterial beruhende Beweise für den Vertikaltransport entwickelt; dabei erweist sich der Winkel zwischen Isobaren und Windrichtung in den Passatgebieten als groß, in der Westströmung als klein. In keinem der beiden Fälle haben die Anschauungen über die klassische (barotrope) Reibungsschicht Gültigkeit. Die Vertikalgradienten der Schubspannung in Richtung wie auch senkrecht zum Winde werden berechnet und daraus klimatologische Mittelwerte der scheinbaren Viskosität (Austausch) für bodennahe Schichten abgeleitet. Werte der scheinbaren Viskosität werden auch für Niveaus von einigen 100 m berechnet und größer als in niedrigeren Schichten gefunden, was in Übereinstimmung mit der entwickelten Anschauung über das Schema der Fortpflanzung der Bewegungsgröße steht. Der Austausch in der unteren Troposphäre oberhalb der Schicht mechanischer Turbulenz ist wahrscheinlich in der Hauptsache konvektiv. Zum Schluß wird das Wesen des Vertikalaustausches der Bewegungsgröße in der mittleren und oberen Troposphäre diskutiert.

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Résumé Un schéma simplifié du transport, dans la circulation générale, de la quantité de mouvement zonal est d'abord esquissé. Des arguments en faveur du transport vertical proposé sont alors fournis par les relations des champs de pression et du vent au-dessus des océans dans les zones des alizés et du courant d'ouest; dans la première, l'angle entre l'isobare et la direction du vent est grande, dans la seconde il est petit. Dans aucun des deux cas, la conception de la couche de friction classique (barotropique) n'est valable. Les gradients verticaux des tensions internes sont évalués dans la direction et normalement à la direction du vent et des valeurs climatologiques de la viscosité apparente due à la turbulence en sont déduites pour les couches voisines du sol. Les valeurs de la viscosité apparente calculées pour des niveaux de quelques centaines de mètres sont plus grandes que celles des niveaux bas, concordant ainsi avec le transport vertical proposé. Dans la basse troposphère le transport est probablement surtout convectif au-dessus de la couche de turbulence. En conclusion l'auteur discute la nature du transport vertical de la quantité de mouvement dans la troposphère moyenne et supérieure.

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With 1 Figure.     

Some results of micrometeorological measurements in antarctica

Summary Micrometeorological measurements made at Norway Station, Antarctica, indicate that the exchange of sensible heat between air and snow is excecuted by the aeration. The existence of a laminar sub-layer over permeable snow is in this connection questionable. A zig-zag profile found in the mean vertical distribution of the temperature near the surface indicates that the turbulence in this layer is systematized. From the temperature profile we have estimated the vertical displacement of the elements, and in connection with measurements of the frequency of temperature variations near the surface, we have calculated the heat transfer in the air. An expression for the eddy heat transfer coefficient which contains fairly well defined quantities and proportions has been derived.

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Zusammenfassung Aus mikrometeorologischen Messungen auf der Norway Station, Antarctica, wird gefolgert, daß der Austausch von fühlbarer Wärme zwischen Luft und Schnee durch Bodenatmung vor sich geht. Die Existenz einer laminaren Grenzschicht über einer porösen Schneedecke wird in diesem Zusammenhang bezweifelt. Die vertikale Temperaturschichtung der bodennahen Luftschicht zeigt ein Zickzack-Profil und deutet darauf hin, daß die Turbulenz in dieser Schicht systematische Züge enthält. Aus den Temperaturprofilen wird die vertikale Verschiebung der Turbulenzelemente geschätzt. Die gemessene Frequenz der Temperaturschwankungen in der bodennahen Luft ermöglicht die Berechnung der Größe des Wärmeaustausches. Abschließend wird ein Ausdruck für den turbulenten Wärmeaustausch-Koeffizienten abgeleitet, der verhältnismäßig wohldefinierte Größen und Verhältnisse enthält.

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Résumé Sur la base de mesures micrométéorologiques effectuées à Norway Station, Antarctique, on déduit que l'échange de chaleur sensible entre l'air et la neige s'effectue par le truchement de la respiration du sol. On met alors en doute l'existance d'une couche limite laminaire au-dessus d'une couverture poreuse de neige. L'étagement vertical des températures dans les couches d'air voisines du sol présente un profil en zig-zag. Par conséquent, la turbulence montre, dans cette zone, des traits systématiques. Par le moyen des profils de température, on estime le déplacement vertical des éléments de turbulence. La fréquence mesurée des variations de température au voisinage du sol permet de calculer l'importance des échanges de chaleur. On en tire, pour terminer, une expression du coefficient d'échange turbulent de la chaleur, expression qui contient des grandeurs et des relations relativement bien définis.

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With 1 Figure     

Nouveaux essais comparatifs de la mesure de l'évaporation

Résumé Reprenant une précédente étude, l'auteur recherche ici s'il existe, sous certaines conditions, un parallélisme étroit entre les données de différents évaporomètres. Il considère ainsi la balance de Wild d'une part et des bacs de grandes dimensions d'autre part. Il en conclut que l'on peut utiliser indifféremment l'une ou les autres aux conditions suivantes: Les grands bassins doivent être régulièrement et consciencieusement nettoyés et l'eau doit en être changée souvent; il est indispensable de mesurer la température moyenne de l'eau de ces bassins et de corriger les lectures en conséquence. Cette dernière et très importante constatation est basée sur un développement théorique étayé par de nombreuses mesures. Enfin, l'auteur fait part de constatations d'ordre biologique qui permettent d'affirmer que leblanc est la couleur la plus pratique pour de grands bassins.

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Summary Referring to a previous investigation, the author examines whether, under certain conditions, there is a strict parallelism between data from different types of evaporimeters. The balance of Wild, on one hand, and large evaporation pans, on the other, are considered. The author concludes that both types may indifferently be used under certain conditions: the large pans must be cleaned regularly and thoroughly, and the water has to be changed frequently; it is indispensable to measure the mean temperature of the water of these pans and to correct the readings accordingly. This last and very important statement is based on a theoretical development supported by numerous measurements. Finally, facts of biological nature enable the author to assert thatwhite is the most favourable colour for large evaporation pans.

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Zusammenfassung Von einer früheren Arbeit ausgehend untersucht der Autor, ob und unter welchen Bedingungen verschiedene Verdunstungsmesser zu vergleichbaren Ergebnissen führen. Verglichen werden die Wildsche Verdunstungswaage und große Verdunstungsbecken. Es zeigt sich, daß diese beiden Apparatetypen unter folgenden Bedingungen gleichwertig sind: Die großen Verdunstungsbecken müssen regelmäßig und sorgfältig gereinigt werden; ihr Wasser ist öfters zu erneuern; auch muß bei jeder Messung die mittlere Temperatur des Wassers im Verdunstungsbecken bestimmt und ihr Einfluß bei der Berechnung der Verdunstung in Rechnung gestellt werden. Für diese letztere, sehr wichtige Bedingung werden sowohl theoretische Gründe wie auch praktische Beispiele angeführt. Schließlich werden auch biologische Beobachtungen mitgeteilt, aus denen hervorgeht, daßweiß die günstigste Farbe für Verdunstungsbecken ist.

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Avec 5 Figures