Untersuchungen über zonale Windprofile in der 850 mb-Fläche

Zusammenfassung Die Abhängigkeit der zonalen Windgeschwindigkeit in einer geographischen Breite von der in einer anderen Breite, wie sie für das 850 mb-Niveau gefunden wurde, kann qualitativ mit den Modellvorstellungen vonRossby verglichen werden. Aus der Erhaltung des absoluten Impulsmomentes und der absoluten Vorticity folgt bei einer Zunahme der zonalen Windgeschwindigkeit in niedrigen Breiten eine Abnahme in höheren Breiten und umgekehrt. Es ergibt sich ferner, daß sich der Indexzyklus im Sinne vonRiehl, Namias oderDefant und damit auch die zonalen Windprofile selbst für eine Verwendung im Wetterdienst als zusätzliches Hilfsmittel für mittelfristige Prognosen als nicht sehr geeignet erweisen.

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Summary The dependency of the speed of the zonal wind in the 850mb surface in one latitude on the speed in another latitude can qualitatively be compared with a model atmosphere according toRossby. With preservation of the angular momentum and the absolute vorticity a decrease of the zonal wind speed must occur in high latitudes when the zonal wind speed increases in low latitudes and vice versa. Further, it can be shown that the index cycle in the sense ofRiehl, Namias orDefant, and with it the zonal windprofile itself are less suitable for being used in the weather service as additional help in making medium range forecasts.

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Résumé La dépendance entre la vitesse du vent zonal trouvée à 850 mb à une certaine latitude et celle d'une autre latitude peut être comparée — qualitativement — au modèle d'atmosphère selonRossby. Du fait de la persistance du moment absolu de l'impulsion et des échanges du moment tourbillonnaire absolu, il faut qu'à une augmentation de la vitesse du vent zonal dans les basses latitudes corresponde une diminution de cette vitesse aux latitudes élevées, et vice versa. Il en résulte en outre que le cycle des index, p. ex. dans le sens des définitions deRiehl, Namias ouDefant, — et par voie de conséquence les profils de vents zonaux eux-mêmes — s'avèrent inadéquats pour leur utilisation par les services métérologiques comme auxiliaires supplémentaires pour la prévision à moyenne échéance.

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Mit 3 Textabbildungen     

Zur numerischen Methode der Vorhersage von Änderungen der 500 mb-Fläche nach Charney und Eliassen

Zusammenfassung Eine Überprüfung der vonCharney undEliassen abgeleiteten Prognosenformel für Änderungen der 500 mb-Fläche entlang einer bestimmten geographischen Breite ergibt, daß in den untersuchten Fällen (Januar 1949) eine Verwendung im praktischen Wetterdienst noch fraglich ist. Nur bei verhältnismäßig einheitlicher zonaler Windkomponente und bei entsprechend kleinen Störungen scheint eine Vorausberechnung der Drucktendenz der oberen Druckwelle für einen bestimmten Ort mit Hilfe der Formel möglich zu sein.

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Summary A verification of the prognostic formula for predicting the height profile of the 500 mb pressure surface at a fixed latitude derived byCharney andEliassen shows that a practical application is limited at least for the period under consideration (January 1949). Only in case of relatively small perturbations and rather uniform current along the latitude circle the formula seems to be successful in day-to-day forecast procedures.

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Résumé Une vérification portant sur le mois de janvier 1949 de la formule pronostique établie parCharney etEliassen et applicable aux variations de la surface de 500 mb. le long d'un parallèle géographique déterminé montre que son emploi dans la pratique de la prévision du temps est encore douteux. Ce n'est que dans le cas d'une composante zonale du vent à peu près uniforme et lors de petites perturbations correspondantes qu'une prévision calculée de la tendance de pression de l'onde supérieure de pression en un lieu déterminé semble possible.

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Mit 4 Textabbildungen.     

Zur Stabilitäts-Theorie des geostrophischen Windes

Zusammenfassung Ein möglicher physikalischer Gleichgewichtszustand wird erst in Verbindung mit der Frage nach seiner Stabilität oder Labilität hinreichend charakterisiert. In der Natur können nämlich nur stabile Zustände von Dauer sein; dagegen führen labile Zustände bei der geringsten Störung zu spontanen Umlagerungen der gesamten Gleichgewichtslage. Die Frage nach der Stabilität des geostrophischen Windes — der einfachsten und in der Natur mit guter Näherung erfüllten Grundlösung der hydrodynamischen Gleichungen — wird damit zu einem Grundproblem der dynamischen Meteorologie.In neuerer Zeit wurde dieses Problem vonE. Kleinschmidt in Angriff genommen und weitgehend geklärt. An der Spitze derKleinschmidtschen Untersuchung steht eine Energiebetrachtung, welche indessen nur sehr schwer verständlich ist und vor allem den Zusammenhang mit den üblichen Methoden der klassischen Mechanik nicht erkennen läßt. Das Haupthilfsmittel aller klassischen Stabilitätsuntersuchungen ist die Variationsrechnung. Mit ihrer Hilfe wird in Kapitel I und II dieser Arbeit die Stabilitätsuntersuchung des geostrophischen Windes auf eine neue Basis gestellt. Es ergibt sich danach — in voller Analogie zu der Statik eines Systems von Massenpunkten — daß für den geostrophischen Wind die erste Variation der gesamten Energie verschwindet und die zweite Variation über Stabilität und Labilität entscheidet. Diese Ergebnisse sind implizit in derKleinschmidtschen Energiebetrachtung enthalten. Sie lassen in dieser Form vor allem die Grenzen desKleinschmidtschen Beweises erkennen, denn nicht einmal in der Statik eines Punktsystems läßt sich auf Grund der zweiten Variation der potentiellen Energie die Labilität in mathematisch befriedigender Form beweisen; doch werden auch hier die aus der zweiten Variation folgenden Kriterien als physikalisch plausibel und richtig angenommen. In diesem Sinne sind auch dieKleinschmidtsche Energiebetrachtung und der Beweis hier zu werten.Die weiteren Ausführungen dieser Arbeit sollen dazu dienen, denKleinschmidtschen Stabilitäts- bzw. Labilitätskriterien eine möglichst übersichtliche und auf praktische Anwendungen zugeschnittene Formulierung zu geben. Dementsprechend wird in Kapitel III die zweite Variation der Energie (Verschiebungsenergie) zunächst auf eine durchsichtige und leicht diskutierbare Form gebracht. Anschließend werden in Kapitel IV und V auf Grund des Vorzeichencharakters der zweiten Variation der Energie die Stabilitätskriterien für mittlere und höhere Breiten sowie für den Äquator in übersichtlicher Weise zusammengestellt, ihr Zusammenhang mit den klassischen Stabilitätskriterien einer ruhenden Atmosphäre dargelegt und sodann das Verhalten der Kriterien bei Annäherung an den Äquator untersucht. Mit Hilfe von Näherungsformeln werden die einzelnen Stabilitäts- und Labilitätsfälle für =50 in Kapitel VI bis VIII eingehend diskutiert mit dem Ziel, eine Grundlage für spätere konkrete Anwendungen zu schaffen.In Kapitel IX werden die Zusammenhänge zwischen der Isentropenneigung und den einzelnen Stabilitäts- und Labilitätsarten klargelegt. Diese Zusammenhänge sind für die Ausbildung von Fronten, von Auf- und Abgleitvorgängen sowie für die Ausbildung von Schauerwetter von besonderer Bedeutung. An Hand eines durchgerechneten Beispiels wird dies in Kapitel X ausführlich erörtert. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse stimmen mit den Auffassungen der mitteleuropäischen Schule vollkommen überein. Kapitel XI enthält Bemerkungen zur Stabilität und Labilität am Äquator.

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Summary A possible state of equilibrium in physics is fully characterized in connection only with the question of its stability or instability. In nature, only a stable state can be permanent, an unstable state on the other hand, if affected by the least disturbance, leads to spontaneous displacements of the whole equilibrium. Therefore, the question of the stability of the geostrophic wind — the simplest possible solution of the equations of hydrodynamics which is fulfilled with good approximation in nature — becomes a fundamental problem of dynamic meteorology.RecentlyE. Kleinschmidt dealt with this problem and mostly solved it. At the beginning he gives an analysis of energy which it is difficult to understand and which, above all, does not show the connection with the common methods used in classical mechanics. The main help for the classical treatment of the problem of stability is the calculus of variation. By introducing it the problem of the stability of the geostrophic wind is put in a new basis in the first two chapters of this paper. In accordance with the statics of a system of mass points, the result is that, for the geostrophic wind, the first variation of the total energy must disappear, while the second variation decides whether it is stable or unstable.Kleinschmidt's paper contains these results implicitly. But in their new form they show the limits ofKleinschmidt's analysis, for even in the statics of a system of mass points it is not possible to prove in a mathematically satisfactory manner lability on the basis of the second variation of the potential energy. But we regard here the criteria resulting from the second variation also as plausible and right from the standpoint of physics. In this wayKleinschmidt's reflexions on energy and the analysis in this paper must be looked upon.The purpose of the further statements in this paper is to giveKleinschmidt's criteria a form which is clear and suitable for practical computing. Therefore, in chapter III the second variation of energy (energy of displacement) has been arranged to a lucid form that may be easily discussed. In the chapters IV and V the criteria of the stability for middle and high latitudes and for the equator are summed up on the basis of the sign of the second variation of energy. Their connection with the classical criteria of the stability of an atmosphere in rest and the change of the criteria when nearing the equator are treated. By the help of approximating formulae a detailed discussion is given of all cases of stability and instability for a latitude of =50° in the chapters VI, VII and VIII with the aim of giving a basis for practical computations.In chapter IX the connection between the inclination of the isentropes and the different kinds of stability and instability is discussed. This connection is of special importance for the formation of fronts, upslide and downslide motions, and for the development of showery weather. This is studied in detail with a practically computed example in chapter X. The results are in full accordance with the ideas of the Central European school. Chapter XI contains remarks on the stability and lability at the equator.

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Résumé Un état possible d'équilibre dans la nature n'est suffisamment caractérisé qu'en relation avec sa stabilité ou sa labilité. Ce sont seulement les états stables de la nature qui peuvent durer; les états labiles, par contre, causent, sous l'influence de la moindre perturbation, des changements spontanés de tout l'équilibre.Ainsi, la question de la stabilité du vent géostrophique — la solution fondamentale la plus simple des équations de la hydrodynamique, et qui est réalisée d'une manière approximative dans la nature — devient un problème fondamental de la météorologie dynamique. E. Kleinschmidt a, il y a quelque temps, posé et en principe résolu ce problème. Au commencementM. Kleinschmidt donne une analyse de l'énergie qu'il est difficile de comprendre et où n'apparaît pas la relation avec les methodes usuelles de la mécanique classique. Le principal outil de toutes les analyses classiques de la stabilité est le calcul des variations. Grâce à lui l'analyse de la stabilité du vent géostrophique trouve une base dans ce travail (Chapitre I, II). Il en résulte — en pleine analogie avec la statique d'un système de points de masse — que, pour le vent géostrophique, la première variation de toute l'énergie disparaît et que la seconde variation seule décide de sa stabilité ou de sa labilité. Ces résultats sont contenus implicitement dans l'analyse de l'énergie deM. Kleinschmidt. Sous la forme donnée ici ils font voir les limites de la preuve deM. Kleinschmidt, car, pas même dans la statique d'un système de points de masse, la labilité ne se prouve à l'aide de la seconde variation de l'énergie potentielle, d'une manière mathématiquement exacte. Les critériums dérivés de la seconde variation y sont regardés comme plausibles du point de vue de la physique et comme justes. Il faut juger l'analyse de l'énergie deE. Kleinschmidt et la preuve donnée ici dans ce sens.Les explications suivantes de ce travail sont destinées à donner aux critériums de stabilité et de labilité deM. Kleinschmidt une forme générale et applicable dans la pratique. Pour cela une forme claire et aisément discutable est donnée à la seconde variation de l'énergie (énergie de déplacement) dans le Chapitre III. Dans les Chapitres IV et V les critériums de la stabilité pour les latitudes moyennes et hautes ainsi que pour l'équateur sont arrangés distinctement selon le signe de la seconde variation de l'énergie. Leur relation avec les critériums classiques de la stabilité d'une atmosphère immobile et la forme des critériums en approchant de l'équateur sont analysées. A l'aide de formules approximatives les différents cas de stabilité et de labilité pour =50° dans les chapitres VI, VII et VIII sont discutés en détail pour donner une base aux applications concrètes.Dans le Chapitre IX les relations entre l'inclination d'isentropes et les diverses sortes de stabilité et labilité sont analysées. Ces relations sont très importantes pour la formation de fronts, de glissements ascendants et descendants ainsi que de temps à averses. Ces relations sont discutés en détail à l'aide d'un exemple calculé dans le chapitre X. Les résultats obtenus sont en plein accord avec les conceptions de l'école de l'Europe centrale. Le chapitre XI contient des remarques sur la stabilité et la labilité à l'équateur.

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Mit Ergänzungen vonH. Schweitzer und einem Vorwort vonF. Baur.

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Mit 5 Textabbildungen.     

Zonal wind-profile between the pole and the equator given by a single expression

The mechanism of the maintenance of the mean zonal circulation of the atmosphere is discussed from the point of view of vorticity transfer and vorticity generation by atmospheric disturbance. The method of analysis used is quite similar with that given byA. Ångström which offers a simple explanation for the mean temperature distribution over the surface of the earth. The annual mean zonal winds over the earth are expressed in a single expression, whereas the zonal wind distribution given byRossby, Kasahara andKuo have all been given for the polar cap and the tropical region separately. The general trends of the latitude variation of the zonal winds computed here fit the observations quite well.

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Zusammenfassung Der Mechanismus der Erhaltung der mittleren zonalen Zirkulation der Atmosphäre wird unter dem Gesichtspunkt der Übertragung und der Neubildung der Wirbelstärke (vorticity) durch atmosphärische Störungen diskutiert. Die zur Analyse benützte Methode ist ähnlich dem vonA. Ångström angegebenen Verfahren, das eine einfache Erklärung für die mittlere Temperaturverteilung über die Erdoberfläche bietet. Die mittleren jährlichen zonalen Winde werden über die ganze Erde durch einen einzigen Ausdruck wiedergegeben, während die vonRossby, Kasahara undKuo angegebenen zonalen Windverteilungen für die Polarregion und das Tropengebiet getrennt berechnet sind. Die hier berechnete allgemeine Tendenz der Breitenvariation der zonalen Winde stimmt mit den Beobachtungen recht gut überein.

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Résumé On examine le mécanisme de l'entretien, de la circulation zonale moyenne de l'atmosphère du point de vue du transfert et de la régénération de la force tourbillonnaire (vorticity) par des perturbations atmosphériques. La méthode d'analyse utilisée est analogue au procédé indiqué parA. Ångström qui fournit une explication simple de la distribution moyenne de la température à la surface du globe. Une seule formule exprime les vents zonaux moyens annuels sur toute la terre, tandis que l'on calcule séparément les répartitions zonales des régions polaire et tropicale données parRossby, Kasahara etKuo. La tendance générale de variation des vents zonaux selon la latitude est en accord satisfaisant avec les faits observés.

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With 1 figure.     

Die Aufeinanderfolge charakteristischer Zirkulationstypen in mittleren Breiten der nördlichen Hemisphäre

Zusammenfassung Es wird die Aufeinanderfolge charakteristischer Zirkulationstypen in den mittleren Breiten der nördlichen Hemisphäre statistisch und synoptisch untersucht. Als Grundlage diente eine über vier Jahre durchgeführte Klassifikation der 850 mb-Zirkumpolarkarten nach nordhemisphärischen Zirkulationstypen. Ausgehend von der normalzonalen Zirkulation (Lage des zonalen Windmaximums zwischen 50° und 60° N), die auf Grund derFultzschen Experimente als Grundtyp der allgemeinen Zirkulation angesehen werden kann, wurde die statistische Häufigkeit der Folgetypen untersucht. Die häufiger auftretenden Folgetypen wurden in gleicher Weise weiterverfolgt, die Streutypen dagegen ausgeschieden.Die auf diese Weise gefundene Aufeinanderfolge der Zirkulationstypen ergab ein nur zeitweiliges Fotschreiten der Zirkulation von stark ausgeprägter Zonalzirkulation zu einem System abgeschlossener Zellen im Sinne des Index-Zyklus nachRossby undWillett. Nach den statistisch-synoptischen Ergebnissen dieser Arbeit wird der volle Index-Zyklus nur ganz selten durchlaufen; viel häufiger tritt schon vor Erreichen des idealen Endzustandes, d. h. des totalen Zerfalls des Strömungsfeldes in Zellen, eine Rückkehr zu wieder mehr zonalen Formen ein. Die Ablösung der nordhemisphärischen Zirkulationstypen erfolgt demnach durch einen schwer voraussehbaren Wechsel zwischen Zirkulationsfolgen,-zyklen und- trends; dabei ist bei fortgeschrittener Zirkulationsfolge die Neigung zur Rückkehr zu einem schon früher durchlaufenen Zirkulationszustand meist größer als der weitere Fortschritt zu zellularen Formen.Die gewonnenen Resultate zeigen ferner, daß die Untersuchung über die Ablösung von Zirkulationstypen zwar ziemlich schwierig ist und manchmal zu keinen eindeutigen Ergebnissen führt, die Fortentwicklung der Zirkulationstypen häufig aber doch wieder nicht gänzlich unüberblickbar verläuft und gewisse allgemeine Richtlinien herausgearbeitet werden können. Die großen Linien der Aufeinanderfolge der Zirkulationstypen wurden in einem Schema dargestellt, das die im untersuchten vierjährigen Zeitraum am häufigsten eingetretenen Zirkulationsfolgen und- zyklen miteinander verknüpft.

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Summary The sequence of characteristic types of circulation in the 850 mb level on the Northern Hemisphere during a period of four years is investigated. Starting from a zonal circulation (wind maximum between 50° and 60°N) which, according to experiments byFultz, may be considered the basic pattern of the general circulation, the frequencies of successive types were evaluated. The more frequent types were further analyzed, the less frequent types eliminated.The circulation types selected in this manner only rarely show a development from a pronounced zonal towards a cellular pattern according to the index cycle ofRossby andWillett. In many cases, the circulation pattern returns to the previous zonal state before having reached the cellular state. The sequence of circulation types on the Northern Hemisphere is composed of cycles and trends which are difficult to predict. In an advanced stage of development, the return to a previous state is generally more probable than further progress towards the cellular state.The results obtained show that the study of the sequence of circulation types is difficult and sometimes renders ambiguous results. However, there still remains a sufficient number of reasonably clear cases which enable one to evaluate certain general rules. The major features of the sequences of circulation types during the period investigated are presented in a schema.

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Résumé L'auteur examine selon des données tant statistiques que synoptiques, la succession des types de circulation characteristiques régnant aux latitudes moyennes de l'hémisphère nord. Il se base pour cela sur des cartes circumpolaires de 850 mb etablies pour une période de 4 ans et classées selon certains types de circulation caractéristiques. Partant alors de la circulation zonale normale (position du maximum du vent zonal entre les 50^ème et 60^ème degrés de latitude nord) — type de base de la circulation générale selon les expériences deFultz — il étudie la fréquence statistique des types consécutifs. Ces derniers sont ainsi classés selon leur nombre; les types qui se presentent isolées sont négligées, les autres sont traités de la même manière comme les types de base.La succession des types trouvée de cette façon montre que le passage d'une circulation zonale nettement caractérisée à un système de cellules séparées — selon le cycle de l'indice de circulation deRossby etWillett —se ne presente que rarement. Le résultat de cette étude montre en outre que le cycle de l'indice de circulation n'est que rarement parcouru complètement. Dans le plus grand nombre de cas, la circulation redevient zonale avant que le stade final idéal, c'est-à-dire la dislocation du champ des courants en cellules autonomes, ne soit atteint. Les types de circulation de l'hémisphère nord alternent ainsi dans un ordre difficilement prévisible entre des successions, des cycles et des courants de la circulation. Il est bon de souligner cependant que plus le développement de la succession des types est avancé, plus la tendance au retour à un type précédent s'affirme, à l'encontre de l'acheminement vers une forme cellulaire.Les résultats obtenus démontrent en outre qu'une recherche sur la succession des types de circulation est assez ardue et ne conduit pas toujours à un résultat univoque, que son développement est souvent — mais pas toujours — confus, mais que des directives générales peuvent pourtant en être tirées. Les grandes lignes de la succession des types de circulation sont reportés sur un schéma qui réunit les séries et les cycles les plus souvent rencontrés au cours des 4 ans ayant servi de base à l'étude.

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Mit 3 Textabbildungen     

Magnetic and ionospheric storms

Summary The characteristic ionospheric storm variation of F₂ Layer ionisation at a temperate latitude station is described and compared with corresponding effects at other latitudes. The well known marked variability of the F₂ Layer critical frequency is attributed, in part, to the operation of the ionospheric storm mechanism. The lack of correlation between variations of F₂ ionisation at two sites, at a considerable distance apart, is due to the fact that ionospheric storm manifestation is found to vary, in sign and magnitude, with geomagnetic latitude, and is also subject to a diurnal control determined by local time.

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Zusammenfassung Die charakteristische Ionosphärensturmvariation der Ionisation der F₂-Schicht an einer Station der gemäßigten Breite wird beschrieben und mit entsprechenden Vorgängen in anderen Breiten verglichen. Die bekannte eindeutige Veränderlichkeit der kritischen Frequenz der F₂-Schicht wird teilweise der Wirkung des Mechanismus der Ionosphärenstürme zugeschrieben. Das Fehlen einer Korrelation zwischen den Variationen der F₂-Schicht an zwei in beträchtlicher Entfernung voneinander gelegenen Orten erklärt sich aus der Tatsache, daß das Auftreten der Ionosphärenstürme nach Vorzeichen und Ausmaß mit der geomagnetischen Breite variiert und außerdem einem ortszeitlich bedingten Tageseinfluß unterliegt.

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Résumé On décrit la variation la variation caractéristique d'ionisation de la couche F₂ lors des tempêtes ionosphériques observées à une station de latitude moyenne et on la compare aux phénomènes analogues à d'autres latitudes. La variabilité marquée et bien connue de la fréquence critique de la couche F₂ est partiellement attribuée au mécanisme des tempêtes ionosphériques. L'absence de corrélation entre les variations de la couche F₂ en deux endroits considérablement éloignés l'un de l'autre s'explique par le fait que l'apparition des tempêtes ionosphériques varie en signe et en intensité avec la latitude

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With 4 figures.

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

A numerical experiment to predict a mean meridional pressure profile ab initio by Lagrangian integration

Summary The question is posed: Consider an atmosphere initially at rest with a uniform mean sea level pressure field but possessing a mean baroclinicity defined by that which is observed during a selected month. How would this atmosphere readjust mass as a function of time and latitude as exhibited by the developing field of surface pressure if the initial pressure gradient field was maintained at all heights as input data and if baroclinic changes were ignored?To solve this question analytical solutions of the equations of motion were found in Lagrangian form. The equations are subjected to hourly iteration for successive values of the Coriolis parameter and the pressure gradient acceleration for a profile of pressure gradients averaged around parallels of latitude. Omega Values of the vertical velocity () are computed from the equation of continuity for six layers and integrated with height from the surface to 100 millibars. The omega values are then averaged over ten degree belts of latitude and plotted as a function of time and latitude. Although the numerical values are much larger than those which would be expected to develop in nature or in a primitive equation model which incorporated feedback at the proper time interval of integration the patterns of the pressure profile which develop resemble those which exist in January and July in a most striking manner.

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Zusammenfassung Es wird das Problem behandelt, wie in einer Atmosphäre, die anfangs im Ruhezustand angenommen wird, bei zonal gemitteltem Bodenluftdruckfeld und bei einer mittleren baroklinen Schichtung, die nach Berechnungen von ausgewählten Monaten vorgegeben wurde, die Massenverteilung der Luft als Funktion von Zeit und geographischer Breite sich entwickelt. Diese Entwicklung zeigt sich im Bodendruckfeld. Zur schrittweisen Berechnung wird das ursprüngliche Feld des Druckgradienten in allen Höhen verwendet und dabei werden die baroklinen Änderungen vernachlässigt.Um diese Frage zu lösen, wurden analytische Lösungen der Bewegungsgleichungen in Lagrangescher Form abgeleitet. Die Gleichungen werden einer stündlichen iterativen Berechnung mit aufeinanderfolgenden Werten des Coriolisparameters und der vom Druckgradienten hervorgerufenen Beschleunigung für ein durch Breitenkreismittelwerte gegebenes Druckgradientenprofil unterworfen. Es wurden aus der Kontinuitätsgleichung Werte der Vertikalgeschwindigkeit () für sechs Schichten berechnet und vom Boden bis zur 100mb-Fläche über die Höhe integriert. Die Omegawerte werden dann über Breitengürtel von 10 Grad Breite gemittelt und als Funktion von Zeit und geographischer Breite gezeichnet. Obwohl die numerischen Werte viel größer sind als jene, die man in der Natur oder nach einem Modell mit den primitiven Gleichungen, in dem im geeigneten Zeitintervall in die Integration auch eine Rückkoppelung eingeschlossen ist, erwarten würde, zeigen die abgeleiteten Druckprofile große Ähnlichkeit mit jenen, die im Januar und Juli beobachtet werden.

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Résumé On cherche à expliquer comment se développerait la répartition des masses d'air en fonction du temps et de la latitude dans une atmosphère qui partirait d'un état du calme et qui aurait une répartition zonale moyenne des pressions et un étagement barocline moyen préalable selon des calculs pour certains mois. L'indicateur pour ce development est le champ des pressions à la surface de la terre. On a utilisé le champ de départ du gradient de pression à toutes les altitudes dans un calcul progressif dans lequel on négligerait les variations baroclines.Pour résoudre ce problème, on a développé des solutions analytiques des équations du mouvement dans la forme Lagrangienne. On utilise ces équations pour un calcul horaire iteratif dans lequel on place les valeurs successives du paramètre de Coriolis ainsi que l'accélération produite par le gradient de pression donné par le profil valable pour la moyenne d'un parallèle. Partant de l'équation de continuité, on a calculé la vitesse verticale () pour six couches et on l'a intégrée du sol à la surface de 100 mb. On établit ensuite la moyenne des valeurs prises par pour des zones de 10° de latitude. Ces moyennes sont reportées en fonction du temps et de la latitude elle-même. Les valeurs numériques sont beaucoup plus grandes que celles que l'on attendrait dans la nature ou par l'analyse d'un modèle basé sur des équations primitives et dans lequel on introduirait également, dans un intervalle de temps approprié, un terme d'accouplement réactif dans l'intégration. Malgré cela, les profils de pression présentent une grande similitude avec ceux qui peuvent être observés en janvier et en juillet.

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With 6 Figures     

Photochemical,advective and turbulent effects on the meridional distribution of ozone

Summary A time-dependent study of the formation, distribution and destruction of atmospheric ozone is made for a meridional plane between 15 km and 45 km under the assumption of zonal symmetry. Included are time-effects of photochemistry, advection and turbulence, using presently available information on theoretical and observational data. The attempt is made to investigate the important part played by pure photochemistry, by the various transport processes and by the combination of both.In the photochemical calculations the equations of a pure oxygen photochemistry and solar ultraviolet energy data obtained from recent rocket observations are used.Murgatroyd andSingleton's results of a possible meridional circulation andPrabhakara's pattern of large-scale eddy diffusion, derived from the spread of radioactive tungsten in the stratosphere, are assumed to be the basic transport meachanisms.Several combinations of these non-photochemical processes are tested in the model and compared with recent observations.The relatively largest seasonal variations of the O₃-concentration take place in the upper stratosphere with a maximum concentration in the high-latitude winter-hemisphere. In the midstratosphere the maximum concentration appears over the equatorial latitudes following the sun's position. In the lower stratosphere the highest O₃-concentrations are over the polar latitudes throughout the year.The seasonal variation of the total ozone at middle and high latitudes can be explained by photochemical effects, the increase of total ozone with increasing latitude by the combined effects of photochemistry and transport processes only. With an advective transport of 70% ofMurgatroyd andSingleton's circulation we have reasonably well reproduced an observed spring distribution of O₃ in the northern hemisphere.

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Zusammenfassung Die Bildung, Ausbreitung und Zerstörung des atmosphärischen Ozons wird in einem meridionalen Profil zwischen 15 km und 45 km unter der Annahme zonaler Symmetrie als nichtstationäres Problem untersucht. Die Einflüsse der Photochemie, der Advektion und der Turbulenz werden als Funktionen der Zeit behandelt. Es wird versucht, die Bedeutung der photochemischen Einflüsse, der verschiedenen Transportprozesse sowie der Kombination beider in einem numerischen Modell zu studieren; gegenwärtig verfügbare theoretische und experimentelle Daten finden Verwendung.In den photochemischen Berechnungen werden die Gleichungen der reinen Sauerstoff-Photochemie und mit Raketen ermittelte Daten der verfügbaren Sonnenenergie verwendet.Murgatroyds undSinlgetons Ergebnisse einer möglichen meridionalen Zirkulation und die vonPrabhakara benützten Werte der großräumigen Turbulenz, die aus der Verbreitung des radioaktiven Wolframs abgeleitet worden sind, werden als Transportmechanismen betrachtet. Verschiedene Kombinationen dieser Transportgrößen werden im Modell getestet und mit neueren Beobachtungen verglichen.Die relativ größten jahreszeitlichen Schwankungen der Ozonkonzentration treten in der oberen Stratosphäre auf mit einer maximalen Konzentration in der Winterhemisphäre hoher Breiten. In der mittleren Stratosphäre befindet sich das Maximum über den äquatorialen Breiten. In der unteren Stratosphäre findet man die höchsten Ozonkonzentrationen während des ganzen Jahres über den polaren Breiten.Der Jahresgang des Gesamtgehaltes an Ozon über mittleren und hohen Breiten kann durch photochemische Einflüsse erklärt werden, die Zunahme des Gesamtozons mit zunehmender Breite nur durch ein Zusammenwirken von photochemischen und Transport-Prozessen. Mit 70% der Advektion vonMurgatroyd undSingleton haben wir eine beobachtete Frühjahrsverteilung des Ozons in der nördlichen Hemisphäre mit guter Annäherung reproduziert.

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Résumé On examine ici la formation, la propagation et la destruction de l'ozone atmosphérique dans un profil méridien entre 15 et 45 km d'altitude. Pour cela, on admet une symétrie zonale et qui'il s'agit d'un problème non stationnaire. On considére les influences de la photochimie, de l'advection et de la turbulence en fonction du temps. On essaie d'étudier au moyen d'un modèle numérique l'importance des influences de la seule photochimie, des différents processus de transport ainsi que la combinaison des deux phénomènes. Dans ce but, on utilise les valeurs théoriques et expérimentales disponibles actuellement.Dans le calcul photochimique, on utilise aussi bien les équations de la photochimie pure de l'oxygène que des valeurs de l'énergie solaire disponible, obtenues au moyen de mesures effectuées avec des fusées. Comme mécanismes de transport, on prend en considération les résultats des études deMurgatroyd etSingleton sur une circulation méridionale possible ainsi que les valeurs de la turbulence des grands espaces utilisées parPrabhakara. Ces dernières découlent de la dissémination du wolfram radioactif. On fait figurer dans le modèle diverses combinaisons de ces grandeurs de transport et on compare les résultats ainsi obtenus aux observations les plus récentes.Les variations saisonnières relativement les plus importantes de la concentration d'ozone se rencontrent dans la stratosphère supérieure. La concentration maximale se situe dans les hautes latitudes de l'hémisphère hivernal. Dans la stratosphère moyenne, le maximum se rencontre au voisinage de l'équateur. Dans la basse stratosphère, on note les plus fortes concentrations d'ozone au voisinage des pôles et cela durant toute l'année.On peut expliquer par des influences photochimiques les fluctuations annuelles de la teneur globale en ozone dans les latitudes moyennes et élevées. L'augmentation de la teneur totale de l'ozone avec la latitude ne s'explique que par les effets conjugués des processus photochimiques et de transport. On a assez bien pu reproduire une répartition de l'ozone observée au printemps sur l'hémisphère nord en utilisant le 70% de l'advection calculée selonMurgatroyd etSingleton.

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With 18 Figures

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This investigation was begun while the author was on leave at the National Center for Atmospheric Research in Boulder, Colorado, USA.     

Remarks on the distribution of solar radiation over the surface of the Earth

Summary The total amount of incoming radiation to the Earth' surface, for particular latitudes and for selected months, has been computed from recent investigations regarding the distribution of solar radiation penetrating the atmosphere. The charts constructed byBudyko andBerliand [1955] and byBlack [1956] under different theoretical assumptions are compared and discussed.The seasonal change in the amount of radiation has been investigated and the influence of prevailing cloudy conditions upon these amounts of heat has been illustrated by examples of desert and ocean regions. In desert regions the amount of radiation penetrating to the surface may reach a monthly mean of 74 per cent of the extraterrestrial solar radiation. Over ocean regions this percentage during months of maximum may reach only 50 per cent.The results give new evidence for two statements formulated elsewhere by the author (Burdecki [1955, 1957]) that (1) the thermal rhythm of the whole atmospheric ocean is dominated by the rhythm of the Northern Hemisphere; (2) the heat circulation over both hemispheres appears to be quite asymmetric.

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Zusammenfassung Die durch die Atmosphäre bis zur Erdoberfläche gelangenden Globalstrahlungsmengen werden auf Grund neuer Forschungen über die Verteilung der Sonnenstrahlung für die einzelnen Breitengrade und für ausgewählte Monate berechnet. VonBudyko undBerliand [1955] und vonBlack [1956] unter Zugrundelegung verschiedener theoretischer Voraussetzungen konstruierte Karten werden verglichen und näher erörtert.Die jahreszeitliche Änderung der globalen Strahlungssummen wird untersucht und der Einfluß der vorherrschenden Bewölkung auf diese Wärmemengen wird durch Beispiele von Wüstenregionen und ozeanischen Gebieten näher erläutert. Im Wüstenklima kann die zur Erdoberfläche gelangende Wärmestrahlung im Monatsmittel sogar 74% der extraterrestrischen Sonnenstrahlung überschreiten. Für ozeanische Gebiete erreicht dieser Betrag in Monaten der Maxima höchstens 50%.Die Resultate weisen erneut auf zwei Feststellungen hin, die schon zuvor vom Verfasser (Burdecki [1955, 1957]) formuliert sind: 1. Die Wärmeschwankung des gesamten atmosphärischen Ozeans wird von der Schwankung der Nordhemisphäre beherrscht; 2. die Wärmezirkulation über beiden Hemisphären scheint in völliger Asymmetrie zu verlaufen.

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Résumé Les résultats de récentes recherches sur la répartition du rayonnement solaire ont permis de calculer, pour différentes latitudes et pour certains mois, la quantité de rayonnement global qui, à travers l'atmosphère, parvient à la surface de la terre. L'auteur compare et discute les cartes qui ont été destinées parBudyko etBerliand en 1955 et parBlack en 1956 à partir de différentes hypothèses théoriques.On étudie en outre les variations saisonnières des sommes du rayonnement global; l'influence de la nébulosité dominante sur ces quantités de chaleur est discutée à l'aide d'exemples de régions à climat désertique et à climat maritime. Dans le climat désertique le rayonnement calorifique parvenant à la surface de la terre peut dépasser 74% du rayonnement solaire extraterrestre, tandis que dans les régions océaniques il atteint au maximum 50% pendant les mois les plus favorables.Les constatations que l'auteur avait faites ces dernières années (Burdecki [1955, 1957]) se voient confirmées: 1) le rythme thermique de tout l'océan atmosphérique est dominé par le rythme de l'hémisphère nord; 2) la circulation thermique au-dessus des deux hémisphères semble être tout à fait asymétrique.

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With 5 Figures     

On the relationship between meridional eddy transfer of angular momentum and meridional circulations in the earth's atmosphere

Summary Recent investigations have shown that the poleward flux of angular momentum across latitutde 30° N can be regarded essentially as an edey flux due to macroturbulence. Since the principal source region of atmospheric angular momentum is the frictional layer in the trade-wind zone it is necessary to have a mechanism which explains the transport of the angular momentum up to the upper troposphere and the tropopause level and into the planetary jet stream aroundlatitude 30° N. In the present paper it is shown that this transport can easily be explained by assuming the existence of a mean meridional circulation between the Equator and latitude 30°N. The mass transport in this meridional circulation cell can be computed from the empirical data for the poleward eddy flux of angular momentum presented byY. Mintz. The same data can then also be used to estimte the excess of precipitation over evaporation in the equatorial zone of the ascending branch of the circulation.

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Zusammenfassung Neuere Untersuchungen haben gezeigt, daß der Polwärtstransport des Rotationsimpulses über Breite 30° N hinaus im wesentlichen als Austauschströmung durch Makroturbulenz aufgefaßt werden kann. Da dase Hauptquellgebieet des atmosphärischen Rotationsimpulses die Reibungs-schicht der Passatzone ist, ist es notwendig, einen Mechanismus zu finden, der die Verlagerung des Rotationsimpulses bis in die obere Troposphäre und das Tropenpasausenniveau und in den planetarischen jet stream rund um den Brietenkreis 30° N erklärt. In der vorliegenden Arbiet wird gezeigt, daß diese Verlagerung durch die Annahme ener mittleren Meridionalzirkulation zwischen dem Äquator und 30° N leicht erklärt werden kann. Der Massentransport in dieser Meridionalzirkulationszelle kann aus den Empirischen Daten berechnet werden, dieY. Mintz für den turbulenten Polwärtstransport des Rotationsimpulses angegeben hat. Dieselben Werten können auch benützt werden, um den überschuß des Niederschlags über die Verdungstung in der Äquatorialzone des aufsteigenden Zirkulationszweiges zu berechnen.

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Résumé De récentes recherches ont montré que le flux du moment cinétique dirigé vers le pôle à travers la région de 30° lat. N peut être considéré comme étant essentiellement unflux dû à la macroturbulence. Etant donné que la source principale du moment cinétique atmosphérique est située dans la couche de friction dans la zone des vents alizés, il est nécessaire de trouver un mécanisme qui expliquerait le transport du moment cinétique vers la haute troposphère et le niveau de la tropopause ainsi que dans le jet stream planétaire autour du 30ème degré de latitude nord. Dans l'article suivant l'auteur montre comment il est possible d'expliquer facilement ce transport en admettant l'existence d'une circulation méridienne moyenne entre l'équateur et 30° lat. N. Le transport de masse dans cette cellule de circulation méridienne peut être calculé à partir des données empiriques indiquées parY. Mintz concernant le flux du moment cinétique dû à la turbulence et dirigé vers de pôle. Les mêmes données peuvent aussi être employées pour estimer l'excès des précipitations sur l'évaporation dans la zone équatoriale de la branche ascendante de la circulation.

     

Über den Strahlungshaushalt der Ozeane auf der Nordhalbkugel

Zusammenfassung Unter Verwendung vorliegender Ergbbnisse von Strahlungsmessungen und kartenmäßiger Darstellungen über Lufttemperatur, Psychrometerdifferenz, Wassertemperatur und Bewölkung wurde eine Abschätzung der Strahlungsbilanz der Ozeane der Nordhalbkugel vorgenommen. Hierbei wurde schrittweise aus Sonnen- und Himmelsstrahlung unter Berücksichtigung der Reflexion und Bewölkung die kurzwellige Strahlungsbilanz und aus der Ausstrahlung und der in einfacher Weise berechneten Gegenstrahlung die langwellige Bilanz gebildet, worauf aus beiden die Gesamtstrahlungsbilanz hergeleitet wurde. Die Karten der Verteilung der Strahlungsbilanz über die Ozeane zeigen, daß im Winter der Einfluß der geographischen Breite vorherrscht, im Sommer hingegen die Bewölkungsverhältnisse bestimmend sind. Im Westen der nördlichen Teile beider Ozeane spiegeln sich die stark abweichenden Wassertemperaturen in der Strahlungsbilanz wider.Ein Vergleich mit den vonAlbrecht für einige Punkte berechneten Strahlungsbilanzen ergibt in unserem Fall meist um 80 bis 120 cal/cm² pro Tag höhere positive Bilanzwerte.

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Summary On the basis of available results of radiation measurements and maps of air temperature, psychrometer difference, water temperature, and cloudiness, the radiation balance of the oceans of the northern hemisphere is estimated. The short-wave radiation balance is gradually determined from solar and sky radiation with due consideration of reflection and cloudiness, whereas the long-wave balance is deduced from outgoing terrestrial radiation and atmospheric radiation, the latter one calculated by a simple method; from both is then derived the total radiation balance. Maps of the distribution of radiation balance over the oceans show the predominant influence of the geographical latitude in winter, whereas conditions of cloudiness are the determining factor in summer. In the west of the northern parts of both oceans the strongly divergent water temperatures become manifest in the radiation balance. A comparison shows that the obtained radiation balances exceed, in most cases, by 80 to 120 cal/cm² per day those calculated for certain points byAlbrecht.

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Résumé Le présent travail représente un essai d'estimation du bilan de rayonnement des océans de l'hémisphère nord sur la base des données disponibles de rayonnement et de cartes de températures, des différences psychrométriques, de la température de l'eau et de la nébulosité. On a établi par approximations successives d'une part le bilan du rayonnement à courte longueur d'onde à l'aide du rayonnement solaire et céleste en tenant compte de la réflexion et de la nébulosité, d'autre part celui du rayonnement à longue longueur d'onde à l'aide des rayonnements terrestre et atmosphérique; les deux conduisent au bilan total. Les cartes représentant la distribution du bilan de rayonnement sur les océans montrent qu'en hiver l'influence de la latitude est prépondérante tandis qu'en été celle de la nébulosité l'emporte. A l'ouest des parties nord des deux océans les anomalies de température de l'eau se répercutent dans le bilan de rayonnement.Une comparaison des résultats obtenus met en évidence un excès de 80 à 120 cal/cm² par jour par rapport aux valeurs du bilan de rayonnement calculées parAlbrecht pour quelques points particuliers.

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Mit 3 Textabbildungen.     

Über die Verlagerung einzelner abgeschlossener atmosphärischer Wirbel (Kaltlufttropfen) bei ruhender Umgebung

Zusammenfassung In letzter Zeit hatC. G. Rossby zwei Arbeiten über die Verlagerung einzelner abgeschlossener Wirbel veröffentlicht. Wegen der Veränderlichkeit des Coriolisparameters mit der geographischen Breite findet eine Verlagerung des Wirbels auch bei vollständiger Symmetrie und bei ruhender Umgebung statt.C. G. Rossby konnte unter diesen Vereinfachungen einen Ausdruck für die Größe der auf den Wirbel wirkenden Kraft ableiten und zeigten, daß die Verlagerung in einer Nordsüdrichtung erfolgen müßte. Im nachfolgenden Artikel wird die Rolle der Reibungskräfte bei der Verlagerung untersucht. Unter der Annahme einer Windänderung mit der Höhe im Sinne der Ekmanspirale ergibt sich eine Abweichung der Bahn des Wirbels von der Nordsüdrichtung nach rechts bis zu einem Winkel von 20°.

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Summary RecentlyC. G. Rossby has published two papers on the displacement of a solitary atmospheric vortex. Because of the variation of the Coriolisparameter with the latitude a displacement of the vortex takes place even if we assume that the vortex is originally symmetrical and embedded in resting air.C. G. Rossby was able to show that with these simplifications a displacement in a strict north-south direction has to occur. In the following article moreover the role of frictional forces is dealt with. Assuming a variation of the winddirection with height according to the Ekman spiral a deviation of the track of the vortex from the north-south direction to the right up to an angle of 20 degrees can be shown.

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Résumé C. G. Rossby a publié récemment deux travaux sur le déplacement de cyclones isolés et occlus. Par suite de la variation du paramètre de Coriolis avec la latitude géographique, le cyclone se déplace même par symétrie complète et calme à l'extérieur.C. G. Rossby a pu, dans cette hypothèse, exprimer la grandeur de la force agissant sur le cyclone et a montré que le déplacement devait se faire dans une direction Nord-Sud. On a étudié dans le présent article le rôle des forces de frottement dans ce déplacement. En admettant une variation du vent avec l'altitude du type de la spirale d'Ekman, on trouve une déviation de la trajectoire vers la droite par rapport à la direction Nord-Sud, allant jusqu'à 20 degrés.

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Herrn Prof. Dr.H. Benndorf zum 80. Geburtstag gewidmet.     

Mittelwerte und wetterhafte Schwankungen des atmosphärischen Ozongehaltes in verschiedenen Höhen über Arosa

Zusammenfassung Aus einer umfangreichen Beobachtungsreihe der vertikalen Ozonverteilung über Arosa, gewonnen nach der Umkehrmethode, sind Monatsmittel berechnet und durch ein statistisches Verfahren an die 30 jährige Aroser Meßreihe des Gesamtozons angeschlossen worden.Langfristig ergibt sich ein deutlicher Zusammenhang zwischen Ozongehalt in der Stratosphäre und troposphärischem Wetterablauf. Im Winter besteht eine sehr hohe Korrelation zwischen Gesamtozonbetrag in der Atmosphäre und der Ozonkonzentration in der unteren Stratosphäre. Auch die ausgeprägte beziehung zwischen Ozongehalt und Temperatur erreicht in dieser Jahreszeit und in dieser Schicht ihr Maximum; im Januar erstreckt sie sich auch auf die mittlere Stratosphäre. Die negative Korrelation zwischen Tropopausenhöhe und Ozongehalt nimmt mit zunehmender Höhe in der Stratosphäre rasch ab. Es zeigt sich, daß zwei Arten von stratosphärischen Störungen vorkommen, solche, die mit troposphärischen Vorgängen direkt verknüpft sind, und andere, die sich—wenigstens im betreffenden Moment—auf die Stratosphäre beschränken.Auf Grund der Untersuchungsergebnisse und unter Berücksichtigung photochemischer Gegebenheiten wird versucht, ein Schema des jährlichen Ozonkreislaufes in der Stratosphäre aufzustellen.

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Summary From an extensive observational material on the vertical ozone distribution over Arosa, obtained by the Umkehr method, monthly means are computed and reduced statistically to the 30 years observation series of the total amount existing for this place.Over longer periods a clear connection between ozone content in the stratosphere and the weather development in the troposphere is found. In winter there is a quite high correlation between total ozone of the atmosphere and the ozone content of the lower stratosphere. The pronounced correlation between ozone concentration and temperature reaches its maximum also in this season and at these heights; in January it is extended to the middle stratosphere. The strong negative correlation between tropopause height and ozone concentration is decreasing rapidly with inereasing height in the stratosphere. It is found that there are two types of stratospheric disturbances, one clearly connected with tropospheric events, the other—at least at that moment—confined to the stratosphere.On the basis of these results and taking into account photochemical influences, a tentative scheme of the yearly ozone circulation in the atmosphere is postulated.

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Résumé On a calculé les moyennes mensuelles d'une série importante d'observations de la répartition verticale de l'ozone au-dessus d'Arosa, données obtenues par la méthode de Dobson-Götz (Umkehr-Methode). Par un procédé statistique, on a alors rattaché ces valeurs à la série de mesures de l'ozone total d'Arosa couvrant une période de 30 ans.A long terme, il existe une relation certaine entre la quantité d'ozone dans la stratosphère et l'évolution du temps dans la troposphère. En hiver, on obtient une très haute corrélation entre la totalité de l'ozone contenu dans l'atmosphère et sa concentration dans la stratosphère inférieure. C'est aussi à cette saison que l'on rencontre le maximum de la corrélation entre la température et le taux d'ozone dans cette même couche; en janvier, elle s'étend même à la stratosphère moyenne. La corrélation négative entre l'altitude de la tropopause et le taux d'ozone diminue rapidement avec l'altitude dans la stratosphère. Il en découle deux genres de perturbations stratosphériques: celles qui sont reliées directement à des processus dans la troposphère et d'autres qui n'influencent que la stratosphère—au moins au moment-même de l'observation.On tente, sur la base des résultats obtenus dans ces essais et en tenant compte d'effets photo-chimiques d'établir un schéma des fluctuations annuelles de l'ozone dans la stratosphère.

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Mit 8 Textabbildungen

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Herrn Dr.W. Mörikofer zu seinem 70. Geburtstag gewidmet.     

Zur Struktur der Niederschläge. II

Zusammenfassung Fünfjährige Beobachtungen eines registrierenden Niederschlagsmessers nachHellmann werden nach dem Vorschlag vonReinhold [5] ausgewertet. Es werden Andauer und Menge der Regen je Niederschlagstag, je einzelnen Niederschlag und je Niederschlagsabschnitt (Zeit gleicher Intensität) berechnet. Die fünfjährigen Registrierungen ergeben nachWussow [1] nur einen Starkregen; nach der Methode vonHaeuser [15] werden 7 Starkregen und 57 Niederschlagsabschnitte mit Starkregen ausgezählt, von denen die meisten im Sommer auftreten.

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Summary Five year observations of a recordingHellmann rain gauge have been evaluated according toReinhold's [5] rules. Duration and amount of rain per precipitation day, per single precipitation and per precipitation interval (time of same intensity) have been computed. The five year records yield only one heavy rain afterWussow [1]. According toHaeuser's method [15] 7 heavy rains and 57 precipitation periods with heavy rain are counted, most of them occurring in summer.

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Résumé Cinq ans d'observations effectuées au moyen d'un pluviographe selonHellmann sont compilées en suivant les propositions formulées parReinhold [5]. On calcule la durée et la quantité de précipitations tombées par jour de pluie, par chute de pluie différente et par intervalle de précipitation (durée d'égale intensité). Ces cinq ans d'enregistrements ne présentent qu'une seule forte précipitation selon la définition deWussow [1]. Si l'on considère au contraire les définitions deHaeuser [15], on dénombre 7 fortes précipitations et 57 intervalles à fortes précipitations; la plupart d'entre eux se rencontrent en été.

     

On an effect of the integral scale of turbulence on one-dimensional spectra

Summary Assuming that in isotropic and stationary turbulence the Lagrangian correlation functions of the velocity components are of a simple exponential form, it is shown that the greater the integral scale of turbulence, the lower is the one-dimensional wave number to which a minus five-thirds law will appear to hold. It is pointed out, following a paper byGifford, that the apparent extension to low one-dimensional wave numbers of a minus-fivethirds law, does not necessarily mean thatKolmogoroff's inertial subrange of the three-dimensional turbulence extends to low (three-dimensional) wave numbers.

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Zusammenfassung Unter der Annahme, daß die Korrelationsfunktionen vonLagrange für isotrope und stationäre Turbulenz eine einfache exponentielle Form haben, wird bewiesen, daß, je größer das Integralmaß der Turbulenz ist, desto niedriger die eindimensionale Wellenzahl ist, bis zu der ein –5/3-Gesetz zu gelten scheint. Anschließend an eine Arbeit vonGifford wird betont, daß die scheinbare Erweiterung in Richtung auf niedrige eindimensionale Wellenzahlen nicht notwendigerweise bedeutet, daßKolmogoroffs Inertialteilbereich der dreidimensionalen Turbulenz sich bis zu niedrigen (dreidimensionalen) Wellenzahlen erstreckt.

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Résumé En supposant que les fonctions de corrélation lagrangiennes des composantes de vitesse de la turbulence isotropique et stationnaire sont d'une forme exponentielle simple, il est demontré que l'échelle intégrale de turbulence est d'autant plus grande que le nombre de l'onde unidimensionelle est petit, nombre, auquel une loi de –5/3 apparaît convenir. On pourra remarquer que, suivant un ouvrage deGifford, l'étendue apparente des petits nombres de l'onde unidimensionelle, ne signifie pas nécessairement que le rang d'inertie deKolmogoroff à propos de la turbulence en trois dimensions s'étend aux petits nombres de l'onde.

     

Die Wintertemperaturen in Berlin und die Sonnenfleckenrelativzahlen

Zusammenfassung Die zweimal fünffach übergreifende Mittelbildung der 200jährigen Berliner Temperaturreihe entschleiert deren enge Beziehung zur Sonnenfleckentätigkeit, da, von zwei Ausnahmen abgesehen, jede Sonnenfleckenperiode durch eine entsprechende Schwankung der Temperaturkurve in Erscheinung tritt und zugleich keine andere Schwingung auch nur annähernd so deutlich erkennbar ist. Im Mittel waren die dem Sonnenfleckenmaximum folgenden Winter am kältesten und jene 1 1/2 Jahre vor dem Minimum am wärmsten. Insgesamt erreicht diese Schwankung aber, bei fünf- und dreifachem Ausgleich, nicht ganz 1/2°C und damit bei weitem nicht die Amplitude, die die harmonische Analyse z. B. für eine 16jährige Periode ergibt. Dies ist aber ein rein formales Ergebnis, dadurch hervorgerufen, daß die Sonnenfleckenschwingung der Temperatur, die in den Tropen so dominierend in Erscheinung tritt, in Mitteleuropa auch noch einen periodischen Phasenwechsel aufweist, indem die kalten Winter im zweiten Viertel des vorigen und in diesem Jahrhundert kurznach, während der übrigen Zeit dagegen 3 Jahrevor dem Fleckenmaximum eintraten. Dementsprechend ergibt eine damit in Übereinstimmung gebrachte Unterteilung in zwei Phasengruppen den Sonnenfleckeneinfluß außerordentlich klar, wobei die Schwankung in der einen Jahresgruppe 1°, in der anderen beinahe 2° C beträgt. Die Phasensprünge scheinen mit der etwa 89jährigen Schwankung der Sonnenfleckentätigkeit zusammenzuhängen und sind damit wahrscheinlich durch die verschiedene Intensität der Zirkulationsräder und die Vereisung der Polargebiete bestimmt. Dieser langperiodige Einfluß der Sonnenfleckentätigkeit tritt besonders in den vonKöppen berechneten Mitteltemperaturen der ganzen Erde hervor, die bei Fleckenrelativzahlen über 100 fast 0,5° kälter ist als in den Jahren mit einer Relativzahl unter 10.

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Summary The 200 years temperature records for Berlin, twice smoothed by calculating the means of all five values of five year averages, reveal their close connection with the sunspot activity, in that, apart from two exceptions, each sunspot period is associated with a characteristic point of the accompanying temperature cycle, and, furthermore, no other oscillation is clearly discernable. Averaging the whole series of observations, the winters following the sunspot maxima were the coldest, and those 1 1/2 years before the sunspot minimum were the warmest. On the other hand, the amplitude of this oscillation does not even reach 1/2°C., and is far below the value of a 16-years period. However, this results from the fact that the sunspot variation of temperature being such a dominant feature in the tropical regions is subjected to a periodical change in phasis over central Europe in that the cold winter occured closely after the sunspot maximum in the second quarter of the preceding and in the current century contrary to the periods left when they reached their greatest frequency 3 yearsbefore sunspot maximum. Accordingly, by considering both groups of phasis separately, the influence of the sunspot activity becomes distinctly pronounced amounting to about 1°C., or even 2°C., in the respective periods. The leaps in the phasis seem to be associated with the 89-years period of sunspot activity, and thus probably are originated by the respective intensity of the atmospheric circulation and the amount of the ice cover in the polar regions. This long-periodical influence of the sunspot activity is especially clearly shown by mean temperatures of the whole earth calculated byKöppen in that this temperature is nearly 0,5°C. lower in the years distinguished by a sunspot number greater than 100 compared with the years of sunspot numbers below 10.

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Résumé Lorsqu'on étudie la série d'observations de température de 200 ans à Berlin en calculant les valeurs pondérées par la méthode des moyennes quinquennales chevauchées, on fait apparaître la relation étroite entre la température et l'activité des taches solaires; à deux exceptions près, chaque période de taches est accompagnée d'une variation correspondante de la température, et aucune autre variation n'est aussi nette que celle-ci. En moyenne, les hivers succédant aux maxima d'activité solaire sont les plus froids, et ceux qui précèdent d'une année et demie les minima sont les plus chauds. Dans l'ensemble l'amplitude n'atteint pas tout à fait 1/2 degré et reste ainsi bien inférieure à celle que l'analyse harmonique met en évidence par exemple pour une période de 16 ans. Cela n'est qu'un résultat purement formel provenant du fait que la variation de la temperature en relation avec les taches solaires qui apparaît si nettement sous les tropiques présente de plus en Europe centrale un changement périodique de phase, dans ce sens que dans le deuxième quart du siècle dernier et dans le siècle présent les hivers froids ont lieu peu après le maximum des taches, tandis qu'ils précèdent de trois ans ce maximum dans les autres périodes. Si l'on tient compte de cette variation de phase, l'influence des taches solaires apparaît très nettement: dans un des groupes d'années, l'amplitude est de 1°, et dans l'autre de presque 2°. Le changement de phase semble être en rapport avec la période d'environ 89 ans de l'activité solaire et découle probablement de la variation d'intensité de la circulation atmosphérique et de la glaciation des régions polaires. L'effet à longue période de l'activité solaire apparaît particulièrement bien dans les températures moyennes de l'ensemble du globe calculées parKöppen; pour un nombre relatif de taches supérieur à 100, elles sont près de 0,5° plus basses que pendant les années à nombre relatif inférieur à 10.

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Mit 2 Textabbildungen.     

Zur Struktur der Wolken

Zusammenfassung Die vonRittberger aufgestelleten Arbeitshypothesen über den Zusammenhang zwischen Tropfenspektren und Niederschlag gelten primär für den Feldberg (Schwarzwald, 1500 m ü. NN.). Die vorliegenden Messungen vom Jungfraujoch (3550 m ü. NN.) ergänzen und bestätigen im allgemeinen die Ergebnisse vonRittberger. Die Mittelwerte der Wolkenelemente schwanken etwa in den gleichen Grenzen. Auf Jungfraujoch sind breite Spektren etwas häufiger und die Tropfenanzhal geringer als auf dem Feldberg. Die Grenzwerte zwischen Tropfendurchmesser und Temperatur erfahren eine wesentliche Erweiterung zu tieferen Temperaturen.Die Hochnebellagen auf Jungfraujoch sind durch Stau bedingt, und die Tropfengröße ändert sich von der Wolkenuntergrenze (klein) zur Wolkenobergrenze (groß). Die Gleichgewichtsgröße an der Wolkenobergrenze wird durch die darüber liegende Bewölkung bestimmt.Auf Jungfraujoch überwiegen die breiten Spektren, schmale scheinen an Wolkenunter- und-obergrenzen gebunden zu sein. Dabei ist schwer zu entscheiden, inwieweit geschmolzene Kristalle breite Tropfenspektren vortäuschen. Eindeutig ist das starke Überwiegen breiter Spektren bei großräumigem Niederschlag im Tal.Diese Feststellung läßt sich bei der Bearbeitung der einzelnen Wetterlagen bestätigen. Ergiebige Regen im Tal sind mit starken Abkühlungen in der freien Atmosphäre und breiten Tropfenspektren verbunden. Dabei tritt mit Einsetzen des Regens im Tal in drei von vier Fällen auf dem Jungfraujoch ein Rückgang der Tropfenanzahl um eine Zehnerpotenz ein.

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Summary Rittberger's working hypotheses on the relation between drop spectra and precipitation are primarily valid for the Feldberg (Black Forest, 1500 m a. s. l.). The present measurements from Jungfraujoch (3550 m) complete and confirm in general the results ofRittberger. The mean values of cloud elements vary in about the same limits. On Jungfraujoch broad spectra are slightly more frequent and the number of drops per unit is smaller than on the Feldberg. The limits between drop diameter and temperature show a considerable extension towards lower temperatures.The layers of elevated fog on Jungfraujoch are conditioned by barrage and the drop size varies from the lower (small drops) to the upper (larger drops) cloud border. The equivalent quantity at the upper cloud border is determined by the cloudiness above.On Jungfraujoch broad spectra prevail, small ones seem to be restricted to lower and upper cloud borders, whereby it is difficult to decide, in how far melted crystals give the impression of broad drop spectra. Strong prevailing of broad spectra with large-scale precipitation in the valley is well established.This result is confirmed by a discussion of the weather situations. Rich precipitations in the valley are combined with considerable cooling in the upper air and broad drop spectra. Precipitatons in the valley are on Jungfraujoch in three of four cases accompanied by a reduction of the drop number with a power of ten.

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Résumé Les hypothèses de travail établies parRittberger sur les rapports existant entre le spectre des gouttes et les précipitations ne sont valables, à l'origine, que pour le Feldberg (Forêt Noire, 1500 m d'altitude). Les mesures effectuées au Jungfraujoch (3550 m), mesures qui sont présentées ici, viennent compléter et en général confirmer les résultats obtenus parRittberger. Les valeurs moyennes des éléments de nuages oscillent à peu près entre les mêmes limites. Les spectres largement étalés sont un peu plus fréquent et le nombre des gouttes plus petit au Jungfraujoch qu'au Feldberg. Les valeurs limites entre le diamètre des gouttes et la température s'étendent notablement en direction des basses températures.Les situations de brouillard élevé sont provoquées au Jungfraujoch par un effet de barrage et la grosseur des gouttes augmente de la base (petites gouttes) au sommet (grosses gouttes) du nuage. La valeur d'équilibre à la limite supérieure des nuages est déterminée par la nébulosité située au-dessus.Les spectres largement étalés sont en majorité au Jungfraujoch. Les spectres étroits y semblent liés à la base et au sommet des nuages. Il est cependant difficile de déterminer dans quelle mesure des cristaux fondus donnent l'illusion de spectres largement étalés. Ces derniers sont plus fréquents, et cela de façon absolument certaine, lorsque des précipitations étendues s'abatten en plaine.Cette constatation est confirmée par l'étude des situations météorologiques. Des précipitations abondantes en plaine sont liées à un fort refroidissement de l'atmosphère libre et à des spectres de gouttes largement étalés. Au moment du début des précipitations en plaine, on constate trois fois sur quatre une diminuation d'une puissance de 10 du nombre des gouttes au Jungfraujoch.

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Mit 6 Textabbildungen     

Zur Struktur der Wolken II

Zusammenfassung Die bisherigen Untersuchungen auf Jungfraujoch wurden durch drei weitere Expeditionen ergänzt, die Messungen bei tieferen Temperaturen ergaben. Die Tropfenspektren sind breiter, die mittleren Tropfendurchmesser jedoch zeigen einen größeren Anteil schmaler Spektren, d. h. die großen Tropfen treten nur vereinzelt auf und bestehen meist aus geschmolzenen Kristallen. Die Tropfenzahlen je cm³ haben ihre größte Häufigkeit bei 100, der Wassergehalt liegt bevorzugt zwischen 0 und 0,1 g/m³. das Maximum bei 1,2g/m³.Aus der Breite der Tropfenspektren auf Jungfraujoch, der dabei herrschenden Temperatur und dem Niederschlag im Tal ergeben sich folgende allgemeine Resultate: Wolken mit Niederschlag im Tal bestehen im Bereich negativer Temperaturen aus Tropfen und Kristallen. Zwischen –2° und –10°C sind die mittleren Tropfendurchmesser groß und die Spektren breit, zwischen –14° und –22°C klein und schmal. Die Niederschlagsmengen im Tal sind bei großflächigem Regen weitgehend unabhängig davon, ob der Niederschlag als Regen oder Schnee fällt. Daraus folgt ein Aufbau der Wolke, der unabhängig von der Lage der Null-Grad-Grenze ist. Bei ergiebigen Niederschlägen am Boden vermindert sich auf Jungfraujoch die Tropfenzahl um eine Zehnerpotenz.Die Niederschlagstheorie vonBergeron muß in einigen Punkten ergänzt werden. Das reine Kristallwachstum reicht nicht aus, um ergiebigen Niederschlag zu erzeugen. Erst die Anlagerung von Tropfen auf dem Fallweg in der Wolke (die Vergraupelung) führt zu Größen der Regentropfen, wie sie am Boden gemessen werden. Nicht erfaßbar sind dabei die großtropfigen Schauer und die Regen aus Wolken im positiven Temperaturbereich.

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Summary Our former investigations on Jungfraujoch have been completed by three further expeditions with measurements at lower temperatures. The drop spectra are broader, the medium drop diameters however yield a larger share of small spectra, i. e. large drops occur only sporadically and consist mainly in melted crystals. The number of drops per cm³ have their maximum frequency at 100, the water content lies preferably between 0 and 0.1 g/m³, its maximum at 1.2 g/m³.From the breadth of drop spectra on Jungfraujoch and from temperature and precipitation in the valley the following general results can be deduced: Clouds with precipitations in the valley consist in the region of negative temperatures of drops and crystals. Between –2° and –10°C medium drop diameters are large and the spectra broad, between –14° and –22°C small and narrow. The quantity of precipitation in the valley is with largescale rainfall largely independent of the kind of precipitation (rain or snow); thus the cloud-structure is independent of the position of the zero degree limit. For rich precipitations at the ground the number of drops on Jungfraujoch is reduced by a power of ten.The precipitation theory ofBergeron is to be completed in some points. Crystal growth in itself is not sufficient to produce extensive precipitations. Only the coalescence of drops on their way in the cloud under production of soft hail leads to the size of rain drops measured at the ground. Largedrop showers and rain from clouds with positive temperatures cannot be covered by this explanation.

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Résumé Les recherches effectuées antérieurement au Jungfraujoch ont été complétées par trois expéditions qui ont procédé à des mesures par de basses températures. Les spectres des gouttes contenues dans un nuage y établis sont plus larges. On y trouve pourtant une plus grande proportion de spectres étroits dans les diamètres de gouttes moyennes, c'est à dire que les grosses gouttes ne sont que des phénomènes isolés et sont en général faites de cristaux fondus. Le nombre de gouttes par cm³ se trouve le plus souvent au vosinage de 100, la contenance en eau du nuage est comprise entre 0 et 0,1 g/m³ et son maximum se situe à 1,2 g/m³.De la largeur du spectre des gouttes au Jungfraujoch, de la température qui y règne et des précipitations recueillies dans la vallée, on peut tirer les conclusions générales suivantes: Les nuages provoquent des précipitations dans la vallée se composent, par températures négatives, de gouttes et de cristaux. Entre –2° et –10°C, les diamètres moyens sont grands et les spectres étalés. Entre –14° et –22°C, les diamètres moyens sont plus petits et les spectres étroits. Les quantités de précipitations en grande étendue recueillies en plaine sont généralement indépendantes du fait qu'elles tombent sous forme de pluie ou de neige. Il s'ensuit une structure nuageuse indépendante de l'altitude de l'isotherme de zéro degré. Si les précipitations sont abondantes au sol, le nombre de gouttes diminue d'une puissance de dix au Jungfraujoch.Il faut compléter sur certains points la théorie des précipitations deBergeron. Le seul grossissement des cristaux ne peut expliquer d'abondantes précipitations. Ce n'est que la réunion de gouttes, lors de leur chute dans le nuage (formation de grésil) qui provoque de grosses gouttes telles qu'on les rencontre au sol. On ne peut pourtant pas expliquer par là ni les averses présentant de très grosses gouttes, ni les précipitations issues de nuages situés dans des zones à températures positives.

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Mit 2 Textabbildungen     

Die interdiurnen Änderungen von Druck und Temperatur in der unteren Troposphäre bis 5 km Höhe und ihre gegenseitigen Beziehungen in statistischsynoptischer Betrachtungsweise

Zusammenfassung Im ersten Teil der Arbeit wird ein homogenes, auf 44 Stationen verteiltes Material von 48048 24stündigen Änderungen von Bodendruck, Höhe der 500 mb-Fläche und barometrischer Mitteltemperatur zwischen 500 und 1000 mb-Fläche über Mitteleuropa nach den Methoden der beschreibenden Statistik bearbeitet. Variationsbreite, interdiurne Veränderlichkeit, Streuung, Schiefe und Exzeß werden ermittelt. Der Vergleich der Häufigkeitsverteilungen mit der Gaußschen Fehlerverteilungsfunktion zeigt als wichtigste Abweichung den durchwegs positiven Exzeß. Die am Festland positive, am Meer negative Schiefe ergibt zusammen mit der Anzahl der positiven und negativen Änderungen, daß am Festland der Druckfall häufiger, der Druckanstieg intensiver, am Meer dagegen der Druckanstieg häufiger, der Druckfall intensiver ist.Die Zahl der mit Mitteltemperaturänderungen entgegensetzten, bzw. gleichen Vorzeichens verbundenen Bodendruckänderungen wird nur von der Land-Meer-Verteilung bestimmt. Nur am Festland sind die Bodendruckänderungen auch im Mittel mit inversen Temperaturänderungen kombiniert. Die relative Intensität der niedrig-thermischen Bodendruckänderungen nimmt außerdem mit abnehmender Breite zu.Im zweiten Teil wird ein um 26 Stationen vermehrtes, insgesamt 67044 analoge Änderungswerte umfassendes Material im Raum Nordatlantik bis Innerasien und Spitzbergen bis Nordafrika mit der Korrelationsmethode untersucht. Es ergibt sich, daß am Ozean die 24stündigen Bodendruckänderungen weitgehend den gleichzeitigen Druckänderungen in 5,5 km Höhe entsprechen, währen am Kontinent diese Beziehung nur lose ist (Abb. 16). Dagegen fehlt am Ozean der Zusammenhang zwischen Änderungen von Bodendruck und Mitteltemperatur, der am Kontinent ausgesprochen invers ist (Abb. 17). Die Beziehung zwischen Druckänderungen in 5,5 km Höhe und Mitteltemperaturänderungen der Troposphäre unterhalb dieser Höhe ist durchwegs positiv, aber relativ am schlechtesten über den Zonen größter horizontaler Temperaturgegensätze (Abb. 18).Der dritte Teil enthält eine Diskussion der Ergebnisse, die sich erstreckt auf den vertikalen Aufbau der Isallobarengebiete, die Kompensation hoher Druckänderungen in der unteren Troposphäre, die Leewirkung, die Natur der Bodendruckänderungen und die Zyklonenentstehung. Dabei ergibt sich innerhalb der Grenzen, die einer statistischen Untersuchung gezogen sind, daß besonders durch das infolge der Land-Meer-Verteilung wechselnde Vermögen der unteren Troposphäre, obere Druckänderungen zu kompensieren, das vielfältige Bild der gegenseitigen Beziehungen der Änderungen von Druck und Temperatur in der unteren Troposphäre verstanden werden kann.

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Summary In the first part of the paper a homogeneous material of 48048 data, distributed over 44 stations of Europe, including 24 hours' variations of ground pressure, height of the 500 mb surface, and barometric mean temperature between 500 and 1000 mb, is statistically evaluated. Calues are given for the range of variation, interdiurnal variability, standard deviation, skewness, and excess. comparison of the frequency distributions with the Gaussian function of error distribution shows unexceptionally a positive excess. From the skewness being positive on the continent and negative on the ocean, together with the number of positive and negative variations, it can be concluded that on the continent pressure fall is more frequent and pressure rise more intensive, whereas on the ocean pressure rise is more frequent and pressure fall more intensive.The number of ground pressure variations connected with respective variations of mean temperature is dependent on the land-sea distribution solely. Only on the continent the ground pressure variations are combined with inverse temperature variations also on the average. Besides, the relative intensity of the low-thermic ground pressure variations increases with decreasing latitude.In the second part, material consisting of 67044 analogous data with 26 more stations covering the area from the North-Atlantic to Inner Asia and from Spitzbergen to North-Africa is examined by means of the correlation method. On the ocean, the 24 hours' ground pressure variations were found to correspond mostly with the simultaneous pressure variations at the height of 5,5 km, whereas on the continent no such close relation exists (fig. 16). On the other hand, there is no connection between pressure variations and mean temperature on the ocean, this relation being markedly inverse on the continent (fig. 17). The relation between pressure variations at 5,5 km height and variations of mean temperature in the troposphere below this height is positive throughout, however, least positive in the zones of greatest horizontal temperature contrasts (fig. 18).Results are discussed in part 3, concerning the vertical structure of isallobaric areas, the compensation of high pressure variations in the lower troposphere, the lee-effect, the nature of ground pressure variations and the cyclogenesis. Therefrom it is concluded that, within the limits of accuracy of statistical investigations, the various mutual relations between variations of pressure and temperature in the lower troposphere can be accounted for by the varying conditions in the lower troposphere according to the land-sea distribution which in one case allows compensation of upper pressure variations and in another not.

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Résumé La première partie contient le dépouillement d'observations faites en 44 endroits de la variation de la pression au sol en 24 h., de la hauteur de la surface isobare de 500 mb et de la température moyenne entre les surfaces de 500 et 1000 mb en Europe centrale; on calcule les fluctuations moyennes, la variabilité interdiurne, la déviation, le moment du 3ième ordre et le moment du 4ième ordne. En comparant la répartition des fréquences avec la loi des erreurs deGauss, on constate avant tout le moment du 4ième ordre positif. Le moment du 3ième ordre positif sur terre, négatif sur mer, combinée avec le nombre des variations positives et négatives montre que sur terre la baisse de pression est plus fréquente et la hausse plus forte, tandis que sur mer la hausse est plus fréquente et la baisse plus intense. Le nombre des variatione de pression au sol liées à des variations de température moyenne de signs contraire ou de même signe ne dépend que de la distribution des surfaces terrestres et océaniques. Sur terre seulement les variations de pression sont en moyenne combinées avec des variations de température de signe contraire. L'intensité relative des variations de pression au sol d'origine thermique s'accroît avec la diminution de la latitude.Dans la deuxième partie, on étudie par la méthode de corrélation un matériel d'observations comprenant 26 stations de plus, soit au total 67 044 valeurs réparties dans l'espace de l'Atlantique nord à l'Asie centrale et du Spitzberg à l'Afrique du nord. Il en résulte que sur mer la variation de pression au sol en 24 h. correspond essentiellement aux variations de pression à 5,5 km d'altitude, alors que sur le continent la relation n'est que peu accusée. Par contre sur mer le lien entre les variations de pression et celles de la température fait défaut, tandis que sur terre la relation est nettement inverse. La relation entre les variations de pression au niveau de 5,5 km et les variations de la température moyenne de la troposphère au-dessous de ce niveau est partout positive, mais est la moins apparente au-dessus des régions à forts gradients horizontaux de température.La troisième partie contient une discussion des résultats s'étendant sur la structure verticale des domaines isallobariques, sur la compensation des variations de pression en altitude dans la basse troposphère, sur l'effet orographique, sur la nature des variations de pression au sol et sur la cyclogénèse. On conclut que dans le domaine ici exploré l'image complexe des relations mutuelles entre les variations de pression et de température dans la troposphère inférieure peut se comprendre grâce au fait que la distribution des océans et des continents crée dans la basse troposphère une compensation variable des variations de pression des hautes couches.

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Mit 21 Textabbildungen.     

Energy balance of the arctic

Summary Evaporation and sensible heat flux have been calculated for each month over the Polar Ocean and the Norwegian-Barents Sea. Sverdrup's evaporation formula was used, and it was first examined how the K-coefficient in that formula depends on the wind speed frequency distribution. Thus the effect of the Arctic wind conditions could be taken into account. Seasonal maps were constructed of mean wind speed. Previously obtained surface temperatures were used, but some additional examinations were carried out, using various assumptions for extreme surface temperatures in summer and winter.Evaporation and sensible heat flux were calculated separately for the following areas: Central Polar Ocean, Kara-Laptev Sea, East Siberian Sea, Beaufort Sea, and belts of 5° latitude of the Norwegian-Barents Sea.The values for the different areas are presented in tables and figures. Evaporation over ice surfaces has a double maximum—in spring and fall—and a main minimum in winter. Over open water surfaces the evaporation shows a summer minimum and a broad maximum in winter. If small parts of the ocean were to remain open longer in the fall, or during the whole winter, the heat loss would increase very rapidly.Sensible heat flux is often calculated from evaporation by theBowen ratio. The small evaporation values over the Polar Ocean give unreliable values for sensible heat flux, and instead the formula byShuleikin was used. This permits the determination of sensible heat flux independent of evaporation. The characteristic sensible heat flux curves are quite similar to the evaporation curves. The open water areas in the Polar Ocean show very high values for sensible heat flux. One percent open water, from October to May would increase the heat flux from the Central Polar Ocean from 3.7 to 5.2 Kcal cm^–2, year^–1. Open areas must remain small as there is not sufficient energy available to maintain such fluxes.Finally, a table gives the monthly values of the total heat loss for the various areas, by evaporation and sensible heat flux.

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Zusammenfassung Monatswerte für Verdunstung und Wärmefluß wurden für das Polarmeer und für Nordmeer-Barentssee berechnet. Zur Verdungstungsberechnung wurde die Formel vonSverdrup benutzt, deren K-Koeffizient in seiner Windabhängigkeit neu berechnet wurde. Auf Grund neu konstruierter jahreszeitlicher Karten der mittleren Windgeschwindigkeit konnten die arktischen Windverhältnisse berücksichtigt werden. Wegen der Unsicherheit früher bestimmter Oberflächentemperaturen wurden zusätzliche Berechnungen für Extremfälle im Sommer und Winter durchgeführt, um mögliche Fehlerquellen abzuschätzen. Verdunstung sowie Wärmefluß wurden gesondert für die folgenden Gebiete berechnet: Zentrales Polarmeer, Kara-Laptev-See, Beaufort-See sowie für Bänder von 5° Breite im Gebiet Nordmeer-Barentssee.Die Resultate für die einzelnen Gebiete werden an Hand von Diagrammen und Tabellen diskutiert. Über Eis zeigt die Verdunstung ein doppeltes Maximum im Frühling und Herbst und das Hauptminimum im Winter, während sich über offenem Wasser ein Sommerminimum und ein breites Wintermaximum ergeben. Es zeigt sich, daß bereits relativ kleine Wasserflächen, die länger im Herbst oder während des ganzen Winters offen bleiben, im Polarmeer zu sehr hohen Wärmeverlusten führen.Der Wärmefluß wird oft auf Grund der Verdunstung mit Hilfe derBowen-Formel berechnet. Wegen der geringen Verdunstung über dem Polarmeer führt diese Formel jedoch zu unrichtigen Werten, und es wird deshalb hier dieShuleikin-Formel benützt, die eine Bestimmung des Wärmeflusses unabhängig von der Verdunstung ermöglicht; die charakteristischen Kurven des Wärmeflusses sind den Verdunstungskurven sehr ähnlich. Offenes Wasser im Polarmeer führt auch hier zu sehr hohen Werten; eine offene Wasserfläche von 1% in der Zeit von Oktober bis Mai würde den Wärmefluß vom zentralen Polarmeer von 3,7 auf 5,2 Kcal/cm² pro Jahr erhöhen. Offene Flächen müssen daher klein bleiben, da der Energievorrat nicht genügend groß für die Aufrechterhaltung eines solchen Energieflusses wäre. Zum Schlusse werden in einer Tabelle Monatswerte der gesamten Wärmeverluste durch Verdunstung und Wärmefluß für die verschiedenen Gebiete gegeben.

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Résumé On a calculé des valeurs mensuelles de l'évaporation et du flux de chaleur pour l'Océan Glacial Arctique et pour la région située entre la Mer du Groenland et la Mer de Barents. Dans le cas de l'évaporation, on s'est servi de la formule deSverdrup dont on a déterminé à nouveau le coefficient K en tenant compte de sa dépendance du vent. Il a été possible de tenir compte du vent dans les régions arctiques grâce à l'établissement récent de cartes saisonnières de la vitesse moyenne du vent. En raison de l'incertitude des déterminations antérieures de la température de surface, on a procédé à des calculs supplémentaires pour des cas extrêmes en été et en hiver afin d'évaluer les sources d'erreurs possibles. On a calculé séparément l'évaporation et le flux de chaleur pour les régions suivantes: Centre de l'Océan Glacial Arctique, Mer de Kara-Mer de Laptev, Mer de Beaufort ainsi que pour de bandes de 5° de largeur dans la région comprise entre la Mer du Groenland et la Mer de Barents.On discute les résultats obtenus pour ces différentes zones en partant de diagrammes et de tableaux. Au-dessus de la glace, l'évaporation présente deux maximums, l'un au printemps, l'autre en automme et un minimum principal en hiver. Sur la mer libre, on constate au contraire un minimum en été et un maximum très large en hiver. Il en résulte que des surfaces libres de glace relativement peu étendues qui se maintiennent en automne, voire durant tout l'hiver peuvent déjà provoquer des pertes de chaleur considérables dans l'Océan Glacial Arctique.On calcule souvent le flux de chaleur en se basant sur l'évaporation selon la formule deBowen. Cependant, en raison des faibles évaporations constatées sur l'Océan Glacial, cette formule conduirait à des valeurs fausses. On a donc utilisé ici la formule deShuleikin qui permet la détermination du flux de chaleur indépendamment de l'évaporation. Les courbes caractéristiques du flux de chaleur sont très semblables à celles de l'évaporation. Les surfaces libres de glace de l'Océan Glacial conduisent ici aussi à des valeurs très élevées. Une surface d'eau de 1% restant libre de glace d'octobre à mai augmenterait de flux de chaleur de l'océan de 3,7 à 5,2 Kcal/cm² par année. Les surfaces d'eau doivent donc rester très petites, car les réserves d'énergie sont insuffisantes pour maintenir un tel flux d'énergie calorifique. On donne enfin dans une table les pertes mensuelles totales de chaleur dues à l'évaporation et au flux de chaleur et cela pour chacune des régions considérées.

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With 6 Figures

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The research reported in this paper was sponsored in part by the Air Force Cambridge Research Laboratories, Office of Aerospace Research, under Contract AF 19(604)7415.