Simple models of the valley-plain circulation Part II: Flow resolving model

Summary In extension of the work presented in the first part of this paper a simple two-level grid point model for valley-plain flow is described where basic horizontal flow structures can be resolved. Except for the increased horizontal resolution this flow resolving model (FR-model) bears strong resemblance to the MR-model discussed in the first part.The FR-model is mainly used to study the profiles of wind and temperature along the valley axis. To better understand the valley flows in the FR-model the linear theory of forced flow in infinitely wide valleys is presented. This theory predicts a characteristic length of decay of the response with distance to the valley mouth for steady-state flow. If the forcing has a diurnal cycle the response shows the characteristics of damped wave motion. At the mouth there is a jump of the temperature.It is shown that the valley flow in the FR-model can be understood qualitatively on the basis of the linear theory. It is demonstrated that the FR-model is capable of reproducing the gross characteristics of observed flows near the mouth of valleys.

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Einfache Modelle der Ausgleichströmung zwischen Gebirgstälern und dem Vorland. Teil II: Model mit Strömungsstrukturen

Zusammenfassung In Fortführung der Modellentwicklung, wie sie im ersten Teil dieser Arbeit vorgetragen wurde, wird ein Gitterpunktmodell mit zwei Schichten in der Vertikalen (FR-Modell) für die Ausgleichströmung zwischen Ebene und Vorland vorgestellt, das horizontale Strömungsstrukturen wesentlich besser aufzulösen gestattet, als dies im MR-Modell von Teil I möglich war. Mit Ausnahme der Auflösung in der Horizontalen stimmen beide Modelle ansonsten fast exakt überein.Das FR-Modell wird hauptsächlich zum Studium der Strömungs- und Temperaturprofile am Talausgang und im Tal benutzt. Die Modellresultate werden mit den Aussagen einer linearen Theoric für ein sehr breites Tal verglichen. Es ergibt sich eine gute qualitative Übereinstimmung. Insbesondere findet man für stationäre Talwinde in Modell und Theorie eine Übergangszone am Talausgang mit starken Temperaturgradienten und einer exponentiellen Abnahme der Windintensität ins Tal hinein. Hat der Antrieb einen Tagesgang, so reagiert das Windsystem mit einer Verzögerung und dem exponentiellen Abfall überlagert sich eine Wellenbewegung.Das FR-Modell ist in der Lage, den nächtlichen Strahlstrom, wie er an Talausgängen beobachtet wird, in Grundzügen nachzubilden.

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With 12 Figures     

A note on the intercornparison between monthly mean radiance equivalent and rocketsonde temperatures

Summary Rocketsonde monthly mean temperature structure of the stratosphere is compared with that derived from Nimbus-5 SCR radiance measurements for the solsticial months in 1973 and for the equinoctial months in 1974. The comparison shows good agreement only at pressure levels between about 5 mb and 15 mb (upper-middle stratosphere). The satellite minus rocket bias is highest at the stratopause region possibly due to the constraints applied in retrieving the radiance equivalent temperatures.

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Über einen Vergleich zwischen Monatsmittelwerten von strahlungsäquivalenten Temperaturen und Temperaturen von Raketensonden

Zusammenfassung Die mit Raketensonden gewonnene mittlere monatliche Temperaturstruktur der Stratosphäre wird mit der aus Strahlungsmessungen von Nimbus-5 SCR abgeleiteten für die Monate Juni und Dezember 1973 und für März und September 1974 verglichen. Der Vergleich zeigt eine gute Übereinstimmung nur in den Druckniveaus zwischen 5 mb und 15 mb, das ist in der oberen mittleren Stratosphäre. Die Differenz zwischen den mit Satelliten und den mit Raketensonden gewonnenen Temperaturen ist am größten in der Stratopausenregion, möglicherweise zufolge der zur Ableitung der strahlungsäquivalenten Temperaturen angewendeten Methode.

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With 2 Figures     

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

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

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

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With 6 Figures     

Surface energy budget model of a cave

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

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

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With 4 Figures     

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

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

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

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

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With 15 Figures     

Statistical specification of local surface weather elements from large-scale information

Summary A procedure for stochastic simulation of the spatial structure of daily mesoscale temperature and precipitation values is presented. Specific values are generated on the basis of, and consistent with, observational data representing averages over areas corresponding to Atmospheric General Circulation Model grid elements. The procedure is based on a rotated principal component representation of the correlation structure of the observed local data, and procedures synthetic data which statistically resemble the corresponding observations. Use of a stochastic, rather than a deterministic, specification procedure may not be required if generation of only temperature data are of interest.

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Zusammenfassung Es wird eine Methode für die stochastische Simulation der räumlichen Struktur von täglichen mesoskaligen Temperatur-und Niederschlagswerten vorgestellt. Auf der Basis von und konsistent mit Beobachtungsdaten werden spezifische Werte erzeugt. Diese Werte repräsentieren Mittelwerte über Flächen, die den GCM Gitterelementen entsprechen. Die Methode basiert auf der Darstellung der Korrelationsstruktur der lokalen Beobachtungsdaten durch rotierte Hauptkomponenten und produziert synthetische Daten mit statischen Eigenschaften, die denen der Beobachtungen ähnlich sind. Die Verwendung einer stochastischen statt deterministischen Spezifikationsmethode ist wahrscheinlich nicht notwending, wenn das Interesse nur der Erzeugung von Temperaturdaten gilt.

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With 3 Figures     

Die Verwertung der Höhenwetterkarte zur Beurteilung der Wetterwirksamkeit von Kaltfronten in den Südalpen

Zusammenfassung Viele Kaltfronten, die mit Südkurs den Alpenhauptkamm überschreiten und in das Südalpengebiet eindringen, sind dort außerordentlich wetterwirksam. Andere Kaltfronten, die über die Alpen hinwegziehen, werden dagegen in den Südalpen durch Föhnerscheinungen fast völlig aufgelöst.In vorliegender Arbeit wird an Einzelbeispielen das Verhalten von Kaltluftströmungen beim Überqueren der Alpen und beim Eindringen in das Südalpengebiet eingehend untersucht. Dabei zeigt sich, daß durch charakteristische Merkmale der Strömmungen eine einwandfreie Unterscheidung der beiden Arten von Kaltlufteinbrüchen in das Südalpengebiet möglich ist. Vor allem lassen sich beide Fälle durch Anwendung der Höhenwetterkarte gut auseinanderhalten.Es ergibt sich, daß eine Kaltfront dann die Südalpen wetterwirksam überquert, wenn dieses Gebiet auf der Vorderseite eines in der Höhenkarte in Erscheinung tretenden Höhentroges liegt, daß dagegen die Front durch Föhnwirkung aufgelöst wird, wenn die Südalpen auf der Rückseite des Höhentroges liegen.

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Summary Many cold fronts which cross the principal crest of the Alps in a Southerly direction and penetrate into the region are very avtive in that region. Other cold fronts, however, die out almost completely when crossing the Southern Alps, due to Föhn phenomena.In the present paper, the behaviour of cold air currents crossing the Alps and penetrating the Southern Alps region is thoroughly discussed by analysing individual examples. Thereby it is shown that a clear distinction between the two kinds of cold air invading the Southern Alps region can be drawn from considering the characteristic features of the airstream. Both cases can be easily recognised by examination of the relevant upper air charts.Cold fronts are active in the Southern Alps when this region lies ahead of a high-level trough in the upper air: whilst cold fronts die out through the effect of the Föhn when the Southern Alps lie to the rear of a high-level trough.

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Résumé De nombreux fronts froids dirigés vers le Sud et qui traversent les Alpes se révèlent extrêmement actifs sur le versant sud, de cette chaîne. D'autres fronts au contraire disparaissent presque complètement en franchissant le faîte montagneux à cause du phénomène de foehn.On examine ici des cas déterminés de passages de masses d'air froides par-dessus les Alpes et leur écoulement sur le versant opposé. En repérant certaines caractéristiques de ces courants, il est possible de distinguer nettement les deux types d'invasion froide au Sud des Alpes. Cette distinction est particulièrement facile par l'emploid des cartes de pression en altitude.On constate alors qu'un front froid reste actif en traversant les Alpes lorsque la partie antérieure d'un couloir de basse pression en altitude se trouve sur le versant sud, mais qu'il y a frontolyse par foehn lorsque la partie postérieure de ce couloir se trouve sur cette région.

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Mit 11 Textabbildungen.     

Gypsum crusts and fly ash particles on carbonatic outcrops

Summary A study of the alterations caused by chemical weathering on carbonatic outcrops in the South of France (near Marseille) has revealed the presence of gypsum crusts. An analogy with carbonatic surfaces (marbles and limestones) located in urban areas (monuments and buildings) has therefore been evidenced. An analytical investigation of the morphology, typology and inner structure of the crusts found is presented in this paper.Furthermore, reference is also made to the identification of fly ash particles embedded in the altered layer: this occurrence enables a limitation of the crust-growth period to the present century. Some hypotheses as to the role played by these particles in the formation of the altered layer have also been advanced. In this regard, the study of particles emitted by coal combustion, one of the major sources of energy, as far as their environment impact is concerned, is of unquestionable importance.

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Gipskrusten und Flugascheteilchen auf Carbonat-Schichtköpfen

Zusammenfassung Die Untersuchung der durch chemische Verwitterung verursachten Änderungen an Carbonat-Schichtköpfen im Süden von Frankreich (bei Marseille) hat das Vorhandensein von Gipskrusten gezeigt. Eine Analogie zu carbonaten Oberflächen (Marmor und Kalkstein) in Stadtgebieten (Monumente und Gebäude) ist damit erwiesen. Eine analytische Erforschung der Morphologie, Typologie und inneren Struktur der gefundenen Krusten wird in dieser Arbeit vorgelegt.Ferner wird auch Bezug genommen auf die Identifizierung der in die geänderte Schicht eingelagerten Flugascheteilchen. Dieses Vorkommen ermöglichte eine Begrenzung der Periode des Krustenwachstums auf das gegenwärtige Jahrhundert. Einige Hypothesen über die Rolle, die von diesen Teilchen bei der Bildung der geänderten Schicht gespielt wird, werden auch vorgebracht. In dieser Hinsicht ist die Untersuchung der bei der Kohleverbrennung — das ist eine der größten Energiequellen — ermittelten Teilchen, insofern ihr Einfluß auf die Umgebung betrachtet wird, unzweifelhaft von Bedeutung.

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With 4 Figures     

Zur Vorticityproduktion bei zyklogenetischen Prozessen

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

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On production of cyclonal vorticity in cyclogenetic processes

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

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Mit 10 Abbildungen     

The effects of aerosols on the response of a two-dimensional zonally-averaged climate model

Summary The response of climate processes to changes in aerosols is investigated using a two-dimensional zonally-averaged climate model. To account for the spatial and temporal heterogeneities of aerosol distributions, a strongly scattering maritime aerosol over ocean and a strongly absorbing rural aerosol over land are used in the layer between the surface and the 700 mb level. The effects of aerosols, gases and clouds on the radiative transfer are computed concurrently using a parameterized form of a two-stream approximation. Aerosols induce a reduction of the solar absorption at the surface and an enhancement of atmospheric absorption. The resulting changes in the climate model parameters are not only a function of the radiatively-active atmospheric constituents, but also of the amplifying or dampening effects of feedback processes employed in the model calculations. For the specified aerosol types and the optical thickness distribution given by Potter and Cess, the annual temperature change at the surface is –2.1 °C with ice-albedo feedback. Without ice-albedo feedback the corresponding value is –1.4 °C. In the present study aerosols produce a cooling effect in the atmosphere at all latitudes.

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Zusammenfassung Der Einfluß von unterschiedlichen Aerosolen auf Klimaprozesse wird mit Hilfe eines zweidimensionalen Klimamodells untersucht. Um die zeitliche und räumliche Variabilität von Aerosolverteilungen zu berücksichtigen, wird über dem Meer ein überwiegend streuendes Aerosol und über Land ein überwiegend absorbierendes Aerosol in der Schicht zwischen dem Erdboden und dem 700 mb Niveau betrachtet. Der Einfluß von Aerosolen, Gasen und Wolken auf den Strahlungstransport wird mit Hilfe einer parametrisierten Zweistromapproximation berechnet. Aerosole verursachen eine Reduzierung der solaren Absorption an der Erdoberfläche und eine Verstärkung der atmosphärischen Absorption. Resultierende Änderungen der Klimamodellparameter sind nicht nur eine Funktion der strahlungsaktiven atmosphärischen Bestandteile, sondern auch von verstärkenden oder dämpfenden Rückkopplungsprozessen. Für die hier benutzten speziellen Aerosoltypen und die Verteilung der optischen Dicke nach Potter and Cess ergibt sich eine Änderung in der Jahresmitteltemperatur von –2,1 °C unter Berücksichtigung des Eis-Albedo-Rückkopplungseffekts. Ohne diesen Mechanismus beträgt die entsprechende Temperaturänderung –1,4 °C. In der Atmosphäre ergibt sich ebenfalls eine Temperaturabnahme in allen Breiten.

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With 7 Figures     

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

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

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

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With 2 Figures     

Heat budget of air passing through a hot tunnel in northeastern Japan

Summary A geothermal and meteorological observation was carried out inside a hot tunnel (named Torigoe tunnel) penetrating through a volcanic zone in northeastern Japan, just after it has been penetrated. Rock wall surface temperature, some thermal properties of rock samples, temperature profile in slender pits drilled into the rock body, temperature of water flowing on the floor and the meteorological elements of air passing through the tunnel are contained in the observation.Introducing the coefficient of heat transfer determined from the Reynolds analogy for turbulent forced convection in a circular tube, the heat budget of the air-tunnel system is investigated with those observed data. The results show that the net sensible heat of 58.61 kW is drawn out from the tunnel by air passing through it and seems to be overcompensated by the net heat supply of 67.21 kW from the rock wall to air, while for the net latent heat removal of 101.56 kW by air the apparent undercompensation of 80.01 kW is found from the water flowing on the floor. Consideration is carried out on such excess and deficiency of heat supplies.

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Zusammenfassung In einem heißen Tunnel (dem Torigoe-Tunnel), der durch vulkanisches Gebiet im nordöstlichen Japan verläuft, wurden unmittelbar nach Tunneldurchstoß geothermische und meteorologische Untersuchungen durchgeführt. Die Temperatur der Gesteinsoberfläche, spezifische thermische Eigenschaften der Gesteinsproben, das Temperaturprofil von dünnen Bohrkernen, als auch die Temperatur des Wassers am Tunnelgrund und meteorologische Daten der Durchzugsluft werden in dieser Untersuchung berücksichtigt.Durch Einführung des durch die Reynolds-Analogie determinierten Wärmeaustauschkoeffizienten für turbulente, erzwungene Konvektion in einer kreisförmigen Röhre wird der Wärmehaushalt der Luft im Tunnelsystem unter Heranziehung der angeführten Daten untersucht. Die Resultate zeigen, daß 58.61 kW fühlbare Wärme dem Tunnel durch die Luft entzogen werden, die jedoch durch eine Zufuhr von 67.21 kW von der Felswand an die Luft abgegebener fühlbarer Wärme überkompensiert zu werden scheint, während der dauernden latenten Wärmeabfuhr durch die Luft von 101.56 kW eine Unterkompensierung von 80.01 kW durch das am Tunnelgrund fließende Wasser gegenübersteht. Die Folgen dieses Überschusses bzw. Defizites werden genauer diskutiert.

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With 5 Figures     

An index to assess agricultural drought in India

Summary Crop drought or moisture stress is a function of the difference between actual evapotranspiration and evapotranspiration requirements of the crop under given atmospheric conditions.In the present work the climatic water balance approach is utilized to develop a crop moisture index for the kharif crop season over India.The difference between actual and climatologically derived evapotranspiration have been accumulated for different consecutive weeks of the crop season and made comparable in time and space through suitable weights. The lowest weighted deficit values have then been used for successive weeks to evolve the Crop Moisture Index. This index enables detection of degree of moisture stress experienced by the crop and can be used in drought monitoring.

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Zusammenfassung Dürre oder Feuchtestreß ist eine Funktion der Differenz zwischen tatsächlicher Verdunstung und dem Verdunstungsbedarf für bestimmte Kulturpflanzen unter gegebenen atmosphärischen Bedingungen. In vorliegender Studie wird die klimatische Wasserbilanz verwendet, um einen Feuchtigkeitsindex für die Kharif-Anbauzeit in Indien zu erstellen.Die Differenz zwischen aktueller und klimatologisch errechneter Verdunstung wurde für einige aufeinanderfolgende Wochen der Erntezeit aufsummiert und durch geeignete Gewichtungen in Zeit und Raum vergleichbar gemacht. Die am wenigsten veränderten Defizitwerte wurden dann für aufeinanderfolgende Wochen zur Errechnung eines Feuchtigkeitsindex herangezogen. Dieser Index ermöglicht die Quantifizierung des für die Pflanzen relevanten Feuchtestresses und kann für die Aufzeichnung von Dürren verwendet werden.

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With 2 Figures     

An attempt to simulate historic front variations of Nigardsbreen,Norway

Summary Nigardsbreen (Norway) is one of the very few high-latitude glaciers from which a long record of front positions is known (starting in the beginning of the 18th century). In this paper a dynamic glacier model is used to investigate the possible causes of the observed front variations. These variations are characterized by a rapid advance until 1748, and steady retreat, with some minor interruptions, after that time.Two time series are used as forcing functions that drive the dynamic model: (i) central England summer temperature, and (ii) a tree ring record from northern Sweden. It appears that forcing (i) does not work at all: an almost continuously growing glacier is predicted by the model. Forcing (ii) performs much better, although the maximum glacier extent comes too early.Interpretation of these results and some additional experiments suggest that the climatic warming after the little ice age has been much more pronounced in western Norway than in England, at least in summer. Winter precipitation in Norway probably decreased gradually during the last centuries.

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Zusammenfassung Nigardsbreen (Norwegen) ist einer der wenigen Gletscher in hohen Breiten, von dem langjährige Aufzeichnungen über die Frontpositionen bekannt sind (seit Anfang des 18. Jahrhunderts). In der vorliegenden Arbeit wird zur Untersuchung der möglichen Ursachen der beobachteten Gletscherfrontveränderungen ein dynamisches Gletschermodell verwendet. Diese Veränderungen sind bis 1748 durch ein rapides Vorrücken und nach dieser Zeit durch einen, mit einigen kleinen Unterbrechungen, stetigen Rückgang gekennzeichnet.Als Antriebsfunktionen, die das dynamische Modell treiben, werden zwei Zeitreihen verwendet: 1. Die Sommertemperaturen von Mittelengland, und 2. Jahresringaufzeichnungen aus Nordschweden. Es zeigt sich, daß der erste Antrieb überhaupt nicht funktioniert, denn dieses Modell sagt einen fast kontinuierlich wachsenden Gletscher voraus. Der zweite Antrieb funktioniert viel besser, obwohl die maximale Gletscherausdehnung zu früh auftritt.Die Interpretation dieser Resultate und einige zusätzliche Experimente weisen darauf hin, daß die Erwärmung nach der kleinen Eiszeit im westlichen Norwegen viel ausgeprägter war als in England, wenigstens im Sommer. Der Winterniederschlag hat sich vermutlich in Norwegen während der letzten Jahrhunderte allmählich verringert.

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With 8 Figures     

Simple models of the valley-plain circulation Part I: Minimum resolution model

Summary A minimum resolution model of thermally induced valley-plain circulations is presented. Slope winds and cross-valley circulations are treated as subgrid motions and are incorporated via aK-ansatz. Using this model one can determine the dependence of the valley-plain circulation on the valley's geometry, on the effectivity of the subgrid motions and on stratification. The relative importance of advective processes is assessed and the response to heating with a diurnal cycle is examined.

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Einfache Modelle der Ausgleichströmung zwischen Gebirgstälern und dem Vorland. Teil I: Modell mit minimaler Auflösung

Zusammenfassung Ein Modell mit extrem niedriger Auflösung wird auf das Problem der thermisch induzierten Ausgleichsströmung zwischen einem Gebirgstal und einer vorgelagerten Ebene angesetzt. Hangwinde und die zugehörigen Zirkulationen in der Talatmosphäre werden im Modell als subskalige Bewegungen angesehen und durch einenK-Ansatz erfaßt. Das Modell erlaubt es, Aussagen über die Abhängigkeit der Talwinde zum Zuschnitt des Tals, von der Wirksamkeit der subskaligen Bewegungen und von der Schichtung zu machen. Die Bedeutung der Temperaturadvektion läßt sich abschätzen. Ferner wird die Reaktion der Zirkulation auf Antriebe mit Tagesgang untersucht.

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With 3 Figures     

Use of a synoptic classification scheme to define seasons

Summary This paper presents a synoptic surface weather map classification scheme, and uses the categorization technique to meteorologically define seasons. Winter is defined as that period of the year in which a location is most frequently poleward of the polar front, while summer occurs when the site is most commonly equatoward. Fall and Spring are the transition periods when, respectively, increasingly more frequent and less frequent periods of time poleward of the polar front occur.Using 10 years of data, the application of this definition of seasons to the Gulf and Atlantic coasts of the United States is presented. While the frequency of the specific types of major synoptic weather features varied with latitude, the meteorological definitions of season are comparatively invariant with latitude (differing by no more than a month) for this geographic area. Using the meteorological definitions of season, the average winter for this region occurs from late October or early November to late March or early April. Summer is from late May to early June until late August or late September.

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Zusammenfassung Diese Arbeit stellt ein synoptisches Klassifikationsschema nach Bodenwetterkarten vor, das eine Kategorisierungstechnik verwendet, um die Jahreszeiten meteorologisch zu definieren. Der Winter ist als die Periode des Jahres festgelegt, in der ein Ort meist polwärts der Polarfront, während der Sommer jene Periode ist, in der er äquatorwärts der Polarfront liegt. Herbst und Frühjahr sind die Übergangsperioden, in denen zunehmend häufigere bzw. weniger häufige Abschnitte polwärts der Polarfront vorkommen.Die Anwendung dieser Jahreszeitendefinition wird mit Hilfe der Daten aus 10 Jahren für die Atlantik- und Golfküste der Vereinigten Staaten vorgestellt. Während die Häufigkeiten bestimmter Wetterlagen mit der geographischen Breite schwanken, erwies sich diese meteorologische Jahreszeitendefinition demgegenüber als vergleichbar invariant (mit einem maximalen Unterschied von einem Monat) innerhalb des ausgewählten Gebiets. Der so definierte Winter dieser Region beginnt zwischen Ende Oktober und Anfang November und dauert bis Ende März bzw. Anfang April. Sommer ist zwischen Ende Mai/Anfang Juni und Ende August/Ende September.

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With 21 Figures     

Quasi-biennial variations in the winter-time circulation of high latitudes

Summary In the years between 1952 and 1962 a quasi-biennial modulation became apparent in the total ozone values measured over Arosa, Switzerland, during spring. The stratospheric vortex behavior in the northern hemisphere during March of the years 1958 to 1964 also showed a biennial variation. This has led to speculations that the quasi-biennial forcing of the tropical stratosphere may extend its influence to the stratosphere and troposphere of high latitudes. It is shown in this paper that the stratosphere and troposphere of high latitudes in the northern hemisphere, indeed, are coupled by a feedback mechanism. The forcing from tropical latitudes, however, seems to be minimal.

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Die quasi-biennale Veränderlichkeit der Zirkulation in hohen Breiten während des Winters

Zusammenfassung Während der Jahre 1952 bis 1962 wurde in den über Arosa, Schweiz, im Frühling gemessenen Gesamtozonwerten eine quasi-biennale Modulierung entdeckt. Das Verhalten des stratosphärischen Polarwirbels im März der Jahre 1958 bis 1964 zeigte ebenfalls eine zweijährliche Veränderlichkeit. Dies verleitete zur Schlußfolgerung, daß die quasi-biennale Einwirkung der tropischen Stratosphäre sich bis in die Stratosphäre und die Troposphäre hoher Breiten erstreckt. In der vorlegenden Studie wird gezeigt, daß die Stratosphäre und Troposphäre der Nordhalbkugel in hohen Breiten tatsächlich durch einen Rückkoppelungs-Mechanismus verbunden sind. Der Einfluß tropischer Breiten auf die Zirkulationsmodulierung scheint jedoch gering zu sein.

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With 14 Figures     

Fronts in the vicinity of the tropopause

Summary From a study of five cases of pronounced fronts in the upper troposphere, it is concluded that the waterspout model offers the most satisfactory solution to the problem of connecting frontal boundaries and tropopauses. Composite cross sections of temperature, potential temperature, normal wind component and potential vorticity are presented for the five cases. On the basis of the potential vorticity measurements it is suggested that the most likely explanation for the formation of the high-level front is a folding of the tropopause.

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Zusammenfassung Auf Grund einer Untersuchung von fünf Fällen ausgesprochener Fronten in der höheren Troposphäre wird der Schluß gezogen, daß die Wasserhosen-Vorstellung am besten den Zusammenhang zwischen Fronten und Tropopausen darstellt. Kombinierte Querschnitte von Temperatur, potentieller Temperatur, normaler Windkomponente und potentieller Vorticity werden für die fünf Fälle vorgelegt. Auf Grund der Bestimmungen der potentiellen Vorticity wird dargelegt, daß die wahrscheinlichste Erklärung für die Entstehung einer Front in der Höhe in der Annahme einer Faltung der Tropopause besteht.

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Résumé En se fondant sur cinq cas de fronts très nets de la haute troposphère, les auteurs concluent que le schéma de trombe constitue la meilleure solution pour représenter la liaison entre zones frontales et tropopause. Ils donnent des profils combinés de température, de température potentielle, de composantes normales du vent et de vorticity potentielle pour les cinq cas. Ils montrent à l'aide de mesures de la vorticity potentielle que l'explication la plus probable de la formation d'un front en altitude consiste à admettre un plissement de la tropopause.

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With 11 Figures

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Contribution No. 37, Department of Meteorology and Climatology. —The research reported in this article has been supported by the Geophysical Research Directorate, Air Force Cambridge Research Center, under Contract No. AF 19 (604)-1811.     

Application of fourth-order finite differences to a baroclinic model of the atmosphere

Summary Fourth-order difference approximations are implemented in a three-parameter baroclinic quasigeostrophic model of the atmosphere based on a modified version of the Bushby-Whitelam [2] model, currently in use at the Israeli Meteorological Office. The fourth-order accurate numerical forecast on a mesh covering Europe and the Mediterranean regions results in improved locations of low- and high-pressure centres as compared with the second-order forecast. The scheme also yields better estimates of the changes in position and intensity of the synoptic systems. The fourth-order numerical forecast tends, however to lower the values at the pressure centres. This so-called pillow effect still has to be explained.

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Anwendung des Differenzenverfahrens vierter Ordnung auf ein baroklines Modell der Atmosphäre

Zusammenfassung Differenzenverfahren vierter Ordnung werden auf ein drei-Parameter baroklines, quasigeostrophes Modell der Atmosphäre angewendet. Dieses Atmosphärenmodell, welches zur Zeit am israelischen meteorologischen Büro benutzt wird, ist eine Modifikation des Bushby-Whitelam Modells [2]. Die numerische Vorhersage vierter Ordnung, die sich über Europa und das Mittelmeer erstreckt, ergibt eine bessere Lokalisierung der Hoch- und Tiefdruckzentren, als dies mit einer Vorhersage zweiter, Ordnung möglich wäre. Sie führt auch zu besseren Abschätzungen der Positions- und Intensitätsänderungen des synoptischen Systems. Anderseits aber strebt sie dazu, die Werte in den Druckzentren zu verringern. Dieser sogenannte pillow effect muß noch weiter untersucht werden.

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With 7 Figures     

A study of interacting multi-scale wind systems, Canterbury plains, New Zealand

Summary The wind regime of the Canterbury region, New Zealand, is composed of several interacting multi-scale wind systems all of which show strong diurnal periodicity. The dynamic orographic effect of the Southern Alps on the prevailing westerly flow results in perturbations to the pressure field and localized antitriptic airflow. Superimposed on this larger scale process are thermotopographic effects resulting from both regional and local land-sea thermal contrasts and slope heating. These processes act within an hierarchy of scales to produce a complex wind regime characterized by marked temporal variability, a layered vertical structure and the frequent occurrence of convergence lines and shear zones. The synergistic nature of the forcing mechanisms and the tendency for nocturnal decoupling of the boundary layer due to stability variations makes it difficult to differentiate and label discrete wind components.Attempts to simulate this regime using the Colorado State University mesoscale model showed that the model was unable to adequately resolve both the dynamic orographic effect and the local thermotopographic effect because of their differing scales of influence. These results suggest that a more holistic approach to both empirical and theoretical studies in such environments is required if more accurate wind field forecasting is to be achieved.

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Eine Studie zusammenwirkender Windsysteme verschiedener Größenordnungen, Canterbury Plains, Neuseeland

Zusammenfassung Das Windregime des Gebiets von Canterbury, Neuseeland, setzt sich aus verschiedenen zusammenwirkenden Windsystemen verschiedener Größenordnungen zusammen, die alle einen starken Tagesgang aufweisen. Der dynamisch-orographische Effekt der neuseeländischen Alpen auf die vorherrschende Westströmung führt zu Störungen im Druckfeld und lokalen Luftbewegungen im Lee. Diesem großräumigen Prozeß sind thermisch-topographische Effekte überlagert, die sowohl durch regionale als auch lokale thermische Unterschiede zwischen Land und Meer und die Erwärmung der Hangregion hervorgerufen werden. Die Vorgänge spielen sich in einer Hierarchie von Größenordnungen ab. Sie erzeugen ein kompliziertes Windsystem, das durch hohe zeitliche Variabilität, eine schichtweise thermische Struktur und häufige Konvergenz- und Scherungszonen gekennzeichnet ist. Die synergetische Natur der Antriebe und die Tendenz zum nächtlichen Entkoppeln der planetaren Grenzschicht aufgrund von Stabilitätsschwankungen macht es schwer, die einzelnen Windkomponenten zu trennen und zuzuordnen.Die Versuche, dieses Regime mit Hilfe des Mesoscale-Modells der Colorado State University zu simulieren, zeigten, daß es aufgrund der verschiedenen Größenordnungen des Einflusses nicht geeignet war, gleichzeitig den dynamisch-orographischen und den thermo-topographischen Effekt zu reproduzieren. Diese Ergebnisse legen sowohl für empirische wie für theoretische Untersuchungen einen holistischeren Ansatz nahe, um eine genauere Prognose des Windfeldes zu ermöglichen.

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With 11 Figures