The 11-yr ozone modulation of extreme surface air temperatures

Summary The opposite effect of the total ozone on daily maximum and minimum air temperatures is one of the reasons for the failure of the correlation between solar activity and surface air temperature by means of mean daily values. The solar-related fluctuations in the atmospheric total ozone are found to be responsible for the observed correlations between solar activity and separately daily maximum and minimum air temperatures. The present evidence indicates that ozone serves as a stratospheric shutter modulating both the incoming daytime visible solar energy flux and the Earth's night-time upward infrared radiation transferred downward.

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Zusammenfassung Der umgekehrte Effekt des gesamten Ozons auf die Tagesmaxima und -minima der Lufttemperatur ist einer der Gründe für die mißglückte Korrelation zwischen Sonnenaktivität und Oberflächenlufttemperatur, wie sie bis jetzt aus Tagesmittelwerten ermittelt wurde. Die sonnenabhängige Fluktuation im atmosphärischen Gesamtozon erwies sich als Ursache der genannten Korrelation zwischen Sonnenaktivität und täglichen Maxima und Minima der Lufttemperaturen andererseits. Damit wird darauf hingewiesen, daß Ozon als stratosphärischer Absorber sowohl für die tagsüber einfallende sichtbare Sonnenstrahlung als auch für die nächtliche, rücktransferrierte Erdinfrarotabstrahlung wirkt.

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With 1 Figure     

Measurement of solar UVB radiation in the English Midlands

Summary Measurements of solar radiation in the ultraviolet B band have been made at Sutton Bonington in the English East Midlands and relationships with more routinely measured meteorological variables have been established. On clear days, linear relationships have been found between the logarithm of irradiance and airmass and between the ratio of UVB to visible irradiance and the cosine of solar zenith angle. The ratio of diffuse to global radiation (D/I) in the UVB band is always greater than 0.5 and on clear days there is a linear relationship with (D/I) for the visible and full solar wave-bands, suggesting an effect of atmospheric turbidity. Such relationships may enable UVB exposures to be estimated without the need for special instrumentation.

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Messung der UVB-Sonnenstrahlung in Mittelengland

Zusammenfassung In Sutton Bonington in den East Midlands von England wurden Messungen der ultravioletten Sonnenstrahlung im B-Spektrum vorgenommen. Es wurden dabei Beziehungen zu routinemäßig gemessenen meteorologischen Variablen festgestellt.An klaren Tagen wurden lineare Beziehungen zwischen dem Logarithmus der Bestrahlung und der Luftmasse und zwischen dem Verhältnis von UVB zur sichtbaren Strahlung und dem Cosinus des Zenitwinkels der Sonne festgestellt. Das Verhältnis Himmelsstrahlung zu Globalstrahlung (D/I) im UVB-Spektrum ist immer größer als 0,5. An klaren Tagen besteht eine lineare Beziehung zu (D/I) für den sichtbaren und den vollen Wellenbereich des Sonnenlichtes, die den Eindruck einer atmosphärischen Trübung erzeugt. Solche Beziehungen machen es möglich, UVB-Bestrahlung ohne spezielle Instrumente abzuschätzen.

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With 6 Figures     

Statistical-climatological investigations concerning the heat content of air (enthalpy)

Summary The aim of this paper is to investigate the heat content of air (enthalpy) in a statistical-climatological manner. The knowledge of the heat content of air is useful especially for technical meteorology and air conditioning techniques.Enthalpy depends linearely on air temperature and water vapor pressure. Assuming that these factors are independent of each other and that the temperature follows a Gaussian distribution and the vapor pressure a Gamma distribution, it is possible to derive a theoretical distribution function. A critical examination of this independence for two observation stations (Hohe Warte, Vienna; 48° N, 16° E and Sonnblick; 47° N, 12° E) showed that there exists a linear relationship between temperature and vapor pressure at the selected 5%-level.Furthermore it was established that a Gaussian distribution or the sum of up to a maximum of three Gaussian distributions may be fitted to the empirical distribution of temperature. Contrary to the general assumption, it was not always possible to fit a Gamma distribution to the empirical distribution of vapor pressure.Taking into consideration the above-mentioned dependence, the enthalpy was interpreted as a linear transformation of temperature. Consequently, a Gaussian distribution or a sum of up to a maximum of three Gaussian distributions has been fitted to the empirical distribution of enthalpy. By this method, bimodal distributions may also be fitted. The Fisher-Test showed that this type of fitting may be considered significant at the 5%-level for all observation times except one at the investigated observation stations.

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Zusammenfassung Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, den Wärmeinhalt der Luft (Enthalpie) statistisch-klimatologisch zu untersuchen. Die Kenntnis des Wärmeinhalts der Luft ist besonders für die technische Meteorologie und die Klimatechnik von Bedeutung.Die Enthalpie setzt sich linear aus Temperatur und Dampfdruck zusammen. Nimmt man an, daß diese beiden Größen voneinander unabhängig sind und die Temperatur normalverteilt und der Dampfdruck gammaverteilt ist, so läßt sich eine theoretische Verteilungsfunktion ableiten. Die Überprüfung der Unabhängigkeit an zwei Beobachtungsstationen (Wien-Hohe Warte; 48° N, 16° E und Sonnblick; 47° N, 12° E) ergab einen linearen Zusammenhang zwischen den Ausgangsgrößen Temperatur und Dampfdruck auf dem gewählten 5%-Niveau. Außerdem wurde festgestellt, daß an die empirische Verteilung der Temperatur eine Normalverteilung oder die Summe von höchstens drei Normalverteilungen angepaßt werden kann. An die empirische Verteilung des Dampdruckes konnte nicht immer, wie üblicherweise angenommen wird, eine Gamma-Verteilung angepaßt werden.Unter Berücksichtigung der genannten Abhängigkeit wurde die Enthalpie als lineare Transformation der Temperatur aufgefaßt. Damit wurde an die empirische Verteilung der Enthalpie eine Normalverteilung oder die Summe von höchstens drei Normalverteilungen angepaßt. Mit dieser Methode lassen sich auch auftretende bimodale Verteilungen nachbilden. Der Test von Fisher ergab, daß diese Art der Anpassung für alle Termine an den untersuchten Beobachtungsstationen mit einer Ausnahme auf dem 5%-Niveau als insgesamt signifikant angesehen werden kann.

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With 1 Figure     

Equatorial westerlies over the Eastern hemisphere

Summary On the basis of extensive data of observations obtained by 272 aerological stations of the tropical zone and of radiosonde observations made in 16 Soviet oceanic expeditions the peculiarities of the equatorial westerlies in the Eastern hemisphere and their relationships with the entire mechanism of tropical circulation have been investigated. New data have been obtained on the structure, meridional extension, vertical distribution and velocity of the equatorial westerlies over Africa, the Indian ocean and the western part of the Pacific ocean. The relationship of equatorial westerlies with easterlies of the upper troposphere and with westerlies of middle latitudes is shown. In this context some features of monsoon circulation over the Guinea gulf, South-Eastern Asia and Northern Australia are discussed.Regularities of the annual migration of equatorial westerlies have been followed, the yearround existence of persistent westerlies in the lower troposphere near the equator being revealed. In order to look into the genesis and mechanism of existence of equatorial westerlies, the peculiarities of the many years distribution of cloudiness in the intertropical convergence zone (ITCZ) are considered using weather-satellite pictures presented in the US-catalogues. The features of zonal circulation in tropics are compared with the field of cloudiness of the ITCZ.

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Die äquatorialen Westwinde über der östlichen Hemisphäre

Zusammenfassung Auf Grund von umfangreichen Beobachtungsdaten von 272 Stationen in der Tropenzone und von Radiosondenbeobachtungen auf 16 sowjetischen ozeanischen Expeditionen sind die Eigenheiten der äquatorialen Westwindzone in der östlichen Hemisphäre und ihre Beziehungen zum ganzen Mechanismus der tropischen Zirkulation untersucht worden. Es sind neue Angaben über die Struktur, die meridionale Erstreckung, die vertikale Verteilung und die Geschwindigkeit der äquatorialen Westwinde über Afrika, über dem Indischen Ozean und über dem westlichen Teil des Pazifischen Ozeans gewonnen worden. Es wird die Beziehung der äquatorialen Westwinde zu den östlichen Winden der oberen Troposphäre und zu den Westwinden der mittleren Breiten gezeigt.In diesem Zusammenhang werden einige charakteristische Merkmale der Monsunzirkulation über dem Golf von Guinea, über Südost-Asien und über dem nördlichen Australien besprochen. Regelmäßigkeiten der jährlichen Verlagerung der äquatorialen Westwindzone sind verfolgt worden und die ganzjährige Existenz einer beständigen Westwindzone in der unteren Troposphäre nahe dem Äquator ist nachgewiesen worden. Um einen Einblick in die Entstehung und in den Mechanismus der Existenz äquatorialer Westwinde zu bekommen, sind die Besonderheiten der mehrjährigen Bewölkungsverteilung in der intertropischen Konvergenzzone (ITCZ) auf Grund der in den US-Katalogen veröffentlichten Wettersatelliten-Bilder in Betracht gezogen worden. Die Besonderheiten der zonalen Zirkulation in den Tropen sind mit den Bewölkungsfeldern der ITCZ verglichen worden.

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With 4 Figures     

Maximum entropy spectra of some rainfall and river flow time series from southern and central India

Summary Maximum Entropy Spectral Analysis (MESA) Method is a powerful alternative to the traditionally used Blackman Tukey (BT) and Fast Fourier Transform (FFT) Methods in hydrologic and climatologic time series analysis. Maximum entropy spectra of annual rainfall time series measured at Mangalore and Waltair and monthly flow time series of Godavari and Krishna Rivers in India are presented and compared with the spectra obtained by using BT and FFT methods. A recently developed Bayesian decision rule is applied to determine the length of filters in MESA. Sensitivity of the maximum entropy spectra to the length of filter used is also discussed.

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Zusammenfassung In hydrologischen und klimatologischen Zeitreihenanalysen stellt die Maximale Entropie Spektralanalyse (MESA) eine Alternative zur traditionellen Blackman-Tukey (BT) und schnellen Fouriertransformation (FFT) dar. Es werden die maximalen Entropiespektra der jährlichen Niederschlagszeitreihe in Mangalore und Waltair und die monatlichen Durchflußzeitreihen der Flüsse Godavari und Krishna (Indien) präsentiert und mit den Spektren, die man durch BT und FFT erhält, verglichen. Eine kürzlich entwickelte Entscheidungsregel wurde herangezogen, um die Filterlänge für MESA zu bestimmen. Der Einfluß der Filterlänge auf die maximalen Entropiespektra wird ebenfalls diskutiert.

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With 6 Figures     

Air-sea fluxes over the global oceans during the FGGE year

Summary Vertical fluxes of momentum, sensible and latent heat have been estimated over the surface of the global oceans. A three-dimensional mesh grid 32 longitude points, 17 latitude points and 365 days from December 1, 1978 to November 30, 1979 is used to obtain seasonal and annual mean values of the surface fluxes. The global climatology shows the seasonal variation, the continental influence, the principal ocean currents and the typical middle latitude (30°–50°) and tropical effects (30°S–30°N). The annual mean of latent heat shows greater flux over the subtropical regions (~ 280 W/m²) than in the polar regions (~ 80 W/m²). On the other hand, the annual mean of sensible heat shows greater flux over the polar regions (~ 100 W/m²) than in the tropics (~ 40 W/m²). Time series analyses of the daily estimates of the surface fluxes show greater energy at high frequencies due to the surface effect; however, the low-frequency spectra show relatively high energy at the 30- to 50-day mode, especially for the middle latitude regions. The 30–50 day filtered data for the surface fluxes, presented in time/latitude cross-sections for the middle latitude regions show a westerly wave propagation with wave numberK = 2 and phase speed of the order of 12 degrees/day from June to August over the southern hemisphere at 55°S.

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Zusammenfassung Die vorliegende Studie beschäftigt sich mit der Einschätzung der vertikalen Impuls-Flüsse und der Flüsse von sensibler und latenter Wärme über der gesamten Meeresoberfläche. Ein dreidimensionales Gitter mit 32 × 17 Punkten und Daten von 365 Tagen (von 1. 12. 1978 bis 30. 11. 1979) wird benutzt, um sowohl Jahreszeiten als auch Jahresmittelwerte der Oberflächenflüsse zu erhalten. Die globale Klimatologie zeigt die jahreszeitlichen Schwankungen, den kontinentalen Einfluß, die wichtigsten Meeresströmungen und die typischen Effekte der mittleren Breiten (30°–50°) und der Tropen (30°S–30°N). Das Jahresmittel latenter Wärme weist größere Flüsse über subtropischen Regionen (ca. 280 W/m²) als über polaren Regionen (ca. 80 W/m²) auf, während andererseits das Jahresmittel sensibler Wärme über Polarregionen (ca. 100 W/m²) größere Flüsse als über den Tropen (ca. 40 W/m²) aufweist. Zeitreihen-Analysen der täglichen Schätzwerte von Oberflächenflüssen deuten auf mehr Energie bei hohen Frequenzen aufgrund des Oberflächeneffekts hin; in jedem Fall zeigen die Niederfrequenz-Spektren relativ hohe Energie in den 30 – 50-Tage-Perioden, besonders für mittlere Breiten. Die über einen Zeitraum von 30 – 50 Tagen gesammelten Daten der Oberflächenflüsse dargestellt in Zeit-Breiten-Querschnitten für mittlere Breiten zeigen von Juni bis August über der südlichen Hemisphäre bei 55°S eine Ausbreitung der westlichen Wellen mit der WellenzahlK = 2 und einer Phasengeschwindigkeit im Ausmaß von 12° pro Tag.

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With 7 Figures     

A study of isobaric temperature differences over Alaska

Summary Daily isobaric temperature differences, for the 10 year period from June 1960 to May 1970, were computed for the following pairs of upper air stations in the Alaskan area: Anchorage—Fairbanks, Fairbanks—Nome, Fairbanks—Barrow, and St. Paul Island—Nome.The frequencies of changes of sign of temperature differences and frequencies of negative values were computed from day to day tabulations by months and by seasons. The distributions of these values with elevation are discussed.Since the temperature distribution in the atmosphere is also an indication of atmospheric circulation, the daily isobaric temperature differences were correlated for every station pair for different levels. The isobaric temperature differences at 700 and 500mb levels show the best correlation for all four pairs. In the great majority of cases the correlation coefficients for isobaric temperature differences at 700 and 100mb (lower stratosphere) levels are larger than those for the 700 and 300mb levels. The same holds for the 500 and 100mb levels in comparison to the 500 and 300mb levels.The distribution of correlation coefficients by months, seasons and years is discussed.

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Untersuchung der isobaren Temperaturdifferenzen über Alaska

Zusammenfassung Für zehn Jahre (Juni 1960 bis Mai 1970) wurden die täglichen isobaren Temperaturdifferenzen in den 700-, 500-, 300- und 100mb-Flächen über Alaska zwischen folgenden Stationspaaren berechnet: Anchorage—Fairbanks, Fairbanks—Nome Fairbanks—Barrow und St. Paul Island—Nome.Es wurden die Häufigkeiten der Vorzeichenänderungen und auch die Häufigkeiten der negativen Werte der täglichen Temperaturdifferenzen für die Monate und für die Jahreszeiten bestimmt. Die Verteilung dieser Werte mit der Höhe wird für die Stationspaare besprochen.Da die Verteilung der Temperatur in der Atmosphäre auch die Richtung der atmosphärischen Zirkulation andeutet, wurden die täglichen isobaren Temperaturdifferenzen für jedes Stationspaar für verschiedene Höhen korreliert. Die besten Korrelationen ergaben für alle Paare die Temperaturunterschiede im 700- und im 500mb-Niveau. Die Korrelationskoeffizienten für die isobaren Temperaturunterschiede im 700mb- und im 100mb-Niveau sind im allgemeinen größer als die Korrelationskoeffizienten für die isobaren Temperaturunterschiede im 700- und im 300mb-Niveau. Dasselbe gilt auch für die Korrelation zwischen den 500- und 100mb-Niveaus im Vergleich zur Korrelation zwischen den 500- und 300mb-Niveaus.Die monatlichen, jahreszeitlichen und jährlichen Verteilungen der Korrelationskoeffizienten werden besprochen.

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With 1 Figure     

Further results of the analysis of central England temperature data

Summary Central England temperature data for 1659–1986 are analysed using a new procedure for separating the trend from monthly mean temperatures. The method has been developed without any important assumption relating to the trend function. The monthly trends are illustrated. It is suggested that a general warming tendency underlies various cooling and warming periods. Several autoregressive-moving average (ARMA) processes have been fitted to the stationarized time series of which an ARMA (2, 1) process proved to be the most appropriate model. Calculations on the data after adjustment to remove non-linear trends show much lower autocorrelations of yearly and individual monthly mean temperatures than estimated before.

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Zusammenfassung In vorliegender Studie werden Temperaturdaten von Mittelengland des Zeitraums 1659 bis 1986 unter Zuhilfenahme eines neuen Verfahrens zur Trennung von Trend und Monatsmittel analysiert. Die Methode wurde ohne besondere Annahme für die Temperaturtrendfunktion entwickelt. Die Monatstrends werden illustriert. Daraus ergibt sich eine allgemeine Tendenz der Erwärmung, der Perioden der Abkühlung und der Erwärmung überlagert sind. Verschiedene Verfahren mit autoregressiven gleitenden Mitteln (ARMA) wurden an die stationären Zeitserien angepaßt, wobei sich ein bestimmter ARMA-Prozeß (2, 1) als besonders geeignet erwies. Nach einer Anpassung durch Entfernung der nichtlinearen Trends ergaben die Berechnungen weit niedrigere Autokorrelationen der jährlichen und monatlichen Temperaturmittelwerte als bislang angenommen.

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With 6 Figures     

A simplified hydrodynamic mesoscale model suitable for use over high plateau regions

Summary A simplified hydrodynamic primitive equation model in -coordinates is described. This model includes the main physical processes that influence development and motion of mesoscale vortices over plateau regions: elevated terrain effects, effects of large-scale and synoptic-scale systems on the mesoscale systems, sensible heating from the earth's surface, moisture cycle and condensation heating released by both large-scale stable precipitation and cumulus convective precipitation, evaporation and the feedback effect of precipitation on evaporation, friction in the planetary boundary layer, horizontal diffusion by subgrid scale eddies and vertical eddy flux of meteorological elements (momentum, temperature, moisture, etc.) due to turbulence, cumulus convection and other smaller-scale physical processes. The model incorporates observed data as much as possible and equations are simplified so that it may be run using either a high-speed computer or a desktop computer.Two developing vortices that originated over the Qinghai-Xizang (Tibet) Platau and moved eastward producing heavy precipitation over the lower elevations are used to test the model. It is shown that the model is capable of simulating the major features of the vortices including the precipitation distribution and may be used for studies of mesoscale and synoptic scale weather systems over plateau regions.

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Ein vereinfachtes für hochländer geeignetes hydrodynamisches mesoscale-modell

Zusammenfassung Es wird ein vereinfachtes hydrodynamisches Grundgleichungsmodell in -Koordinaten be schrieben. Dieses Modell beinhaltet die wichtigsten physikalischen Prozesse, die die Entwicklung und Bewegung von mesoskaligen Wirbeln über Hochplateaus beeinflussen: Effekte der Hochfläche, Effekte von großräumigen und synoptischen Systemen, die fühlbare Wärme von der Erdoberfläche, den Feuchtigkeitskreislauf und die Kondensationswärme, sowohl von großräumigen als auch von Konvektionsniederschlägen, die Evaporation und die Beeinflussung der Evaporation durch den Niederschlag, die Reibung in der planetaren Grenzschicht, die horizontale Diffusion durch Turbulenzen, die kleiner als die Gitterkonstante sind und den vertikalen Fluß meteorologischer Elemente (Impuls, Temperatur, Feuchte etc.) durch Turbulenzen, Konvektion und andere kleinräumige Prozesse. In das Modell sind die Beobachtungswerte weitestgehend integriert und die Gleichungen soweit vereinfacht, daß es sowohl auf einem Hochleistungs- als auch auf einem Mikrocomputer laufen kann.Zum Testen des Modells wurden zwei sich entwickelnde Wirbel verwendet, die vom Qinghai-Xizang-Plateu (Hochland von Tibet) ausgingen, sich ostwärts bewegten und dabei zu schweren Niederschlägen in den Tiefländern führten. Es wird gezeigt, daß das Modell die wichtigsten Eigenschaften der Wirbel und die Niederschlagsverteilung simulieren und für Untersuchungen von mesoskaligen und synoptischen Wettersystemen über Hochländern herangezogen werden kann.

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With 18 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     

Observed energy flux anomalies during MONEX-79 over the Bay of Bengal

Summary The dominant surface energy budget parameters, namely the net radiation fluxes, must be precisely known for an understanding of southwest monsoon behaviour and the early stages of formation of a meteorological system, i.e. trough, low pressure, depression, cyclone etc., and break monsoon conditions over the Bay of Bengal region. The data measured during the MONEX-79 period from July 16–31 are used in order to study the fluctuations of energy fluxes and the net radiation in the month of July over the region. During this period the total energy flux is increasing from South to North with a maximum over the head of the Bay. However, the fluctuation of net radiation is not significant. There is an outstanding increase in the energy flux with anomalies of values 240 W/m².

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Zusammenfassung Für das Verständnis des Südwestmonsuns und für die Entwicklung eines meteorologischen Systems, wie Trog-Tiefdruck-Depression-Zyklone etc., sowie für die Bedingungen des Monsunendes über der Bengalischen Bucht, ist das genaue Wissen um die wichtigen Parameter der Energiebilanz an der Oberfläche, insbesondere der Strahlungsbilanz und der anderen Energieflüsse, unverzichtbar. Die Beobachtungsdaten vom 16.–31. Juli während MONEX-79 werden zum Studium der Energieflußfluktuationen und der Strahlungsbilanz für Juli in diesem Gebiet herangezogen. In dieser Periode nahm die Energieflußsumme nach Norden zu, mit einem Maximum über dem nördlichsten Teil der Bucht, während die Fluktuation der Strahlungsbilanz unbedeutend blieb. Trotzdem zeigt sich eine bedeutende Erhöhung des Energieflusses von bis zu 240 W/m².

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With 2 Figures     

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

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

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

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With 3 Figures     

Untersuchung über Schwankungen der Winterniederschläge in Deutschland

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

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

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

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Mit 6 Textabbildungen.     

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     

On the predictability of low-level flow during ALPEX

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

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Über die Voraussagbarkeit von bodennahen Strömungen während ALPEX

Zusammenfassung Das Anwachsen der Fehler auf Grund anfänglich unsicherer Zustände ist ein Charakteristikum globaler Vorhersagemodelle. Diese Beschränkung ist nicht vorhanden oder stark vermindert in Vorhersagen für begrenzte Gebiete. Die verbesserte regionale Vorhersagbarkeit wird gegenwärtig an einem Grenzschichtmodell untersucht, welches auf einen Teil Europas mit den Alpen im Zentrum angewandt wird. Die Ergebnisse sind auffallend im empfindlich gegenüber den Anfangsdaten. Eine qualitative Erklärung dafür kann anhand der Vorhersagbarkeitsanalyse von Thompson (1957) und Lorenz (1969) durchgeführt werden. Die hohe Vorhersagbarkeit regionaler Modelle erscheint als Ergebnis der überwältigenden Rolle, die die Vorgabe der äußeren Ränder in diesem Problem spielt. In Fällen, wo Dirichlet-Randbedingungen an der Peripherie des begrenzten Vorhersagegebietes aufgezwungen werden, erfolgt die Bestimmung der großräumigen Strömungskomponenten inklusive des größten Teils der advektierenden Strömung, unabhängig von der internen Dynamik und den Wirbelfluktuationen. Diese Bedingung fördert das Anwachsen von Unsicherheiten nicht.Die einfachste Lockerung dieser Beschränkung wird durch Einführung von Neumann-Randbedingungen mit der Vorhersagevariablen ohne Gradienten an den äußeren Rändern erreicht. In diesem Fall hängen die Randwerte vollständig von der Vorhersage im Inneren ab und es besteht kein theoretischer Grund, eine Beschränkung des Fehlerwachstums zu erwarten. Dennoch zeigen die gegenwärtigen Ergebnisse, daß die einzigen wesentlichen Vorhersagefehler in Zusammenhang mit Anfangsunsicherheiten in diesen Fällen auf den Randbereich beschränkt sind. Eine Erklärung dieses Phänomens und seine Allgemeingültigkeit wird diskutiert. Unsere Vorhersageergebnisse und die Analyse der Fehlerausbreitung von den Rändern aus legt nahe, daß die topographie die lokale Vorhersagbarkeit verbessern kann.Obwohl die Vorhersagbarkeit eines regionalen Grenzschichtmodells in bezug auf die verhältnismäßig großen Anfangsfehler hoch ist, ist dies nicht so in bezug auf die großen Unsicherheiten in der Wiedergabe der Topographie und der Oberfläche sowie Strahlungs- und dissipativer Effekte. Wesentliche Variationen der Parametrisierung dieser Prozesse durch Änderungen der Modellgleichungen erzeugen Divergenzen in den Grenzschichtlösungen, die sich schon in einem Tag verdoppeln. Das Wachstum der Unsicherheit verbunden mit kleineren (und realistischeren) Störungen dieser Prozesse bleibt noch zu untersuchen.

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With 14 Figures     

Experimentelle Untersuchungen über die Wasserausscheidung des Goldhamsters und ihre Beeinflussung durch meteorologische Vorgänge

Zusammenfassung Bei der Bestimmung der täglich von Goldhamstern ausgeschiedenen Harnmenge wurden Schwankungen beobachtet, die nicht von einem vorhandenen Tages- oder Jahresrhythmus der Hamster verursacht sein können. Diese Schwankungen traten stets bei allen Tieren, die sich im Versuch befanden, gleichmäßig auf, obwohl sie stets unter konstanten Bedingungen gehalten wurden. Dabei wurde festgestellt, daß sich nur der Wassergehalt des Harnes und damit die Konzentration änderte, während die Menge der ausgeschiedenen festen Stoffe gleich blieb. Die Ursache für diese Mengenschwankungen des Harnes konnte in einer Beeinflussung der Wasserausscheidung durch meteorologische Vorgänge gefunden werden, und zwar wurde festgestellt, daß der Wechsel zwischen einer hauptsächlich durch tagesrhythmische Strahlung bestimmten Witterung und einer vorwiegend durch aperiodisch überlagerte Advektiveinflüsse bestimmten Wetterlage eine statistisch gesicherte Wirkung auf den Organismus ausübt. Dagegen konnte eine Beziehung zu einem einzelnen Wetterelement nicht festgestellt werden.

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Summary With the determination of the urine quantity daily secreted by gold-hamsters, variations have been registered, which cannot likely be caused by an existing daily or annual rhythm of hamsters. These variations have shown a uniform shape with all animals experimented with, though having been kept under constant conditions. It could be found that only the water-percentage of the urine and with it the concentration varied, while the quantity of secreted solid particles remained unchanged. The cause for these variations of the urine quantity could be traced in an influence of the meteorological situation on the water secretion; it has been stated that the change between a weather condition, which is mainly determined by the diurnal rhythm of radiation, and one mainly determined by superimposed aperiodical advective influences, shows an effect on the organism which is statistically significant. A relation, however, to a particular weather element could not be traced.

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Résumé En déterminant la quntité d'urine journalière secrétée par des hamsters dorés, on a observé des variations qui ne pouvaient provenir d'un rythme journalier ou annuel propre aux hamsters Ces variations ont été observées uniformément chez tous les animaux avec lesquels on fit les expériences, bien qu'ils aient été soumis à des conditions constantes. On a remarqué que seul le pourcentage en eau, donc la concentration de l'urine variait, tandis que la quantité de matière solide restait la même. En outre, on a pu constater que ces variations de la quantité d'urine étaient causées par l'influence des conditions météorologiques sur la secrétion d'eau. Ainsi, on a observé que le changement d'une situation déterminée principalement par le rythme diurne du rayonnement à une situation déterminée surtout par des influences advectives apériodiques superposées, produisait un effet sur l'organisme; cet effect est significant au point de vue statistique, mais il n'a pas été possible d'établir une relation avec un élément météorologique déterminé.

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Mit 11 Textabbidlungen

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Nach einer Dissertation der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität München, 1956.     

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     

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     

On the mesoscale distribution of precipitation deficits

Summary Minor shifts in the pattern of the general circulation frequently result in the development of a mosaic of localized wet and dry patches, creating regions of mesoscale drought. A method of identifying the spatial pattern of such droughts is developed, using the conditional probability of adjacent stations experiencing precipitation deficits simultaneously. The method was tested using seasonal data for the eastern portion of North Carolina, U.S.A. The resulting patterns can be related to the synoptic climatology of the area. Summer reveals numerous small areas of precipitation deficit, while the other seasons have larger deficit areas which reflect changing depression tracks, coastal influences, and rainshadow effects. Comparison of the results with the commonly used Palmer Drought Severity Index indicates that the latter is an appropriate measure only when drought is widespread, and cannot be used to identify mesoscale droughts. The present method allows identification of areas prone to mesoscale drought, suggests causal mechanisms, and provides a basis for monitoring the development of such droughts.

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Zusammenfassung Geringfügige Verschiebungen der allgemeinen Zirkulation führen oft zur Entstehung quasi eines Mosaiks feuchter und trockener Flecken, wobei sich im Mesoscale Dürregebiete bilden.Mit Hilfe der bedingten Wahrscheinlichkeit, an Nachbarstationen gleichzeitig Niederschlagsdefizite festzustellen, wurde eine Methode entwickelt, das räumliche Muster dieser Dürre zu beschreiben. Diese Methode wurde anhand jahreszeitlicher Daten für den Osten North Carolinas (USA) erprobt. Die daraus resultierenden Verteilungsmuster können mit der synoptischen Klimatologie des Gebietes in Beziehung gebracht werden. Im Sommer verzeichnet man zahlreiche kleine Gebiete mit Niederschlagsdefiziten, während in den anderen Jahreszeiten größere Trockengebiete auszumachen sind, die die unterschiedlichen Zugbahnen der Tiefdruckgebiete, Küsteneinflüsse und Regenschatteneffekte widerspiegeln. Ein Vergleich mit dem üblicherweise verwendeten Palmer Drought Severity Index zeigt, daß letzterer nur ausgedehnte Trockenheiten im geeigneten Maß darstellt, die Identifikation von Dürre im Mesoscale jedoch nicht zuläßt. Die vorliegende Methode erlaubt eine Identifikation jener Gebiete, die für mesoskale Dürre predästiniert sind, gibt ein Bild der kausalen Zusammenhänge und schafft damit die Grundlage zur Beobachtung der Entstehung solcher Trokkenheiten.

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With 6 Figures     

Temperature inversion buildup in Colorado's Eagle Calley

Summary The development of temperature inversion and wind structure in Colorado's Eagle Valley was investigated by means of tethered balloon ascents made during the late aftermoon and evening of 15 October 1978. Strong cooling of the valley atmosphere began after 1630 MST. The mean rate of energy loss from a 1 m-thick cross section of the valley atmosphere during the 4 h period of observations was 1.23 MW. The zone of maximum rate of energy loss propagated upwards from the valley floor after 1630 MST and was accompanied by distinctive structures in both the temperature and wind fields. Transport of cold air in the downslope flows over the sidewalls is thought to play a major role in causing the rapid growth (250 m/h) in temperature insersion depth and the strong cooling of the atmosphere in the early stages of the evening transition period.

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Der Aufbau einer Temperaturinversion im Eagle Valley von Colorado

Zusammenfassung Die Entwicklung von Temperaturinversion und Windstruktur im Eagle Valley von Colorado wurde mittels Fesselballonaufstiegen untersucht. Diese Ballonaufstiege wurden am späten Nachmittag und Abend des 15. Oktober 1978 durchgeführt. Nach 1630 MST setzte eine starke Abkühlung der Talatmosphäre ein. Die mittlere Rate des Energieverlustes während des vierstündigen Beobachtungszeitraumes von einem 1 m starken Querschnitt der Talatmosphäre war 1.23 MW. Die Zone der maximalen Energieverlustrate breitete sich nach 1630 MST vom Talboden nach oben aus, wobei sie von charakteristischen Temperatur- und Windfeldstrukturen begleitet wurde. Man nimmt and, daß der Transport von kalter Luft in den Abhangströmungen über die Seitenwände bei der Verursachung des raschen Anwachsens (250 m/h) der Mächtigkeit der Temperaturinversion und der starken Abkühlung der Atmosphäre in den frühen Stadien der abendlichen Übergangsperiode eine bedeutende Rolle spielt.

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With 5 Figures

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Contribution no. PNL-SA-13718. A slightly modified version of a paper presented at the American Meteorological Society's Second Conference on Mountain Meteorology at Steamboat Springs, Colorado, in November 1981.