The summer radiation and heat budget of the Arctic and Antarctic

Summary For two pairs of arctic and antarctic stations, one coastal and one mountainous, an intercomparison between the summer radiation and surface energy budgets was carried out. The station pairs were similar in both latitude and altitude. It was found that the global radiation was larger for both antarctic stations. This is the result of a smaller Earth-Sun distance and cleaner atmosphere in Antarctica. Cloudiness, and for the arctic mountainous station substantial screening of the sun, also contributed. Further, large differences were found in the albedo. In the Arctic, the summer surfaces considered were bare tundra and melting snow, with respective albedos of 20 and 59%, while in Antarctica the surfaces considered were melting and dry snow, with albedos of 67 and 83% respectively.This results in a less positive radiation balance at both antarctic stations, despite the higher incoming global radiation. In turn, less sensible heat transfer from the surface to air results in lower temperatures in the Antarctic. The reduced rate of evaporation in Antarctica results in a drier atmosphere and less cloudy conditions.

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Zusammenfassung Für jeweils zwei arktische und antarktische Stationen, von denen jeweils eine an der Küste, eine in den Bergen liegt, wurden Vergleiche in bezug auf sommerliche Strahlungs- und Oberflächenenergiebilanz angestellt. Die Stationen liegen auf vergleichbarer Höhe und Breite. Es hat sich gezeigt, daß die Gesamt-Einstrahlung in den antarktischen Stationen größer war, aufgrund geringerer Erde-Sonnen-Distanz und der reineren Atmosphäre. Bewölkung und vor allem die für die arktischen Gebirgsstationen ausschlaggebende Sonnenabschirmung tragen auch zu dieser Differenz bei. Weiters wurden starke Albedounterschiede beobachtet. In der Arktis waren die Beobachtungsoberflächen im Sommer offene Tundra und schmelzender Schnee mit einer Albedo von 20 bzw. 59%, während die Antarktisoberflächen, nasser und trockener Schnee, eine Albedo von 67 bzw. 83% aufwiesen.Dies ergibt eine weniger positive Strahlungsbilanz für die beiden antarktischen Stationen trotz höherer Gesamteinstrahlung. Infolgedessen bewirkt die geringere Wärmeabgabe des Bodens an die Luft niedere Temperaturen in der Antarktis. Geringere Verdunstung ergibt somit geringere Bewölkung und eine trockenere Atmosphäre über der Antarktis.

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With 5 Figures     

On the estimation of long-wave radiation flux from clear skies

Summary Data from measurements of long-wave radiation at Barcelona were used to test the validity of several methods for computing this component of the radiation balance in clear sky conditions.Two types of formulae, the analytically derived formulae of Swinbank and Brutsaert 1 and 2 and the empirically obtained formulae of Brunt, Idso and Jackson and Idso 1 and 2 were used in the test.Most of these methods are derived for a particular location and utilize local empirical coefficients. However, there are several which have been considered more universal.Estimates by the two methods give approximately the same value when the screen level air temperature is above 0°C.In addition, the test for temperatures below 0°C shows several discrepancies between the observed and estimated values of long-wave atmospheric radiation. This fact suggests that modifications may be needed for both analytical and empirical formulae. However, since we have few measurements in the temperature regime below 0°C, this statement cannot be justified as a conclusion of this study.

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Zusammenfassung Es werden Daten der langwelligen atmosphärischen Strahlung bei Barcelona herangezogen, um verschiedene Methoden zur Bestimmung dieser Komponente der Strahlungsbilanz bei klarem Himmel zu vergleichen. Dazu werden zwei unterschiedliche Formeltypen, die analytischen nach Swinbank und Brutsaert (1 und 2) und empirische nach Brunt, Idso und Jackson sowie Idso (1 und 2) benützt.Von diesen Methoden wurden die meisten für einen bestimmten Ort entwickelt und verwenden daher lokale empirische Koeffizienten. Allerdings gibt es einige, die als allgemein verwendbar angesehen werden.Für beide Typen der Abschätzung ergeben sich für Lufttemperaturen über 0°C im Hüttenniveau ähnliche Werte. Bei Lufttemperaturen unter 0°C zeigen sich jedoch einige Unterschiede zwischen den beobachteten und geschätzten Werten der langwelligen atmosphärischen Strahlung. Das legt nahe, die Koeffizienten sowohl für die analytischen als auch die empirischen Formeln anzupassen. Leider war das auf Grund des geringen Datenmaterials bei Temperaturen unter 0°C innerhalb dieser Untersuchung nicht möglich.

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With 2 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     

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     

Albedo investigations in Labrador-Ungava

Summary The author has prepared a map of the summer albedo of Labrador-Ungava by combiningHare's published map of vegetation covertypes and the results of estimates of albedo obtained from airborne measurements of incoming and reflected solar radiation. Attention is called to: (1) the problem of measuring surface reflectivity with an instrument of almost full hemispherical vision; (2) the poor relationship between visual impressions of albedo and determinations in forest areas; (3) the relation between albedo value and solar altitude in the case of water surfaces also considering the effect of surface disturbance; (4) the markedly higher albedo values for all surfaces under diffuse radiation than under direct sunlight due mainly to the effect of shadowing by surface irregularities; and (5) the need for albedo data for winter months together with maps for the effective outgoing longwave radiation for summer and winter.

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Zusammenfassung Auf Grund einer Kombination der Ergebnisse von Flugzeugbestimmungen der Albedo mitHares Karte der Vegetationstypen wird eine Karte der sommerlichen Albedo für das Gebiet von Labrador-Ungava aufgestellt. Dabei wird speziell auf folgende Punkte hingewiesen: 1. auf die Notwendigkeit, für Messungen des Oberflächenreflexionsvermögens ein Instrument mit angenähert hemisphärisch freier Empfangsfläche zu verwenden; 2. auf die geringe Übereinstimmung zwischen visuellem Eindruck und Meßergebnis bei Albedobestimmungen in Waldgebieten; 3. auf die Beziehung zwischen Albedowert und Sonnenhöhe über Wasserflächen unter der Oberflächenrauheit; 4. auf die merklich höheren Albedowerte bei diffuser Strahlung gegenüber gerichteter Strahlung für alle Oberflächen, was vorwiegend auf Beschattung durch Flächenunregelmäßigkeiten zurückzuführen sein dürfte; 5. auf die Notwendigkeit, diese Untersuchung durch Albedowerte für die Wintermonate und durch Karten der effektiven langwelligen Ausstrahlung für Sommer und Winter zu ergänzen.

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Résumé L'auteur a établi une carte de l'albedo d'été du Labrador-Ungava. Pour ce faire, il combine la carte des types de végétation publiée parHare aux résultats d'estimations de l'albedo. Ces estimations proviennent de mesures de la radiation solaire reçue et réfléchie effectuées à bord d'un avion. L'auteur attire l'attention du lecteur: 1) sur la nécessité d'utiliser un instrument ayant une surface libre de réception approximativement hémisphérique pour la mesure des propriétés de réflexion d'une surface, 2) sur la faible relation existant, en terrain boisé, entre les impressions visuelles et la mesure de l'albedo, 3) sur la relation entre la hauteur du soleil sur l'horizon et l'albedo d'une surface d'eau à condition de tenir compte des effets résultant des troubles subis par la dite surface, 4) sur les valeurs beaucoup plus élevées de l'albedo obtenues par lumière diffuse que sous le rayonnement direct du soleil et cela quelle que soit la nature de la surface considérée — ceci est sans doutes dû aux ombres portées par des irrégularités de la dite surface — et, enfin, 5) sur la nécessité de compléter ces données par des valeurs de l'albedo en hiver d'une part et, d'autre part, par des cartes de l'émission effective sous forme de longues ondes tant en été qu'en hiver.

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With 5 Figures     

Clear sky ultraviolet-B radiation in the English Midlands: A comparison of measured and modelled values

Summary Spectral measurements were made of solar ultraviolet-B (UVB) irradiance at Sutton Bonington (52° 50N, 1° 15W) under cloudless skies using a Licor LI 1800 scanning spectroradiometer. The finite bandpass of the instrument and the steep shape of the UVB spectra caused overestimation of irradiance at short wavelengths. Spectra were corrected mathematically for these effects.The corrected spectra were compared to estimates of global UVB irradiance as a function of zenith angle and amount of ozone. Comparisons were made at 300 nm, 310 nm and 320 nm. Estimates were significantly greater (p = 0.05) than the measurements except at 320 nm where differences were not significant. The differences may have been the result of overestimation of UVB at short wavelengths, since some of the assumptions on which the estimates were based may not be valid for Sutton Bonington conditions.

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Zusammenfassung Unter wolkenlosem Himmel wurden in Sutton Bonington (52° 50N, 1° 15W) mittels eines Licor LI 1800 Spektroradiometer-Scanners Spektralmessungen von Ultraviolett-B (UVB)-Strahlung durchgeführt. Die endliche Bandbreite des Instruments und der steile Anstieg der UVB-Spektren führten zu einer Überschätzung der Strahlung im kurzwelligen Bereich. Die Spektren wurden in dieser Hinsicht mathematisch korrigiert.Die korrigierten Spektren wurden mit den Schätzwerten der globalen UVB-Strahlung — als Funktion von Zenithwinkel und Ozonmenge — bei 300nm, 310nm und 320nm verglichen. Hiebei erwiesen sich die Schätzwerte wesentlich höher (p = 0,05) als die Meßwerte, nur bei 320nm waren die Unterschiede nicht signifikant. Die Unterschiede könnten aus der Überschätzung von UVB im kurzwelligen Bereich resultieren, da einige der Schätzungsvoraussetzungen auf die Bedingungen in Sutton Bonington nicht zutreffen dürften.

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On leave from Department of Agronomy and Soils, Washington State University, Pullman, WA, U.S.A.

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With 4 Figures     

Zur Albedomessung auf Gletschern

Zusammenfassung Auf Grund gleichzeitiger Messungen der Gletscheralbedo mit einem Solarimeter und einem Selen-Photoelement wird versucht, bei verschiedenen Strahlungsbedingungen eine Beziehung zwischen den mit beiden Empfängern gemessenen Albedowerten zu finden. Bei bedecktem Himmel ohne Sonne werden annähernd gleiche Albedowerte gemessen; bei heiterem Himmel weist ihr Verhältnis einen ausgeprägten Tagesgang auf, wobei um Mittag mit dem Photoelement ein um etwa 25% größerer Wert der Albedo festgestellt wird als mit dem Solarimeter. Albedobestimmungen, die nach diesen zwei Methoden ausgeführt wurden, sind daher nicht unter allen Bedingungen miteinander vergleichbar.

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Summary On the basis of simultaneous measurements of glacier albedo with a solarimeter and a selenium photo-element the author is trying to find a relation between the albedo values measured with the two receivers under different radiation conditions. Approximately equal values of albedo are found with overcast sky without sun; their relation shows on the other hand a pronounced daily course with clear sky, whereby the photo-element yields at noon an albedo value higher than that of the solarimeter by about 25%. Determinations of albedo carried out according to these two methods are thus not comparable under every condition.

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Résumé On a mesuré l'albédo d'un glacier simultanément au moyen d'un solarimètre et d'une cellule photoélectrique au sélénium. On essaie alors d'établir la relation existant entre les valeurs de l'albédo résultant des relevés de ces deux instruments et cela dans des conditions diverses de rayonnement. Ces valeurs sont à peu près égales par ciel couvert et sans soleil. Par ciel serein, le rapport présente par contre une évolution diurne marquée. Dans ce cas, les valeurs fournies par la cellule à midi sont de 25% supérieures à celles du solarimètre. Les mesures de l'albédo faites au moyen de ces deux instruments ne sont donc pas comparables entre elles dans toutes les conditions de nébulosité.

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Mit 2 Textabbildungen     

On the estimation of surface radiation using satellite data

Summary Model calculations are used to investigate the uncertainties in the surface radiative flux empirically derived from satellite radiation measurements and theoretically calculated from radiation models using satellite-inferred cloud parameters. The empirical approach depends upon how well the satellite-measured radiances (represented here by the top-of-the-atmosphere flux) correlate with the net flux at the surface. The model calculations show that while the TOA flux and the net surface flux are correlated with respect to changes in optical thickness, they are not correlated with respect to changes in cloud height and negatively correlated with respect to changes in water vapor content. It is also found that the solar zenith angle has a strong effect on these relationships. It is, therefore, important to correct for the effects of atmospheric water vapor content and the solar zenith angle in the empirical estimation of surface radiative flux.The theoretical approach depends upon the net effect of the uncertainty in satellite-inferred cloud parameters. In the solar spectral region, the effects of the uncertainty in satellite retrieval of could cover and optical thickness on the net downward surface flux are systematically in opposite directions, so that the combined effects is typically small (< 7 Wm^–2). In the thermal infrared region, an error of 7 Wm^–2 could be induced by an uncertainty of 100 mb in the cloud-base height or an uncertainty of 0.1 in the fractional cloud cover. As opposed to what is commonly perceived, the error in the surface flux is likely to be larger in the IR region than in the solar spectral region.

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Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit werden mit Hilfe von Modellberechnungen die Unsicherheiten in den durch Satellitenmessungen empirisch gewonnenen Strahlungsflüssen an der Oberfläche und jene, die bei der Benützung von Strahlungsmodellen, die auf mit Satelliten abgeleiteten Wolkenparametern beruhen, verglichen. Die Gültigkeit des empirischen Näherungsverfahren ist davon abhängig, wie sehr die vom Satelliten gemessene Strahlung (im weiteren als top-of-the-atmosphere flux — TOA — bezeichnet) mit dem Nettostrahlungsfluß an der Oberfläche korreliert. Die Modellberechnungen zeigen, daß TOA-Fluß und Nettostrahlungsfluß an der Oberfläche zwar in bezug auf Änderungen der optischen Dicke, nicht aber in bezug auf Änderungen der Wolkenhöhe korreliert sind, während sie in bezug auf Veränderungen des Wasserdampfgehalts negativ korreliert sind. Es zeigt sich weiters, daß der Zenithwinkel der Sonne einen wesentlichen Einfluß auf diese Zusammenhänge hat. Daher ist es wichtig, die Auswirkungen des atmosphärischen Wasserdampfgehalts und des Sonnenzenithwinkels in den empirischen Berechnungen des Strahlungsflusses an der Oberfläche zu korrigieren.Der theroretische Ansatz ist abhängig vom Einfluß der Unsicherheiten der satellitenermittelten Wolkenparameter. Im solaren Spektralbereich wird der zur Oberfläche gerichtete Nettofluß durch die Unsicherheiten in der satellitenermittelten Wolkendecke und der optischen Dicke systematisch in entgegengesetzter Richtung beeinflußt, so daß der gemeinsame Effekt im allgemeinen gering bleibt (< 7 Wm^–2). Im thermischen Infrarotbereich kann ein Fehler von 7 Wm^–2 durch eine Unsicherheit von 100 mb in der Wolkenbasishöhe oder von 0.1 in der Bedeckung hervorgerufen werden. Im Gegensatz zur weitverbreiteten Ansicht ist also der Fehler bei Berechnungen des Flusses an der Oberfläche im thermischen Infrarotbereich aller Wahrscheinlichkeit nach größer als im solaren Spektrum.

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With 11 Figures     

Die Albedo der Sonnblickgletscher und ihre zeitlichen Variationen

Zusammenfassung Im Sommer 1964 sowie vom Mai bis September 1966 wurden auf dem Sonnblick Messungen der Albedo der Gletscheroberflächen durchgeführt. Aufgabe und Ziel der Untersuchungen war es, einerseits die kurzzeitigen Änderungen der Albedo von Schnee, Firn und Eis, andererseits die jahreszeitliche Veränderlichkeit der Albedo und ihre Verteilung über die gesamte Fläche der Sonnblickgletscher zu bestimmen. Mit Hilfe der am Observatorium gemessenen Werte der Globalstrahlung konnte sodann die von den Gletscherflächen absorbierte Menge an kurzweilliger Strahlung ermittelt werden.Die Albedo-Messungen wurden mit augenempfindlichen Photoelementen durchgeführt. Da damit nur die Erfassung des sichtbaren Bereiches der kurzwelligen Strahlung möglich ist, wurden in gesonderten Meßreihen für die verschiedenen Arten von Neuschnee, Altschnee, Firn und Eis sowohl die sichtbare Albedo (mit den Photoelementen) als auch die Gesamtalbedo (mit dem Sternpyranometer) gemessen. Auf Grund dieser Vergleichsmessungen war es möglich, aus den Werten der visuellen Albedo der Gletscheroberflächen auf die Gesamtalbedo schließen zu können.

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Summary In summer 1964 and from May to September 1966 measurements of the albedo of glacier surfaces were executed on the Sonnblick. The purpose of these investigations was to ascertain the short period variations of the albedo of snow, névé, and ice as well as the seasonal variability of the albedo and its distribution over the entire area of the Sonnblick glaciers. By means of the totals of global radiation as measured at the observatory the amount of short wave radiation absorbed by the surfaces of the glaciers could be assessed.The measurements of the albedo were made by means of photoelectric cells which were sensitive in the visible range of the spectrum. As one can only measure the visible part of the short wave radiation with these instruments, the albedo in the visible range was measured as well as the total albedo in different series of measurements over the various kinds of new fallen snow, aged snow, névé, and ice using photoelectric cells and star pyranometers simultaneously. On the base of these comparisons it was possible to draw conclusions from the values of the albedo in the visible range over the glacier surfaces to the amount of the total albedo.

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Résumé En été 1964 ainsi que de mai à septembre 1966, on a effectué des mesures de l'albedo de la surface des glaciers au Sonnblick. Le but de ces recherches était de déterminer d'une part les modifications momentanées de l'albedo de la neige, des névés et de la glace, d'autre part la variation saisonnière de l'albedo et sa répartition sur l'ensemble de la surface des glaciers. A l'aide des valeurs du rayonnement global mesuré à l'observatoire, il fut possible de calculer la quantité de rayonnnement à ondes courtes absorbée par les glaciers.Les mesures de l'albedo furent effectuées au moyen de cellules photoélectriques réagissant au seul spectre visible. Ces appareils ne permettant de mesurer que le rayonnement à ondes courtes visibles, on a relevé parallèlement l'albedo visible (avec les cellules photoélectriques) et l'albedo total (avec un pyranomètre stellaire) provenant de diverses sortes de neige fraîche, de la vieille neige, des névés et de la glace. Il fut ainsi possible de passer des valeurs de l'albedo visible de la surface des glaciers à celles correspondantes de l'albedo total.

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Mit 9 Abbildungen     

Oberflächentemperaturen der Gesteine im hochgebirge

Zusammenfassung Im Sommer 1950 und 1951 wurde auf dem Sonnblick in etwa 3050 m Seehöhe die Oberflächentemperature de Gesteine thermoelektrisch gemessen. An windstillen Tagen konnten bei wolkenlosem Himmel oder geringer Bewölkung Mittagstemperaturen bis 29°C an einer 6 cm dicken, horizontalen Platte beobachtet werden, das Minimum sank nachts auf–4°C ab. Diese starken Temperaturschwankungen wurden bei hohen Windgeschwindigkeiten erheblich abgeschwächt (bis 18°C). Ein Zusammenhang der Temperaturschwankung mit der Windgeschwindigkeit konnte angegeben werden. Auf gewachsenem Fels finden sich unter sonst gleichen Verhältnissen wesentlich geringere Tagesschwankungen. Durch die starken Temperaturvariationen der Gesteine wird die mechanische Verwitterung gefördert, die ihrerseits durch Staubbildung die Albedo der gesteinsnahen Gletscherflächen herabsetzt, den Strahlungshaushalt verändert und somit die Ablation der Gletscherränder fördert.

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Summary Surface temperatures of rocks were measured thermoelectrically on the Sonnblick at an altitude of about 3050 m during the summers 1950 and 1951. On calm days with no or little cloudiness midday temperatures up to 29°C could be observed on a horizontal plate 6 cm thick. The lowest temperature at night was–4°C. Such strong temperature variations were considerably reduced by high wind velocities (to 18°C). A relation between temperature variation and wind velocity could be established. On living rock, under equal conditions, considerably smaller diurnal variations were found. The great temperature variations of the rocks further their mechanical decay which, by producing dust, reduces the albedo of the glacier surface near the rocks, thereby changing the radiation economy and furthering the ablation of the borders of the glacier.

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Résumé On a mesuré au Sonnblick (3050 m) en été 1950 et 1951 la température superficielle des roches par voie thermoélectrique. Par ciel sans nuages ou peu nuageux et temps calme, on a mesuré à midi des températures atteignant 29°C sur une pierre horizontale plate, épaisse de 6 cm.; de nuit le minimum est descendu à–4°C. Ces grands écarts de température étaient notablement réduits (jusqu'à 18°) par vent fort. On a pu donner une relation entre la variation de température et la vitesse du vent. Les variations diurnes sur roches en place sont, toutes choses égales, plus faibles. Les fortes variations de température des roches accélèrent leur désagrégation mécanique; les poussières qui en résultent diminuent l'albédo des glaciers voisins, modifient par conséquent leur bilan de rayonnement et favorisent l'ablation des marges glaciares.

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Mit 2 Textabbildungen.     

The seasonal cycle of the global zonally averaged energy balance

Summary The annual and seasonal cycle of the global zonally averaged storage and transport of moist static energy (MSE), the surface eddy flux of MSE, and the radiation budget at the top of the atmosphere (TOA) and surface are investigated in this paper. We use the GFDL (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory) zonal mean data to compute the storage rate, divergence, and poleward flux of MSE. Surface eddy fluxes are determined based on an empirical formula developed from available climatological data. Radiative fluxes at the TOA and surface are computed from a radiation model. A number of significant features are illustrated by the present analysis in regard to the global annual and seasonal energy balance of the earth-atmosphere system. The storage/release rate of MSE is greater in spring and autumn than in summer and winter. The rate of poleward transport of MSE has a maximum at ~40°N and ~35°S with a value of ~3 × 10¹⁵ W. In terms of the radiation budget, the persistent ITCZ minimum and subtropical maxima of the IR flux distribution are reproduced well in the radiation parameterization program. The incoming solar flux maximum shifts from ~20°N in spring to ~40°N in summer due to the poleward increase in the fraction of daytime. Finally, an examination of the global surface energy balance reveals that the surface net fluxes derived from parameterizations for eddy and radiative fluxes agree well with values derived from observations. This agreement appears to imply that on the global mean, the physical parameterizations used in the present study are reliable in modeling the seasonal surface flux components.

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Zusammenfassung Der jährliche und jahreszeitliche Gang der globalen Zonenmittel der Speicherung und des Transports von latenter Energie (MSE), des Oberflächen-Eddy-Flusses der MSE und des Einstrahlungsbudgets an der Atmosphärengrenze (TOA) als auch auf der Erdoberfläche werden untersucht.Wir verwenden die GFDL Zonenmitteldaten, um die Ladung, Divergenz und den polgerichteten Fluß der MSE zu errechnen. Die Oberflächen-Eddy-Flüsse werden aufgrund einer empirischen Formel bestimmt, die mittels verfügbarer klimatologischer Daten erstellt wurde. Strahlungsflüsse auf der Oberfläche und der Atmosphärengrenze werden mittels eines Einstrahlungsmodells errechnet. Eine Reihe signifikanter Erscheinungen werden in der vorliegenden Analyse dargestellt mit Hinblick auf das globale jährliche und jahreszeitliche Energiegleichgewicht des Erde-Atmosphäre-Systems. Die Ladungs- und Entladungsrate des MSE ist im Frühjahr und Herbst größer als im Sommer und Winter. Die Spitzen des polgerichteten Transports der MSE liegen bei 40° N und 35° S mit einem Wert von ca. 3 × 10¹⁵ W. In bezug auf das Einstrahlungsbudget werden die persistenten ITKZ-Minima und die subtropischen Maxima der IR-Flußverteilung gut von dem Einstrahlungsparameterisierungsprogramm dargestellt. Die Sonneneinstrahlungsflußspitzen verschieben sich von 20° N im Frühjahr nach 40° im Sommer aufgrund der gegen den Pol hin zunehmenden Tageslänge. Zuletzt zeigen die Untersuchungen des globalen Oberflächenenergiegleichgewichts auf, daß die Oberflächennettoflüsse, abgeleitet von der Parameterisierung für Eddy- und Einstrahlungsflüsse, mit den beobachteten Werten gut übereinstimmen. Diese Übereinstimmung impliziert offensichtlich, daß im globalen Durchschnitt die physikalische Parametrisierung, die in dieser Studie angewendet wurde, verläßliche Modelle der jahreszeitlichen Oberflächenflußkomponenten liefern kann.

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With 8 Figures     

Boundary layer aspects and elevated heat source effects of the Alps

Summary High pressure influence in the whole inner-ALPEX area on April 22, 1982 gave an opportunity for the ALPEX scientific task no. 6: To study the effects of differential radiative heating introduced by the alpine mountain range due to elevation, topographic features and albedo. Electra flight E-422 with its four-fold north-south, south-north flight tracks was especially devoted to study the diurnal variations of the atmospheric boundary layer and the airflow on both sides of the Alps along the Gotthard cross-section under strong inversion conditions. Using the flight technique of vertical zigzagging, a total of 24 vertical soundings have been completed along four traverses.Synoptic rawinsonde and surface data, digital satellite data and microbarograph data are used to examine the thermodynamical aspects of the diurnal development of the alpine heat low. The fine structure of the boundary layer is documented by cross-sectional analysis of the potential temperature, mixing ratio and the three wind components from the 1 Hz aircraft data along the traverses. In addition, 15 aircraft soundings have been selected to evaluate the vertical distribution of the turbulent variances and fluxes on both sides of the Alps. The differences of the structure and temporal evolution of the alpine boundary layer on the north and south side of the Alps, as well as the differences between the alpine boundary layer and the boundary layer over homogeneous terrain are significant and need further discussion.

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Aspekte der Grenzschicht und Effekte der erhöhten Wärmequelle der Alpen

Zusammenfassung Hochdruckeinfluß im gesamten inneren ALPEX-Gebiet am 22. April 1982 ermöglichte die ALPEX-Aufgabe Nr. 6: die Effekte unterschiedlicher Strahlungserwärmung, welche je nach Höhenlage, topographischen Gegebenheiten und Albedo der alpinen Gebirgskette verursacht werden, zu untersuchen. Der Electra-Flug E-422 mit seinen vierfachen Nord-Süd, Süd-Nord-Flugrouten beschäftigte sich besonders mit der Untersuchung der täglichen Veränderung der atmosphärischen Grenzschicht und der Luftströmung an beiden Seiten der Alpen entlang des Querschnittes beim Gotthard bei ausgeprägten Inversionen. Unter Verwendung der Flugtechnik des vertikalen Zickzacks wurden insgesamt 24 Vertikalsondierungen entlang von vier Schnittlinien durchgeführt.Synoptische Radiosonden- und Bodendaten sowie digitale Satelliten- und Mikrobarographendaten werden zur Untersuchung der thermodynamischen Aspekte der täglichen Entwicklung des alpinen Hitzetiefs verwendet. Die Feinstruktur der Grenzschicht wird durch Querschnittanalysen der potentiellen. Temperatur, des Mischungsverhältnisses und der drei Windkomponenten aus den vom Flugzeug entlang der Schnittlinien gewonnenen 1 Hz Daten dokumentiert. Darüber hinaus wurden 15 Flugzeugsondierungen ausgewählt, um die vertikale Verteilung der turbulenten Varianzen und Flüsse an beiden Seiten der Alpen zu beurteilen. Sowohl die Unterschiede in der Struktur und der zeitlichen Entwicklung der alpinen Grenzschicht an der nördlichen und der südlichen Seite der Alpen als auch die Unterschiede zwischen der alpinen Grenzschicht und der Grenzschicht über homogenem Gelände sind signifikant und erfordern eine weitere Diskussion.

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With 8 Figures     

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     

Über das Licht- und Strahlungsklima einer Hanglage der Ötztaler Alpen bei Obergurgl und seine Auswirkung auf das Mikroklima und auf die Vegetation

Zusammenfassung Im innersten Ötztal wurde knapp unterhalb der Waldgrenze auf einer Lichtung des Zirben-Lärchen-Waldes in 1940 m Seehöhe an einer Basisstation die Sonnen- und Himmelsstrahlung auf die horizontale Fläche (Globalstrahlung) mittels Sternpyranographen, die Globalbeleuchtungsstärke mittels Selen-Photoelement und Schreiber sowie die Sonnenscheindauer registriert. In der Vegetationsperiode 1953 wurden, ebenfalls registrierend, die Strahlungsverhältnisse in Zirben- und Lärchenbeständen, ferner die Abhängigkeit der Boden- und Pflanzentemperaturen von der Strahlung sowie die Albedo der wichtigsten Pflanzengesellschaften in der Kampfregion untersucht.Bei wolkenlosem Himmel verursacht der am Untersuchungsort im Mittel um 22° überhöhte Horizont einen Globalstrahlungsverlust von etwa 10% bei den Juni-Tagessummen, von mehr als 60% bei den Dezember-Tagessummen und einen Verlust von 28% bei der jährlichen Strahlungssumme. Die bei dieser Witterung und freiem Horizont erreichbare höchste Strahlungstagessumme beträgt im Juni 850 cal/cm², jene bei tatsächlicher Horizontabschirmung 755 cal/cm². Die registrierten Mittagsintensitäten bei klarem Himmel lagen in jedem Monat der Beobachtungszeit um 11 bis 12% höher als in der Niederung (200 m). Die Tagessummen der Himmelsstrahlung betragen bei Abwesenheit von Wolken zwischen 60 cal/cm² im Juni und 18 cal/cm² im Dezember; sie sind in den Monaten ohne Schneedecke durch den überhöhten Horizont um 15 bis 17% vermindert; eine Neuschneedecke vermag die Himmelsstrahlungssumme bei klarer Witterung durch Vermehrung der multiplen Reflexion und der Hangreflexstrahlung um 40% zu erhöhen.Bei bedecktem Himmel haben die Tagessummen der Strahlung in allen Monaten eine große Variationsbreite; die Mittelwerte sinken von 225 cal/cm² im Mai auf 35 cal/cm² bzw. 51 cal/cm² bei Neuschneedecke im Dezember ab. Die maximalen Stundenmittel der Strahlung des bedeckten Himmels betrugen in jedem Monat ca. 40% der Globalstrahlung bei wolkenlosem Himmel. Als höchste Momentanintensität diffuser Strahlung wurden im Juli 0,82 cal/cm² min registriert.Bei wechselnder Bewölkung erreichen die Momentanintensitäten in den Monaten hohen Sonnenstandes häufig Werte von 140 bis nahezu 150% der entsprechenden Globalstrahlungsintensität bei wolkenlosem Himmel. Die absoluten Globalstrahlungsmaxima lagen bei 2,20 bis 2,25 cal/cm²min (Mai bis Juli), das sind 118% der Solarkonstante.Im Jahresdruchschnitt erhält die Station bei wolkenlosem Himmel um 3% weniger, bei bedecktem Himmel um 30 bis 35% mehr Strahlung als eine freiliegende Stelle in der Niederung (200 m).Die Globalstrahlung wurde bei den verschiedenen Witterungsfällen in Beziehung gesetzt zur Sonnenscheindauer, zur Globalbeleuchtungsstärke und zur Tagesschwankung der Temperatur oberflächennaher Bodenschichten. Letztere Beziehung weicht ab von bisherigen Kenntnissen aus dem Tiefland und stellte sich als ökologisch wichtige Standortskonstante heraus, indem sie sich nicht jahreszeitlich ändert, sondern von Standort zu Standort je nach dem Grad der Windausgesetztheit.Die für die Nettoassimilationsleistung von Jungzirben wichtige Nadeltemperatur wird in ihrer Abhängigkeit von der Strahlung untersucht und ihre Bedeutung für sommerliche Hitzeschäden und winterliche Frostschäden erörtert. Auf den Einfluß der winterlichen Strahlungsverhältnisse für assimilationshemmende Chlorophyllzerstörungen sowie auf die UV-Strahlung als begrenzender Faktor für Pilzschäden an der Zirbe wird hingewiesen.Dichte Zirbenbestände vermindern die bis zum Boden gelangende Strahlung auf durchschnittlich 8% bei sonnigem Wetter, auf 15% bei diffuser Strahlung, bezogen auf die Basisstation. Dadurch wird für die Naturverjüngung des Bestandes nur in den drei Monaten höchsten Sonnenstandes maximale Stoffproduktion aus der Photosynthese sichergestellt. In den übrigen Monaten herrscht Lichtmangel, was zusammen mit der Niederschlagsverringerung auf wenige Prozent des Freilandwertes bewirkt, daß sich diese Beständenicht verjüngen. Eine Lärchenbeimischung von etwa einem Drittel erhöht die Strahlungsdurchlässigkeit auf das doppelte. In reinem Lärchenbestand steigen die bis auf den Boden gelangenden Strahlungsmengen auf den dreifachen Wert des dichten Zirbenbestandes an, was bei Behinderung der Belüftung zu starker Überwärmung des Bodens und vermutlich zu seiner weitgehenden Sterilität (Verarmung der Bodenfauna und-vegetation) führt.Abschließend wird gezeigt, daß die wichtigsten Pflanzengesellschaften der Kampfzone aus dem Strahlungsangebot einen sehr verschiedenen Wärmegewinn ziehen, indem die mittleren Albedowerte bei wolkenlosem Himmel von einer Vegetationseinheit zur anderen zwischen 14 und 28% schwanken. Durch Zeichnung der Tagesgänge der Albedo wird deutlich, daß die Strahlung maximal zur Zeit des örtlichen Sonnenaufgangs absorbiert wird.

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Summary Measurements of solar and sky radiation, of global illumination and of sunshine duration were carried out in a glade of a stone-pine and larch wood somewhat below the upper tree limit at 1940 m altitude in the Ötztal. During the vegetation period 1953, radiation conditions within the stone-pine and larch woods themselves were investigated as well as the influence of radiation on soil and plant temperatures and the albedo of the principal plant communities of the transition region.With cloudless sky, the elevations of the horizon reaching on the average 22° cause a loss of 28 per cent for the annual sum of radiation. The maximum of the daily radiation sum reaches 755 cal/cm². Midday intensities are always higher by 11 to 12 per cent than those in the lowland (200 m). Daily sums of sky radiation are, in the months without snow cover, somewhat reduced by the natural horizon; fresh fallen snow may raise the sum of sky radiation by 40 per cent, because of multiple reflexion and slope influence. With overcast sky, radiation conditions are more variable; the highest hourly mean values amount to 40 per cent of those with cloudless sky. The highest instantaneous intensity of diffuse radiation was recorded in July, being 0,82 cal/cm². With varying cloudiness and in summer, instantaneous intensities often reach values of 140 to 150 per cent of the global radiation intensity with cloudless sky. On the average of a year, the station gets less radiation with cloudless sky (3 per cent) and more radiation with overcast sky (30 to 35 per cent) than an open place in the lowland (200 m).Beside other relations the global radiation was studies as function of the daily variation of the surface temperature; it was found not to vary with the seasons, but to depend locally on the degree of exposure to wind.Dense stone-pine woods reduce the radiation at ground level to 8 per cent, on the average, with sunny weather, and to 15 per cent with diffuse radiation. Therefore, during the three months of highest sun elevation only, photosynthesis is effective enough to make possible the natural regeneration of the wood. There is lack of light during the rest of the year which, in addition to the reduction of the precipitation by the trees themselves, makes a regeneration impossible. If a third of the trees consists of larches the permeability for radiation is doubled. In a pure larch wood the radiation penetrating to the ground reaches the threefold value of the dense stone-pine wood which, because of reduced ventilation, leads to strong overheating of the soil and probably to its great sterility.The principal plant communities of the transition region absorb different heat quantities from the available radiation according to the mean albedo values varying between 14 and 28 per cent from one vegetation unit to another; most radiation is absorbed at the time of local sunrise.

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Résumé Des mesures de rayonnement solaire et céleste, d'éclairement global et d'insolation ont été faites dans une clairiére d'une forêt de mélèzes et d'arolles de l'Ötztal à 1940 m. d'altitude; elles ont compris en outre pendant la période de végétation de 1953 des enregistrements de rayonnement dans la population forestière même, de la température du sol et des essences ainsi que de leur albédo.Par temps clair l'horizon relevé entraine une perte de rayonnement global de 28% en moyenne. Le maximum journalier s'élève à 755 cal/cm². L'intensité à midi est supérieure à celle de la plaine. Le rayonnement céleste est un peu réduit par l'horizon naturel; il est par contre accru par réflexion multiple lorsque la neige recouvre le sol.Par ciel couvert le rayonnement est plus variable; il s'élève en moyenne à 40% de celui des jours clairs. L'intensité instantanée maximum de rayonnement diffus s'observe en juillet avec 0,82 cal/cm²min. Par nébulosité variable les valeurs instantanées atteignent souvent en été le 140 à 150% de celles du rayonnement global par ciel serein. La station reçoit en moyenne par ciel sans nuages moins de rayonnement (3%), par ciel couvert plus de rayonnement (30 à 35%) qu'une station de plaine (200 m).Le rayonnement global considéré en fonction de la variation diurne de la température superficielle du sol ne varie pas selon les saisons, mais dépend du degré d'exposition au vent.Un peuplement dense d'arolles diminue du 8% le rayonnement atteignant le sol par temps clair, de 15% par rayonnement diffus. Ainsi le rajeunissement de la forêt n'est-il assuré que pendant les trois mois de hauteur solaire maximum, lors du maximum de l'effet de la photosynthèse; pendant le reste de l'année il y a insuffisance de lumière ce qui, joint à la diminution de la pluie par le peuplement lui-même, ne peut assurer le rajeunissement. Le mélange de mélèzes à raison d'un tiers environ double la perméabilité au rayonnement. Dans un peuplement pur de mélèzes le rayonnement atteignant le sol est trois fois celui du bois dense d'arolles ce qui provoque une surchauffe du sol et entraine probablement sa stérilité partielle.Les principales populations végétales de la zone de transition vers les hauteurs absorbent des quantités d'énergie radiative très différentes par suite de leur albédo qui varie entre 14 et 28%; cette absorption est maximum au moment du lever local du soleil.

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Mit 16 Textabbildungen     

Surface downward flux computed by using geophysical parameters derived from HIRS 2/MSU soundings

Summary The global field of outgoing longwave radiation (OLR) and surface downward flux (SDF) are computed for January and July 1979 (FGGE year). The computation was done by using geophysical parameters retrieved from space in conjunction which a radiation code. The geophysical parameters (such as temperature and humidity profiles, surface/land temperature, and cloud information) are retrieved from analysis of HIRS 2/MSU using the Goddard Laboratory for Atmospheres (GLA) physical retrieval system. The radiation code is a modified version of the Wu-Kaplan radiation code used in the GLA 4th order GCM. Other fluxes (such as clear OLR and clear SDF, and Earth emission) flux divergences (upward flux divergence and net upward flux divergence), flux differences and longwave radiative forcing (clear OLR — cloudy OLR, cloudy SDF — clear SDF, and atmospheric cloud forcing) which have physical meaning but can not be measured directly from space have also been computed and presented.

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Zusammenfassung Die globalen Felder der emitierten langwelligen Strahlung (OLR) und des nach unten gerichteten Flusses (SDF) werden für Januar und Juli des FGGE-Jahres 1979 berechnet. Die Berechnungen wurden mit Hilfe von geophysikalischen Parametern aus Satellitendaten und einem Strahlungsmodell ausgeführt. Die geophysikalischen Parameter (wie Temperatur-und Feuchtprofile, Oberflächen- bzw. Landtemperatur sowie Bewölkung) werden durch Analysen der HIRS 2/MSU-Daten mit Hilfe des GLA-Physical Retrieval System gewonnen. Das Strahlungsmodell ist ein modifiziertes Modell nach Wu-Kaplan, wie es im Modell der allgemeinen Zirkulation des GLA verwendet wird. Andere Flüsse (wie OLR und SDF bei klarem Himmel, sowie die Emission der Erde), Flußdivergenzen (nach oben gerichtete Fluß- und Nettoflußdivergenz), Flußdifferenzen und langwelliger Strahlungsantrieb (OLR bei klarem und bewölktem Himmel, SDF bei klarem und bewölktem Himmel und der Antrieb durch die Bewölkung), die alle physikalische Bedeutung haben, aber nicht direkt aus dem All gemessen werden können, wurden ebenfalls berechnet und werden hier vorgestellt.

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With 13 Figures     

Albedountersuchungen auf dem Hintereisferner

Zusammenfassung Von den Komponenten der Strahlungsbilanz auf den Alpengletschern sind besonders die Albedo und die langwellige Ausstrahlung (wozu die Kenntnis der Oberflächentemperatur nötig ist) noch nicht ausreichend bekannt. Während einer 14 tägigen Meßperiode wurden im Sommer 1954 auf dem Hintereisferner, Ötztal, Albedountersuchungen ausgeführt und Mittelwerte der Reflexion von Neu- (0,816), Altschnee (0,724), Firn (trocken: 0,634, feucht: 0,539) und den verschiedenen Arten von Gletschereis (rein: 0,410, verschmutzt: 0,228) gebildet. Für Firn und Eis wurden Häufigkeitsverteilungen bestimmter Albedostufen aufgestellt. Die Messungen wurden von Registrierungen der Tagesgänge über Neu-, Altschnee und Gletschereis ergänzt. Das Minimum im Tagesgang findet sich zwischen 13 und 15 Uhr, zum Teil auf Grund des höchsten Schmelzwassergehaltes des Schnees zu dieser Tageszeit, an klaren Tagen über Gletschereis und Harschflächen auch durch teilweise spiegelnde Reflexion.Flächenhafte Albedoaufnahmen über der Gletscherzunge lassen das allmähliche Höhergreifen der Gebiete niedriger Albedostufen im Laufe einer Schönwetterperiode von 6 Tagen verfolgen. Hieraus läßt sich die mittlere Albedo für die Gletscherzunge (bis zur Höhenschichtlinie 2900 m) berechnen, die innerhalb der genannten Zeit von 0,70 auf 0,45 abnahm.

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Summary Among the components of the radiation balance on the Alpine glaciers particularly the albedo and the outgoing long-wave radiation (requiring the knowledge of the surface temperature) are not yet sufficiently known. During a period of 14 days in summer 1954 albedo investigations were carried out on the Hintereis glacier, Oetztal, and mean values were calculated for fresh fallen snow (0.816), old snow (0,724), firn (dry: 0.634, moist: 0.539), and for different sorts of glacier ice (clean: 0.410, soiled: 0.228). Frequency distributions of determined albedo degrees were established for firn and ice. The measurements were supplemented by registrations of the diurnal variations over fresh and old snow and over glacier ice. The minimum of the diurnal variation was found between 1 and 3 p.m., partially because at this time of the day the snow contains a maximum of melted water, on clear days over glacier ice and rough surfaces partially also on account of reflection.Large-surface measurements of the albedo over the glacier tongue show the gradual rising of the regions with low albedo values in the course of a fair weather period of 6 days. Therefrom the average albedo of the glacier tongue (up to the contour-line 2900 m) can be calculated which, during the above mentioned period, showed a decrease from 0,70 to 0.45.

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Résumé Parmi les composantes du bilan de rayonnement des glaciers alpins, on ne connaît qu'imparfaitement l'albédo et le rayonnement émis à grande longueur d'onde, pour la connaissance duquel il faudrait connaître la température de la surface de la glace. Au cours d'une campagne de deux semaines de l'été 1954 au glacier du Hintereis (Oetztal), on a fait des mesures d'albédo et déterminé des valeurs moyennes du pouvoir réfléchissant de la neige fraîche (0.816) et ancienne (0.724), ainsi que du névé (sec: 0.634, humide: 0.539) et des différentes sortes de glace (pure: 0.410, sale: 0.228). On a dressé des tableaux de fréquence pour les différentes classes d'albédo de névé et de glace. De plus on a procédé à des mesures de la variation diurne du pouvoir réfléchissant au-dessus de la neige fraîche et ancienne et de la glace; le minimum se place entre 13 et 15 h., conséquence de la teneur maximum en eau de fusion à ce moment-là, mais conséquence aussi, par ciel clair, de la réflexion directe et sans diffusion de la glace et de la neige durcie.Des mesures d'albédo effectuées sur de larges surfaces de la langue glaciaire permettent de suivre la décroissance progressive de l'albédo vers le haut du glacier au cours d'une période de beau temps de 6 jours; l'albédo moyen du glacier, du front jusqu'à 2900 m. au-dessus du niveau de la mer, a décru durant cette période de 0,7 à 0,45.

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Mit 8 Textabbildungen.

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Die Untersuchungen wurden durch ein Stipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft ermöglicht, wofür wir an dieser Stelle unseren aufrichtigsten Dank aussprechen.     

Studies of solar radiation and albedo in the antarctic

Summary The preliminary report deals with studies of the direct solar radiation and albedo which were performed during the US-IGY-Antarctic Expedition 1957/58. The intensity of the direct solar radiation at Little America V (78° S, 162° W, 44 meters above sea level) corresponds to the intensities measured in the European Alps at 3000 meters in June. The intensity at the South Pole (2800 meters above sea level) agrees with the intensity in the European Alps at 3000 meters in December. Measurements of the albedo at the South Pole and at Byrd Station (80° S, 120° W, 1515 meters above sea level) gave mean value of 89 percent, the whole range being 84 to 93 percent.

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Zusammenfassung Die vorläufige Mitteilung gibt einige Ergebnisse von Messungen der direkten Sonnenstrahlung und der Albedo, die während der US-IGJ-Antarktis-Expedition 1957/58 ausgeführt wurden. Die Intensitätdet der direkten Sonnenstrahlung in Little America V (78° S, 162° W, 44 m über dem Meeresniveau) entspricht den Intensitäten in den europäischen Alpen in 3000 m Höhe im Juni. Die Intensität am Südpol (2800 m über dem Meeresniveau) stimmt mit den Intensitäten in den europäischen Alpen in 3000 m Höhe im Dezember überein. Messungen der Albedo am Südpol und an der Byrd-Station (80° S, 120° W, 1515 m über dem Meeresniveau) ergaben einen Mittelwert von 89%, die Einzelwerte schwankten zwischen 84 und 93%.

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Résumé Note préliminaire concernant les mesures de rayonnement solaire et d'albédo faites lors de l'expédition américaine de l'Année géophysique internationale 1957/58 en Antarctide. L'intensité du rayonnement solaire direct à Little America (44 m.) correspond à celle que l'on observe en juin à 3000 m. dans les Alpes; au Pôle Sud, à 2800 m. elle est équivalente à celle qui s'observe à 3000 m. dans les Alpes en décembre. Les mesures d'albédo au Pôle Sud et à Byrd-Station (1515 m) ont fourni une valeur moyenne de 89%, avec variations comprises entre 84 et 93%.

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With 1 Figure     

Untersuchungen über die Strahlungsverhältnisse auf den Alpengletschern

Zusammenfassung Auf dem Hohen Sonnblick (3106 m) wurden im Sommer 1950 Wärmeumsatzuntersuchungen durchgeführt. Über die hierbei ausgeführten Messungen der Sonnenstrahlung, Himmelsstrahlung, Gegenstrahlung der Atmosphäre, der Albedo und der langwelligen Temperaturausstrahlung des Gletschers wird hier berichtet. Es konnte die Einwirkung der Bewölkung auf die Himmelsstrahlung studiert werden. Bestimmungen der Gegenstrahlung über Bilanzmessungen ergaben die Brauchbarkeit derÅngströmschen Formel und bestimmte Gesetzmäßigkeiten des Einflusses der Wolkendecke. Als anscheinend variabelster Faktor wird die zeitlich und örtlich oft sehr wechselnde Albedo angesehen. Einige Beispiele direkter Strahlungsbilanzmessungen, die dies beweisen, werden mitgeteilt.

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Summary A report is given of measurements of solar radiation, sky radiation, atmospheric radiation, albedo, and long-wave outgoing radiation of a glacier carried out in connection with investigations on exchange of heat on the High Sonnblick (3106 m) in summer 1950. The effects of cloudiness on sky radiation were studied. Determinations of atmospheric radiation derived from balance measurements showed the validity of theÅngström-formula and certain regularities concerning the effect of cloud cover. The most variable factor appears to be the albedo which often varies strongly with time as well as locally. Several examples of direct measurements of radiation balance proving that are communicated.

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Résumé On a effectué au sommet du Sonnblick (3106 m) en été 1950 des recherches sur les échanges de chaleur. On rapporte ici sur les mesures faites du rayonnement solaire et céleste, du rayonnement atmosphérique de l'albédo et du rayonnement à grande longueur d'onde du glacier. On a pu établir l'influence de la nébulosité sur le rayonnement céleste. Des évaluations du rayonnement atmosphérique tirées de mesures du bilan thermique ont prouvé la validité de la formule d'Ångström ainsi que certaines règles concernant l'effet de la couverture du ciel. Le facteur apparemment le plus variable est l'albédo qui varie parfois fortement dans le temps et dans l'espace. Quelques exemples de mesures directes du bilan radiatif qui le prouvent sont donnés.

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Mit 6 Textabbildungen.     

On the meridional distribution of climate changes due to doubling of CO2 content in the atmosphere

Summary A two-dimensional radiative-convective model has been developed to calculate mean annual zonally-averaged temperature profiles for 18 latitudinal belts each of 10° width. The model includes meridional heat transport and impacts of surface albedo and lapse rate feedback mechanisms. In view of its flexibility and computational efficiency compared to a three-dimensional general circulation model, this model may serve as a useful tool in studying the climate sensitivity to external forcings.The model has been successfully applied to reproduce the meridional variation of climatic elements for the standard atmosphere. Next, the climate sensitivity to a doubling of atmospheric CO₂ has been examined. The surface temperature response ranges from 1.6 °C near the equator to 4 °C in polar regions with a global mean of 2.1 °C. The meridional distribution of surface warming due to doubled CO₂ simulated by our model agrees qualitatively with those obtained by NCAR and GFDL global circulation models in that the largest warmings in all three simulations are found at high latitudes in the Northern Hemisphere. An interesting feature of our findings is that the maximum response due to doubled CO₂ tends to descend from the upper troposphere at low latitudes to the surface at high latitudes. The responses of the transport of sensible and latent heat are in opposite direction thus leading to only slight but positive changes in the total meridional heat flux.

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Zusammenfassung Es wurde ein zweidimensionales Strahlungs-Konvektions-Modell entwickelt, um zonal gemittelte Temperaturprofile für 10° breite Gürtel zu berechnen. Das Modell beinhaltet meridionalen Wärmetransport, Einflüsse der Albedo und des vertikalen Temperaturgradienten. Aufgrund seiner Flexibilität und rechnerischen Effizienz im Vergleich zu dreidimensionalen Modellen der allgemeinen Zirkulation, kann dieses Modell gut zum Studium der Sensitivität des Klimas auf äußere Antriebe verwendet werden.Das Modell wurde zuerst erfolgreich angewandt, um die meridionale Variabilität der Klimaelemente für die Standardatmosphäre zu reproduzieren. Dann wurde die Sensitivität gegenüber einer Verdoppelung des atmosphärischen CO₂ untersucht. Die Veränderungen an der Erdoberfläche reichten von 1.6 °C nahe dem Äquator bis zu 4 °C in Polnähe mit einem globalen Mittel von 2.1 °C. Die meridionale Verteilung stimmt qualitativ mit den Modellergebnissen von NCAR und GFDL überein. Alle prognostizieren die größten Erwärmungen in den hohen Breiten der Nordhemisphäre. Ein interessantes Ergebnis dieser Untersuchung ist, daß die größte Erwärmung von der oberen Troposphäre in niedrigen Breiten in hohen Breiten zur Oberfläche absinkt. Die Prognosen für die Änderung des Transports von fühlbarer und iatenter Wärme zeigen den umgekehrten Effekt. Das führt zu einem geringen Anstieg des meridionalen Wärmeflusses.

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With 9 Figures     

Heating of a small Alpine valley

Summary Two- and three-dimensional fields of meteorological variables are constructed from measurements in a small Alpine end valley during daytime of two fine weather days. These are fields of the surface energy balance, of temperature and wind. With these data the energy budget of the valley atmosphere is calculated. In the morning, the sensible heat which is released on the valley surface is used to heat the valley atmosphere. The advection terms are rather small. In the afternoon, the energy gain is nearly completely exported out of the valley region. The transport is managed by advection with the valley wind and the related upward motion, which are branches of the valley wind system which overlap into the next larger valley. The role of a small valley in the interplay of the thermal circulation systems in the heating of the mountainous boundary layer is discussed.

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Erwärmung eines kleinen Alpentals

Zusammenfassung Messungen in einem kleinen alpinen Endtal gestatten die Berechnung zwei- und dreidimensionaler Felder meteorologischer Größen tagsüber an zwei Schönwettertagen. Dies sind Felder der Terme der Energiebilanz am Untergrund, der Temperatur und des Windes. Daraus läßt sich der Energiehaushalt der Talatmosphäre berechnen. Am Vormittag wird die am Untergrund freigesetzte fühlbare Wärme zur Erwärmung des Tals genutzt, die Advektionsterme sind ziemlich klein. Am Nachmittag wird dieser Wärmegewinn nahezu vollständig aus dem Talbereich exportiert. Dieser Transport wird durch die Advektion mit dem Talwind und dem resultierenden Aufwind bewerkstelligt, die Zweige eines ins nächste Tal übergreifenden Talwindsystems sind. Die Rolle eines kleinen Alpentals im Zusammenspiel der verschiedenen thermischen Zirkulationssysteme bei der Erwärmung der Gebirgsgrenzschicht wird diskutiert.

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With 6 Figures