Numerical simulation of the development of vortices over the Qinghai-Xizang (Tibet) Plateau

Summary Some of the vortices which develop over the Tibetan plateau during summer give rise to severe weather over eastern China. These weather developments can be difficult to forecast, but have been simulated successfully in a recently developed numerical model. It will be shown that different vortices respond differently to topographic effects, to nonlinear processes and to sensible and latent heating in their formation, maintenance, and motion. Elevated terrain appears to enhance the influence of thermodynamic processes, block airflow, and increase frictional dissipation.Sensible heating sometimes collaborates with topography in blocking cold air intrusions and is not only a function of terrain elevation but also of the synoptic situation. Without the input of latent heating, vortices over the eastern part of the Tibetan plateau tend to degenerate.

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Numerische Simulation von Wirbelbildungen über dem Hochland von Tibet

Zusammenfassung Einige der sich im Sommer über dem Hochland von Tibet entwickelnden Wirbel verursachen Unwetter in Ostchina. Die Vorhersage dieser Entwicklung kann schwierig sein, sie werden aber von einem kürzlich vorgestellten numerischen Modell erfolgreich simuliert. Es wird gezeigt, daß verschiedene Wirbel verschieden auf die Orographie, auf nichtlineare Vorgänge sowie auf fühlbare und latente Wärme in ihrer Entstehung, Erhaltung und Bewegung reagieren. Ein Hochland scheint den Einfluß thermodynamischer Vorgänge zu verstärken, Strömungen zu blockieren und die Reibungsdissipation zu steigern.Die fühlbare Wärme verhindert manchmal gemeinsam mit der Topographie Kaltlufteinbrüche, hängt aber nicht nur von der Hochland-sondern auch von der synoptischen Situation ab. Ohne latente Wärme neigen Wirbel über dem Ostteil des Hochlandes von Tibet zur Degeneration.

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With 22 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     

Subsynoptic vertical heat fluxes from high-resolution synoptic budgets

Summary A recently designed diagnostic model for synoptic heat budgets is reviewed and is applied to selected ALPEX-SOP dates. The model uses the conservation equations for moisture, (sensible) heat and mass. All synoptically observable terms (including moisture and heat tendencies and surface rain) are specified from objective analyses. Quasi-observable terms (including , radiation, surface evaporation and surface heat flux) are also considered synoptic and are specified close to observations. The non-observable terms: rain, moisture and heat fluxes in the free atmosphere are considered subsynoptic; they are determined as residuals. The model includes a submodel for the errors, a closure assumption which couples the vertical moisture and heat fluxes and a variational 3D-mass flux modification. This is the minimum parameterization level possible with these data.Results over the ALPEX-domain are shown for 5 dates from 4–6 March 1982. Each budget is a 24 h-average, each diagnostic box has a horizontal/vertical resolution of 100 km/100 hPa. The presentation focusses upon the three vertical heat fluxes. The model separates signal (=subsynoptic fluxes, 0–600 W m^–2) from error (0–60 W m^–2), the fields are coherent both in space and time, and the different stages of the synoptic development are reproduced by the subsynoptic fields. While the rain is downward and the moisture flux upward everywhere, the heat flux is upward in the trough, weak in the ridge and downward ahead of the next trough. The rain flux vector is usually divergent but can occasionally be convergent in lower levels which indicates reevaporation. The great detail in the fields of rain, moisture and heat flux proves that diagnostic models of this kind are potentially useful for further synoptic research.

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Subsynoptische vertikale Wärmeflüsse aus hochauflösenden synoptischen Haushalten

Zusammenfassung Ein kürzlich entwickeltes diagnotisches Modell für synoptische Wärmehaushalte wird dargestellt und auf ausgewählte ALPEX-SOP-Termine angewandt. Das Modell verwendet die Erhaltungsgleichungen für Feuchte, (fühlbare) Wärme und Masse. Alle synoptisch beobachtbaren Glieder (einschließlich Feuchte- und Wärmetendenz sowie Bodenniederschlag) werden aus objektiven Analysen spezifiziert. Quasi-beobachtbare Glieder (einschließlich , Strahlung, Bodenverdunstung und Bodenwärmefluß) werden ebenfalls als synoptisch angesehen und beobachtungsnahe spezifiziert. Die nicht-beobachtbaren Glieder: Regen, Feuchtefluß und Wärmefluß in der freien Atmosphäre werden als subsynoptisch angesehen und als Residuum bestimmt. Das Modell enthält ein Untermodell für die Fehler, eine Schließungsannahme, welche den vertikalen Feuchte- und Wärmefluß koppelt, sowie eine, auf dem Variationsprinzip beruhende, Modifikation des 3D-Massenflusses. Dies ist der minimale Parametrisierungsaufwand, der mit den vorliegenden Daten möglich ist.Ergebnisse über dem ALPEX-Gebiet werden gezeigt für 5 Termine vom 4.–6. März 1982. Jeder Haushalt ist ein 24 h-Mittel, jede Diagnosebox hat eine horizontale/vertikale Auflösung von 100 km/100 hPa. Die Darstellung konzentriert sich auf die drei vertikalen Wärmeflüsse. Das Modell trennt Signal (=subsynoptische Flüsse, 0–600 W m^–2) und Fehler (0–60 W m^–2), die Felder sind räumlich und zeitlich kohärent, und die verschiedenen Stadien der synoptischen Entwicklung werden durch die subsynoptischen Felder wiedergegeben. Während der Regen überall abwärts und der Feuchtefluß überall aufwärts gerichtet sind, ist der Wärmefluß aufwärts im Trog, praktisch Null im Rücken und abwärts vor dem nächsten Trog. Der Regenflußvektor ist gewöhnlich divergent, aber kann gelegentlich in unteren Schichten konvergent sein, was Wiederverdunstung anzeigt. Die vielen Einzelheiten der Felder von Regen, Feuchte- und Wärmefluß beweisen, daß diagnostische Modelle dieser Art von potentiellem Nutzen für die weitere synoptische Forschung sind.

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With 14 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     

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

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

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

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With 3 Figures     

Marine climatology of the tropical Americas

Summary Surface circulation and climate in the sea areas surrounding the American Continents are discussed on the basis of ship observations for the period 1911–1970 compiled with a one degree latitude-longitude square spatial resolution. Charts depict sub-synoptic scale features in considerable detail, such as the wintertime intrusions of cold dry air from the Atlantic to the Pacific side of the Mexican-Central American land bridge at topographically favoured locations, manifesting themselves in plumes of high wind speed, anticyclonic vorticity, and low sea surface temperature far into the open Pacific. Double peaks in the rainy season are indicated for the Western Caribbean and the easternmost Pacific off the Central American coast, with the September/October maximum most dominant. Among the more significant large-scale features are the near-equatorial trough of low pressure, a kinematic axis, and zonally oriented bands of maximal cloudiness and precipitation frequency, with a seasonal migration of this ensemble from a most equatorward position in Northern winter farther northward during summer. The near-equatorial kinematic axis has the characteristics of a confluence zone over the Western Atlantic, whereas over the Eastern Pacific it is a discontinuity between the Southwesterly flow from the Southern hemisphere and the Northeast Trades. Most intense development is reached during Northern summer. The surface flow discontinuity is broadly embedded in the baric trough. The bands of maximal convergence, cloudiness and precipitation frequency stay well equatorward of the surface flow discontinuity in the Eastern Pacific throughout the year, whereas over the Western Atlantic they switch to the North of the kinematic axis during Northern winter.

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Maritime Klimatologie des tropischen Amerika

Zusammenfassung Klima und Luftzirkulation über den die amerikanischen Kontinente umgebenden Seegebieten werden aufgrund von in Eingradfeldern für den Zeitraum 1911–1970 ausgewerteten Schiffsbeobachtungen besprochen. Großräumige Karten sowie Diagramme und Tabellen des Jahresganges werden für Bodendruck, Wind, Divergenz, relative Wirbelgröße, Wasseroberflächentemperatur (SST), Bewölkung und Niederschlagshäufigkeit dargeboten. Die Karten geben Einzelheiten im subsynoptischen Bereich wieder, wie etwa die winterlichen Kaltlufteinbrüche von der atlantischen zur pazifischen Seite der mexikanischmittelamerikanischen Landbrücke, die sich an orographisch begünstigten Stellen in Zungen von hoher Windgeschwindigkeit, antizyklonaler Wirbelgröße, und niederer SST bis weit in den offenen Pazifik hinein abzeichnen. Eine doppelgipflige Regenzeit ist für das westliche Karibische Meer und den östlichsten Pazifik längs der mittelamerikanischen Küste angezeigt, wobei das Maximum im September/Oktober bei weitem überwiegt.Zu den bezeichnendsten großräumigen Erscheinungen gehören eine Tiefdruckzone in der Nähe des Äquators, eine kinematische Achse, und zonal angeordnete Bänder von maximaler Bewölkung und Niederschlagshäufigkeit; dieses System ist jahreszeitlichen Verlagerungen von einer äquatornächsten Lage im Nordwinter zu weiter nördlichen Breiten im Nordsommer unterworfen. Die kinematische Achse hat über dem westlichen Atlantik die Eigenheiten einer Konfluenzzone, während sie über dem östlichen Pazifik eine Diskontinuität zwischen der von der Südhemisphäre vordringenden Südwestströmung und dem Nordostpassat darstellt. Eine leichte Doppelwelle im Jahresgang ist nur in der Breitenlage der kinematischen Achse über dem Pazifik zu erkennen. Das System ist im Nordsommer am kräftigsten entwickelt. Die Diskontinuität der Bodenströmung ist in die Tiefdruckzone eingebettet. Die Bänder von maximaler Konvergenz, Bewölkung und Niederschlagshäufigkeit bleiben im östlichen Pazifik ganzjährig erheblich äquatorwärts von der Strömungsdiskontinuität während sie über dem westlichen Atlantik im Nordwinter auf die Nordseite der kinematischen Achse überwechseln. Die für das vorliegende Projekt verfügbare räumliche Auflösung dürfte zum Verständnis der sogenannten Intertropischen Konvergenzzone wesentlich sein.

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With 15 Figures     

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

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

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Eine Studie zusammenwirkender Windsysteme verschiedener Größenordnungen, Canterbury Plains, Neuseeland

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

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With 11 Figures     

Aerial observations of stratospheric descent in a Gulf of Genoa cyclone

Summary The structure of a cyclone in the Gulf of Genoa on April 24, 25, 1982 is examined using an enhanced rawinsonde network, data from four ALPEX research flights, and satellite ozone and water vapor observations. This particular cyclone had, as a precursor, a mesoscale upper level vortex which approached the Alps from the north at a rate of about 400 km/6 hours. This small cyclone had a roughly axisymmetric tropopause fold. Cold air below the cyclone prevented it from having a surface pressure signature. Upon encountering the Alps, the cold air appeared to be deflected, allowing the cyclone reaching the Gulf of Genoa to extend to the surface. Aircraft data at thep447 mb level reveal a small volume of stratospheric air slightly ahead of the vortex center. This air is marked by high ozone concentration, low water vapor mixing ratio, and high relative vorticity. The boundaries of this region are very well defined with a horizontal scale of about 20 km, but with some evidence of advection and mixing processes. Satellite derived maps of vertically integrated ozone (TOMS) agree with the aircraft data regarding the position of the ozone maximum. Satellite images in the water vapor band /6.7 m) also agree with the aircraft data, and provide some information on the time evolution of the stratospheric intrusion.

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Luftbeobachtungen einer stratosphärischen Senkung in einer Genuazyklone

Zusammenfassung Es wird die Struktur einer Zyklone im Golf von Genua vom 24. und 25. April 1982, unter Verwendung eines verdichteten Radiosondennetzes, Daten von vier ALPEX-Forschungsflügen und Satellitenbeobachtungen von Ozon und Wasserdampf untersucht. Diese spezielle Zyklone hatte als Vorboten einen mesoskaligen Wirbel in der Höhe, der die Alpen vom Norden mit einer Geschwindigkeit von ca. 400 km/6 Std. erreichte. Diese kleine Zyklone wies eine ungefähr achsensymmetrische Senkung der Tropopause auf. Kalte Luft unterhalb der Zyklone verhinderte Anzeichen im Bodendruck. Beim Auftreffen auf die Alpen wurde die kalte Luft anscheinend abgelenkt, so daß sich die Zyklone beim Erreichen des Golfs von Genua bis zum Boden ausdehnen konnte. Flugzeugdaten aus dem Niveau mitp447 mb lassen eine kleine Menge stratosphärischer Luft etwas oberhalb des Wirbelzentrums erkennen. Diese Luft ist gekennzeichnet durch hohe Ozonkonzentration, niedriges Mischungsverhältnis und hoher relativer Vorticity. Die Grenzen dieser Region sind mit einem horizontalen Umfang von etwa 20 km sehr gut definiert, aber es gibt einige Anzeichen von Advektion und Mischungsprozessen. Mit Hilfe des Satelliten konstruierte Karten von vertikal integriertem Ozon (TOMS) stimmen mit den Flugzeugdaten über die Position des Ozonmaximums überein. Ebenso stimmen Satellitenbilder im Wasserdampfband (6.7 m) mit den Flugzeugdaten überein und liefern Informationen über den zeitlichen Ablauf der stratosphärischen Eindringung.

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With 19 Figures     

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

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

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Anwendung des Differenzenverfahrens vierter Ordnung auf ein baroklines Modell der Atmosphäre

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

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With 7 Figures     

Valley winds and slope winds — Observations and elementary thoughts

Summary This paper presents a state-of-the-art account of valley wind research, with a bias towards a typical large Alpine valley and towards weak-gradient synoptic conditions. At the center of our attention is the quasiperiodic thermal forcing mechanism which drives the local wind system, in particular the role of slope winds and of topographic relief.Slope winds are at the small-scale end of a whole spectrum of thermally direct circulations which act to transmit the sensible heat input along the slopes to the valley atmosphere via compensating vertical motions. We surmise that the dynamics of slope winds, which react instantly to changes of the insolation or radiation balance, is characterized by local, instantaneous equilibria, rather than by conventional entrainment and boundary layer concepts.As described by Steinacker, the area-height distribution of a valley segment is a fundamental geometric factor which affords a quantitative measure of the slope area available for heat exchange, and of the air volume which must be heated or cooled. Using this concept, one can easily explain why the daily range of the valley mean temperature is, on average, more than twice as large as that of the atmosphere over the adjacent plain. This horizontal temperature contrast between plain and valley, reversing sign twice daily, builds up a corresponding pressure contrast hydrostatically, thereby causing up- and downvalley winds.

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Berg- und Tal- bzw. Hangwinde — Beobachtungen und grundsätzliche Überlegungen

Zusammenfassung Wir berichten über den aktuellen Stand der Talwindforschung mit besonderer Betonung der Verhältnisse in den Alpen und vorzugsweise gradientschwache Wetterlagen betreffend. Einen Schwerpunkt unserer Darstellung bilden die quasiperiodischen thermischen Antriebskräfte der lokalen Windsysteme, vor allem die Rolle der Hangwinde und des Reliefs.Am kleinräumigen Ende eines Spektrums thermisch getriebener direkter Zirkulationsformen stehen die Hangwinde. Sie vermitteln der Talatmosphäre die an den Hängen umgesetzte fühlbare Wärme mittels kompensierender vertikaler Strömungen. Es wird vermutet, daß die Dynamik der Hangwinde eher durch lokale und spontane Gleichgewichtszustände beschrieben werden kann als durch die üblichen Entrainment- und Grenzschichtkonzepte.Steinacker hat gezeigt, daß die Flächen-Höhen-Verteilung von Talabschnitten ein quantitatives Maß der für die Wärmeumsätze zur Verfügung stehenden Hangflächen liefert, und gleichzeitig der abzukühlenden oder zu erwärmenden Luftvolumina. Die in einem Tal im Vergleich zum Vorland mehr als doppelt so große Tagesschwankung der vertikalen Mitteltemperatur kann damit leicht erklärt werden. Dieser horizontale Temperaturunterschied zwischen Ebene und Gebirge mit seinem täglich zweimaligen Vorzeichenwechsel baut hydrostatisch die entsprechenden Druckunterschiede auf, welche die Talein- und Talauswinde antreiben.

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With 14 Figures     

Fractal dimension of rainbands over Hilly terrain

Summary The fractal geometry of nature has been discerned in a bewildering variety of places. Perhaps the most fundamental property is the existence of structure at almost every space or time scale. It is generally accepted today for convective cloud and rain areas to have fractal structure with dimensionD4/3 for many orders of magnitude in area.During the ALPEX-SOP the Vienna airport weather radar's echoes on a PPI display were evaluated within a range of 150 km. The results indeed confirm the general thesis, but sometimes exhibit considerable deviations both in space and in time from the expected fractal dimension. AsD ought to be determined by the physical processses (includinginteraction with orography) which shape clouds, we have split the data set according to different orographic regions (upstream side, ridge, lee-side), and weather process types (prefrontal, frontal, postfrontal; type of organization of precipitation). Hence follows a moderate reduction in fractal dimension on the upwind side, a substantial growth ofD on the lee-side, especially in situations with strong vertical shear of flow velocities, e.g. characteristic of narrow cold-frontal precipitation bands.There is evidence that the individual change in shape of clouds and precipitation patterns is related to mesoscale variability of physical parameters involved. Furthermore there might be a possibility to interpret this transitory modification from the rule during the flow over hills in terms of turbulence alternation in the boundary layer.

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Fraktale Dimension von Niederschlagsbändern über hügeligem Gelände

Zusammenfassung Für die fraktale Geometrie der Natur gibt es eine Fülle von Beispielen. Die vielleicht hervorstechendste Eigenheit ist dabei die Existenz von Strukturen von fast jeglicher räumlicher oder zeitlicher Größenordnung. Es gilt heute als gesichert, daß konvektive Wolken- und Niederschlagsfelder über viele Größenordnungen ihrer Flächenausdehnung fraktale Strukturen der DimensionD4/3 aufweisen.Wetterradarbeobachtungen am PPI-Display des Flughafens Wien-Schwechat, während der ALPEX-SOP innerhalb 150 km Radius durchgeführt, stützen erwartungsgemäß diese These. Allerdings treten gelegentlich Abweichungen von der erwarteten fraktalen Dimension sowohl in räumlicher als auch in zeitlicher Hinsicht auf. DaD durch physikalische Prozesse (einschließlich derWechselwirkung mit der Orographie) bestimmt wird, welche die Wolken formen, haben wir die Echo-Daten nach verschiedenen orographischen Regionen (Luv, Kammlage, Lee) und nach Typen des Wetterablaufes (präfrontal, frontal, postfrontal; Art der Niederschlagsanordnung) getrennt. Damit zeigt sich eine geringe Abnahme der fraktalen Dimension im Luv von Hügelketten sowie ein beträchtliches Anwachsen vonD über der LeeSeite. Dies ist besonders in Fällen mit starker vertikaler Geschwindigkeitsscherung zu erkennen, wie es z.B. für schmale Niederschlagsbänder an Kaltfronten typisch ist.Es gibt Hinweise, daß die individuellen Formveränderungen von Wolken und Niederschlagsfeldern mit der mesoskaligen Variabilität der eingreifenden physikalischen Parameter verknüpft sind. Weiters sollte es möglich sein, diese vorübergehende Modifizierung des allgemeinen Verhaltens beim Überströmen einer Hügellandschaft, durch gleichzeitig einhergehende Veränderungen der Turbulenz-Charakteristik innerhalb der atmosphärischen Grundschicht zu deuten.

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With 3 Figures     

Untersuchung der atmosphärischen Trübung in Basel und ihrer Abhängigkeit von den Wetterlagen

Zusammenfassung Die Ergebnisse von Trübungsbestimmungen mit Aktinometern in Basel aus den Jahren 1958–1960 werden im Zusammenhang mit den Witterungslagen bearbeitet. Bei einem durchschnittlichen Wert vonB=0,127 ergeben sich für Föhnlagen sowie für Hochdrucklagen mittlere Werte von 0,090–0,100, für flache Druckverteilung und für Advektionslagen kontinentaler Luft solche von 0,140–0,170. Maritime Luftmassen zeigen durchwegs geringere Trübung als kontinentale, was auf einen Unterschied der mitgebrachten Trübung hinweist; daneben spielen aber auch die Unterschiede der Durchmischung eine wesentliche Rolle.Es zeigt sich, daß die Trübung sowohl von den Boden- als auch von den Höhenwinden abhängig ist. Während der Höhenwind eher indirekt als Indikator für die Witterungslagen auftritt, die unterschiedliche Bedingungen für die Trübungsanhäufung und auch für den großräumigen Trübungstransport bringen, treten die Bodenwinde als direkte Möglichkeiten des Trübungstransports in Erscheinung. Vor allem bei Abwesenheit großräumiger Luftmassenadvektion während mehrerer Tage tritt der Einfluß der Bodenwinde stark hervor. In dieser Situation können auch recht bedeutende Unterschiede innerhalb des Stadtgebietes mit Maxima im Lee der Trübungsquellen beobachtet werden, wie die Bearbeitung von Meßfahrten der Jahre 1963–1965 zeigt.

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Investigation on the atmospheric turbidity at Basle and its relations with the weather situations

Summary The results of turbidity measurements undertaken at Basle in the years 1958 to 1960 by means of actinometers are discussed in their relations with the weather situations. Whereas the overall average value isB=0.127, the mean values for foehn and for high pressure situations are between 0.090 and 0.100; for flat pressure distribution and for situations of advection of continental air they amount to 0.140–0.170. Maritime air masses generally show smaller turbidity than continental ones, what indicates differences of the turbidity advected; besides, differences of air mixing may play a considerable rôle too.It is a feature that the turbidity depends on the surface winds as well as on the uper winds. While the upper winds are a more indirect indicator of the weather situations which produce different conditions for the accumulation and for the large-scale transport of turbidity, the surface winds are more effective for the transport of turbidity. Especially during the absence of large-scale air mass advection during a few days, the effect of surface winds becomes predominent. In such situations important differences within the town can be observed with maxima in the lee of the turbidity sources, what could be stated by means of measuring trips in 1963–1965.

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Mit 10 Abbildungen     

The Tropical easterly Jet and Sudan rainfall: A review

Summary Recent work on Sahelian rainfall anomalies has concentrated on modelling of both ocean heat anomaly forcing of regional low-mid troposphere circulation and land surface forcing of precipitation processes. This paper, however, assesses the role of an upper troposphere synoptic feature of importance in modulating surface rainfall over Sudan in the eastern Sahel: the Tropical easterly Jet (TEJ). The TEJ provides an example of an inter-regional circulation feature linking the Sahelian and southeast Asian monsoons and ultimately, perhaps, forced by ENSO-related anomalies. Using the literature, intra-and inter-year variations in TEJ intensity, latitude and extent over northeast Africa are discussed and related to the lower tropospheric ITD and precipitation anomalies. The paper outlines ideas to be pursued in relating TEJ behaviour to surface rainfall, upper air windflow, and mid-troposphere water vapour (WV) as derived from METEOSAT data.

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Zusammenfassung Die neueren Arbeiten über die Niederschlagsanomalien im Sahel haben sich auf die Modellierung der ozeanischen Wärmeanomalien, hervorgerufen von der regionalen Zirkulation der unteren und mittleren Troposphäre, sowie der Niederschlagsentstehung durch Landoberflächenprozesse konzentriert. Dagegen wird in der vorliegenden Studie die Rolle eines wichtigen synoptischen Phänomens der oberen Troposphäre abgeschätzt, das den Niederschlag im Sudan und somit der östlichen Sahelzone beeinflußt: der tropische Ost-Strahlstrom (TEJ). Der TEJ liefert ein Beispiel für ein überregionales Zirkulationssystem, das mit dem Monsun im Sahel und in Südostasien in Zusammenhang steht und möglicherweise letztlich von ENSO-Anomalien gesteuert wird. Auf Grund der Literatur werden die intra- und interannuären Variationen der TEJ-Intensität, einschließlich seiner Breitenlage und Ausdehnung, im nordöstlichen Afrika diskutiert und zur niedertroposphärischen IT sowie zu Niederschlagsanomalien in Beziehung gesetzt. Der vorliegende Beitrag umreißt die Vorstellungen, die zu verfolgen sind, um das TEJ-Verhalten mit dem Niederschlag, der hochatmosphärischen Strömung sowie dem Wasserdampfgehalt der mittleren Troposphäre, bestimmt aus METEOSAT-Daten, zu verknüpfen.

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With 4 Figures     

Sensitivity analysis of the 1-D convective cloud model outputs on the dynamical parameters

Summary Forced 1-D time-dependent numerical model of Cb cloud is used to analyse the sensitivity of the model products on dynamical parameters. The model considers the processes of horizontal entrainment, forced lifting through the cloud base as well as the six forms of water substance: water vapour, cloud water, cloud ice, rain, snow and hail. Atmospheric soundings for deep storm situation are used as initial and evironmental conditions.The maxima model values of vertical velocity, cloud water, rain water and ice mixing ratios, temperature excess, cloud top height and radar reflectivity are under the strong influence of the parameters of entrainment, amplitude of initial vertical velocity and forced vertical velocity. The most visible influence is that of forced vertical velocity on the ice content.The model values agree well with observations in one case for selected dynamical conditions.

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Zusammenfassung Ein 1-D-zeitabhängiges numerisches Modell einer Cumulonimbuswolke wird für eine Sensitivitätsanalyse der Modellergebnisse nach dynamischen Parametern herangezogen. Im Modell werden Prozesse des horizontalen Entrainments und der erzwungenen Hebung durch die Wolkenbasis sowie Wasser in sechs Erscheinungsformen beachtet: Wasserdampf, Wolkenwasser, Wolkeneis, Regen, Schnee und Hagel. Atmosphärische Sondierungen von heftigen Sturmsituationen werden als Anfangs- und Randbedingungen verwendet.Die maximalen Modellwerte der Vertikalgeschwindigkeit, des Wolken- und Regenwassers und des Eismischungsverhältnisses, des Temperaturüberschusses, der Höhe der Wolkenobergrenze und der Radarreflektivität werden stark von den Entrainmentparametern und der Amplitude der ursprünglichen wie der erzwungenen Vertikalgeschwindigkeit beeinflußt. Am sichtbarsten ist der Einfluß der erzwungenen Vertikalgeschwindigkeit auf den Eisgehalt.Die Modellwerte stimmen gut mit Beobachtungen für einen Fall mit ausgesuchten dynamischen Bedingungen überein.

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With 7 Figures     

Some maps of isanomalies in energy balance climatology

Summary A series of world maps of isanomalies of annual and seasonal global radiation, net radiation, latent heat flux, sensible heat flux, maps of residuals from regression, radiation efficiency, and the Bowen Ratio have been constructed on the data base ofBudyko's Atlas of the Heat Balance of the Earth, 1963. Among the major features observed was the dissimilarity in patterns of isanomalies for the eastern and western sectors of the world's semi-permanent subtropical highs and the great difference between oceanic and continental surfaces.

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Zusammenfassung Auf Grund der Werte vonBudykos Atlas der Wärmebilanz der Erde (1963) wurden eine Anzahl Weltkarten der Isanomalien der jährlichen und der jahreszeitlichen Werte für die Globalstrahlung, die totale Strahlungsbilanz, den latenten und den fühlbaren Wärmefluß sowie Karten für die Abweichungen von der Regressionsgeraden, für den Strahlungsgenuß und für den Bowen-Quotienten konstruiert. Als Hauptergebnisse sind die Unähnlichkeit im Verlauf der Isanomalien zwischen dem östlichen und dem westlichen Sektor der semipermanenten Hochdruckgebiete der Subtropen sowie die großen Unterschiede zwischen ozeanischen und kontinentalen Gebieten zu nennen.

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Résumé En partant des valeurs publiées parBudyko dans son Atlas du bilan thermique de la Terre (1963), on a établi un certain nombre de cartes du globe. Sur celles-ci, on a reporté les isanomalies des valeurs annuelles et saisonières de la radiation globale, du bilan total radiatif, du flux des chaleurs latente et sensible ainsi que l'écart à la droite de régression pour le rayonnement reçu et pour le rapport de Bowen. Le résultat principal en est l'appararition de dissemblances dans le cours des isanomalies entre les secteurs oriental et occidental des anticyclones semipermanents des zones subtropicales ainsi que de différences importantes entre les régions océaniques et continentales.

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With 28 Figures     

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     

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

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

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

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

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With 15 Figures     

Zur Vorticityproduktion bei zyklogenetischen Prozessen

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

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On production of cyclonal vorticity in cyclogenetic processes

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

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Mit 10 Abbildungen     

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     

Rapid evolution of a jet streak circulation in a pre-convective environment

Summary An analysis of upper- and lower-tropospheric jet streaks and their associated vertical circulations prior to and during the Red River Valley severe weather outbreak of 10 April 1979 is presented utilizing the three-hourly SESAME data sets. The paper emphasizes the transformation of a transverse indirect circulation within the exit region of an upper-level jet streak (ULJ) in which the cross-contour components of the upper-level ageostrophic flow diminish in magnitude and reverse direction as the circulation's ascending branch shifts from the cyclonic-shear side to a position along the axis of the ULJ. The change in character of the vertical circulation over a 3- to 6h period appears to be related to the increasing cyclonic curvature associated with the propagation and amplification of a short-wavelength trough embedded within cyclonic flow.A low-level jet (LLJ) forms initially within the lower branch of the indirect circulation across Texas and later intensifies, in large part, as a response to a propagating and amplifying short-wavelength trough. However, the lack of a corresponding increase of upperlevel mass divergence during this period points to the possibility also influence the low-level Montgomery streamfunction (_m) tendencies that are a significant contributor to the forcing for the LLJ. The three-hourly data also indicate that differential advections associated with jet streak circulations and boundary layer heating can change markedly over very short periods of time and act to destabilize convectively relatively small regions immediately prior to convective outbreaks. The premise that pre-convective environments evolve over a synoptic time- and space-scale (while only the release of the convective instability occurs on the mesoscale) may, therefore, not be correct.

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Die schnelle Entwicklung einer Jetstreak-Zirkulation unter vorkonvektiven Bedingungen

Zusammenfassung Es wird eine Analyse von Jetstreaks der höheren und unteren Troposphäre und die damit verbundenen vertikalen Zirkulationen vor und während des Unwetters beim Red River Valley vom 10. April 1979 mit Hilfe der dreistündlichen SESAME-Daten vorgestellt. Die Arbeit betont die Transformation der Normalkomponente der indirekten Zirkulation im Endbereich eines Jetstreaks im oberen Niveau (ULJ). Hier verringert sich diese Komponente der ageostrophischen Strömung und kehrt ihre Richtung um, wobei der aufsteigende Ast sich von der Seite der zyklonalen Scherung auf eine Position bei der Achse des ULJ verschiebt. Diese änderung der vertikalen Zirkulation in 3 bis 6 Stunden scheint mit der vermehrten zyklonalen Krümmung, die mit dem Fortschreiten und der Verstärkung eines kurzwelligen in die zyklonale Strömung eingebetteten Troges verbunden ist, einherzugehen.Ein Jetstream im unteren Niveau (LLJ) entsteht zuerst im unteren Ast der indirekten Zirkulation über Texas und verstärkt sich später großteils aufgrund der Veränderung des kurzwelligen Troges. Das Fehlen einer entsprechenden Massendivergenz im oberen Niveau deutet jedenfalls darauf hin, daß Prozesse in der planetaren Grenzschicht (PBL) ebenfalls die Änderungen in der Montgomery Stromfunktion (_m) beeinflussen, die einen wichtigen Beitrag für den Antrieb des LLJ darstellen. Die dreistündlichen Daten weisen ebenfalls darauf hin, daß unterschiedliche Advektionen, die mit Jetstreak-Zirkulationen verbunden sind und die Erwärmung in der Grenzschicht sich in kurzer Zeit deutlich ändern und unmittelbar vor konvektiven Ausbrüchen relativ kleine Gebiete destabilisieren können. Daher mag die Annahme, daß sich vorkonvektive Bedingungen in einem synoptischen Zeit-und Raumscale entwickeln (während nur das Freiwerden der konvektiven Instabilität im Mesoscale auftritt) nicht richtig sein.

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With 18 Figures