Die Vertikaländerung des beschleunigungsfreien Windes in äquatorialen Breiten

Zusammenfassung Wie in mittleren und höheren Breiten bedingt auch am Äquator die meridionale Temperaturverteilung eine Vertikaländerung des reibungs- und beschleunigungsfreien Windes. Allerdings darf man dabei keine Drehung des Windvektors erwarten, da, wie gezeigt wird, sowohl am Äquator als auch in seiner Umgebung ausschliesslich rein zonale stationäre und beschleunigungsfreie Strömungen (bei verschwindenden zonalen Änderungen des Temperatur- und Druckgradienten) in Betracht kommen.

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Summary At the equator vertical variations of a frictionless and unaccelerated wind are caused by the meridional distribution of temperature in a similar way as in higher latitudes. Nevertheless there cannot be expected any deviation of the wind vector with high since only pure zonal winds free of acceleration may be possible around the equator and in its neighbourhood.

     

Modellrechnungen zu winderzeugten Bewegungen in einem Meer mit Sprungschicht

Zusammenfassung Nach Erörterung der benutzten vertikal integrierten Bewegungsgleichungen für ein Meer mit Sprungschicht sowie der Ansätze für Schubspannung und Reibung werden die Beziehungen zwischen Spiegel- und Sprungflächenlage und die Wirkung des Windschubs auf einen geschichteten Kanal diskutiert. Es folgt die Beschreibung der Windschubwirkung auf tropische Modellmeere mit Sprungschicht. Insbesondere wird das Ergebnis einer den Verhältnissen im Arabischen Meer bei beginnendem Sommermonsun nahekommenden Modellrechnung beschrieben, in der sich die Sprungschicht vor der afrikanisch-arabischen Küste um mehrere Dekameter hebt (upwelling), vor der indischen Küste ebenso stark absenkt. Parallel diesen Küsten treten zwischen dem 8. und 16. Tag Wellenkämme und-täler in der Sprungschicht und in der Oberfläche in genau gleicher Art auf, wie sie A. Defant [1950/1951] aus Beobachtungen vor der kalifornischen Küste im Zusammenhang mit auf- und ablandigem Windschub abgeleitet hat. Wir zeigen noch, daß diese Wellen nichts mit fortschreitenden zu tun haben können und leiten die dafür gebräuchliche Formel für die Fortpflanzungsgeschwindigkeit aus den vertikal integrierten Bewegungsgleichungen ab.Abschließend wird das Modell einer idealisierten Nordsee mit sommerlicher Sprungschicht beschrieben, in dem das Massen- und Geschwindigkeitsfeld durch ein vorüberziehendes Tiefdruckgebiet Änderungen erfährt. Dem Luftdruckminimum folgt eine Mulde mit zyklonaler Wasserzirkulation in der Oberschicht nach, welche noch geraume Zeit nach Abzug des Tiefs anhält. Die Sprungschicht hebt sich südlich der Bahn des Tiefs um einige Meter und entfaltet eine kräftige, südwärts fortschreitende Wellenbewegung an der östlichen Begrenzung. Auch in der Unterschicht herrscht eine zyklonale Wasserzirkulation vor; das untere Wirbelzentrum bleibt aber hinter dem der Oberschicht zurück und holt es erst nach Abzug der Zyklone ein. Beide Wirbelzentren liegen dann unter einer sich abschwächenden Mulde in der Wasseroberfläche.Unsere Modelle zeigen, daß es mit den heutigen Hilfsmitteln im Prinzip möglich ist, nicht nur die Einflüsse aktueller meteorologischer Faktoren auf die Wasseroberfläche, sondern auch ihre Wirkung auf die Massenverteilung innerhalb des Meeres zu ermitteln. Zur modellmäßigen Darstellung der allgemeinen Zirkulation des Meeres sind allerdings die hier nicht berücksichtigten Vermischungsvorgänge in Rechnung zu stellen.

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Numerical models on wind produced motions in a sea with a pycnocline

Summary After a treatment of the system of vertically integrated equations of motion concerning a sea with a pycnocline we discuss the stress and friction terms used here and the general relations connecting the variation of the surface with that of the pycnocline as well as the effect of wind stress in a double-layered canal. After that we regard the effects of wind stress and pressure of air on tropical model oceans with a pycnocline. Especially the result of a numerical computation of the behaviour of an idealized Arabian Sea in the beginning of the summer monsoon is described: The pycnocline is lifting by several decameters in front of the African and Arabian shores (upwelling) and is descending by the same number of decameters in front of the Indian coast. Between the eighth and sixteenth day there are contrary wave crests and troughs in the surface and in the pycnocline parallel to the African and Indian shores of exactly the same kind as those already derived from observations in front of the Californian coast by A. Defant [1950/1951] in connection with on-shore an off-shore winds.Concluding, we describe the model of an idealized North Sea with a summer thermocline where the fields of mass and velocity are affected by a passing low. Its centre is followed by a trough in the surface and a cyclonic circulation in the upper layer continuing even a long time after the low had passed. In the south of its path the thermocline ascents some meters and at the eastern shore it develops a vigorous wave motion propagating southward. A cyclonic circulation prevails also in the layer beneath the thermocline; its centre lags behind the curl centre of the upper layer but at last joins it after the low left the model sea. Both curl centres then come to lie underneath the gradually diminishing trough in the sea surface.As shown by our models, the modern aids make it possible, not only to compute the effects of the actual meteorological events on the sea surface but also their effects on the mass distribution within the sea. If, however, a model of the general circulation in the oceans is to be given, there should, at any rate, be taken into account the mixing processes of water masses neglected here.

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Modèles numériques pour le calcul des mouvements dûs au vent dans une mer ayant une couche de densité à discontinuité

Résumé Pour une mer ayant une couche de densité à discontinuité on discute le système des équations de mouvements, intégrées verticalement et on expose les termes du frottement tangentiel dû au vent et ceux de la friction interne employés dans ce travail. Puis on traite les relations générales qui existent entre les variations de la surface et celles de la couche de discontinuité et on décrit les effets du frottement tangentiel dû au vent dans un canal à deux couches. Aprés cela on étudie l'effet du frottement tangentiel dû au vent et la pression atmosphérique exercée sur des modèles de mers tropiques ayant des couches de discontinuité. On décrit surtout le résultat du calcul numérique du comportement d'une mer idéalisée arabique au commencement de la mousson estivale. Suivant ce calcul, la couche de discontinuité s'élève par plusieurs décamètres (upwelling) devant la côte afro-arabique et elle s'abaisse en même degré devant la côte indienne. Entre le 8^ième et le 16^ième jour il se présente, parallèlement à ces côtes, des crêtes et des creux de vagues opposées dans la couche de discontinuité et dans celle de la surface. Ces vagues sont de la même espèce que celles que A. Defant [1950/1951] a déjà dérivées des observations faites devant la côte de la Californie en présence du frottement tangentiel dû aux vents de terre et de mer. On montrera que ces vagues ne peuvent avoir aucun rapport aux vagues progressives et nous dérivons des équations verticalement intégrées de mouvement la formule en usage pour la vitesse de propagation.Ênfin, on décrit le modèle de la mer idéalisée du Nord, dans laquelle on suppose une couche estivale de discontinuité. Dans ce modèle le champ de masse et le champ de vitesse subissent de changements par le passage d'une aire de basse pression, dont le minimum atmosphérique est suivi d'une dépression qui de sa part, dans la couche supérieure de l'eau, est accompagnée d'une circulation cyclonique, qui se maintient même quelque temps après le passage de l'aire de basse pression. Au sud de sa trajectoire la couche de discontinuité s'élève par plusieurs mètres; à sa limite orientale elle développe de fortes vagues qui se propagagent vers le sud. Dans la couche qui se trouve au-dessous de la couche de discontinuité, une circulation cyclonique est également prédominante; son centre est en retard sur celui de la couche supérieure qu'il ne rattrapera qu'après le passage du cyclone. Les deux centres cycloniques se trouvent alors au-dessous de la dépression en voie de s'exténuer à la surface de l'eau.Les modèles montrent que les ressources modernes permettent, en principe, de calculer non seulement les effets des facteurs météorologiques actuels à la surface de l'eau, mais aussi leurs effets sur la distribution des masses dans l'océan. Si l'on veut, cependant, représenter la circulation générale en mer au moyen d'un modèle, il est nécessaire de tenir compte des processus de mélange non considérés dans cette étude.

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Hierzu Tafel 7 mit Abb. 7a-e, Tafel 8 mit Abb. 11a-d, Tafel 9 mit Abb. 12a-e

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Herrn Professor A. Defant zum 81. Geburtstag gewidmet.     

Solar modulation of galactic cosmic rays during 19–23 solar cycles

We make a detailed analysis of cross-correlation and time-lag between monthly data of galactic cosmic rays (GCRs) intensity and different solar activity indices (e.g., sunspot number, sunspot area, green coronal Fe line and 10.7 cm solar radio flux) during 19–23 solar cycles. GCRs time-series data from Kiel neutron monitor station and solar data from the last 50 years period, covering five solar cycles (19–23), and alternating solar polarity states (i.e., five A < 0 and four A > 0) have been investigated. We find a clear asymmetry in the cross-correlation between GCRs and solar activity indicators for both odd and even-numbered solar cycles. The time-lags between GCRs and solar parameters are found different in different solar cycles as well as in the opposite polarity states (A < 0 and A > 0) within the same solar cycle. Possible explanations of the observed results are discussed in light of modulation models, including drift effects.     

Extraterrestrial chromite distribution across the mid-Ordovician Puxi River section, central China: Evidence for a global major spike in flux of L-chondritic matter

Previous studies of mid-Ordovician limestone in Sweden have shown that over a stratigraphic interval representing a few million years there is a two orders-of-magnitude enrichment in fossil L-chondritic meteorites (Ø = 1-21 cm) and sediment-dispersed extraterrestrial chromite (EC) grains (>63 μm). This has been interpreted as a dramatic increase in the flux of L-chondritic matter to Earth following the breakup of the L-chondrite parent body, which based on Ar-Ar gas retention ages (470 ± 6 Ma) of recently fallen meteorites occurred at about this time. Here we show that the general trend in the distribution of sediment-dispersed EC grains can be reproduced in the Puxi River section in central China. A total of 288 kg of limestone was searched for chrome spinels. In samples spanning the lower 8 m of the section, representing the Paroistodus originalis and Lenodus antivariabilis conodont zones, a total of 110 kg of limestone yielded only one EC grain. Similarly to the Swedish sections, EC grains begin to be common in the overlying L. variabilis Zone and remain common throughout the upper 9 m of the section, representing the L. variabilis, Yangtzeplacognathus crassus and L. pseudoplanus zones. In this part of the section 178 kg of limestone yielded 290 EC grains, with an average chemical composition very similar to chromite from recent L chondrites. In most of the beds over this interval one finds 1-4 EC grains per kilogram rock, a clear two orders-of-magnitude enrichment relative to the lower part of the section. Small bed-by-bed variations in the EC content over the upper interval most likely reflect small variations in sedimentation rates. The Puxi River section contains only very rare terrestrial chrome spinel grains, which can be distinguished already by their rounded, abraded appearance compared to the angular, pristine extraterrestrial spinels. In the mid-Ordovician, based on paleoplate reconstructions, the Puxi River site was positioned at mid-latitudes on the southern hemisphere a couple of thousand kilometers east of the Swedish sites. The prominent enrichment of EC grains over the same stratigraphic interval in China and Sweden is supporting evidence for a dramatic increase in the flux of L-chondritic matter to Earth shortly after the disruption of the L-chondrite parent body in the asteroid belt.     

Evaluation of the intermediate-term periodicities in solar and cosmic ray activities during cycle 23

In this paper we investigate the presence and temporal evolution of galactic cosmic rays (GCRs) time-series and three solar parameters, namely the daily sunspot number, the coronal green line and the 10.7 cm solar radio flux over the period 1996–2003 by the wavelet technique. A number of short- and intermediate-term quasi-periodicities were also detected in both GCR and solar parameters. For the short-term range, we have identified quasi-periods of 16–30 days, 40–55 days, 60–70 days, 80–90 days and 80–100 days. In the case of intermediate range, the significant periods were 120–140 days, 150–170 days, 190–210 days, 240–260 days, ≈1.09 yr. and ≈1.23 yr. The wavelet power spectra show that all the above-mentioned periods are intermittent in nature and occurred in different time-series in different intervals. The result exhibits that the well-known “Rieger period” of (150–160 days) was prominent in both GCR and solar data sets during the ascending phase of cycle 23. Possible reasons behind the observed periods were discussed with the help of previous results and existing numerical models.