ISSN:
1436-5065
Source:
Springer Online Journal Archives 1860-2000
Topics:
Geography
,
Physics
Description / Table of Contents:
Zusammenfassung Die absoluten TemperatureT (z, t) undT′ (z′, t) von Luft und terrestrischer Unterlage in der Nähe der Trennschicht der beiden Medien werden analytisch bestimmt mit der Bedingung, daß die Globalstrahlung nach einer einfachen oder einer beliebigen periodischen Funktion mit der Zeit variiert. Zu diesem Zweck wird versucht, under Berücksichtigung aller bestimmenden physikalischen Bedingungen des Problems das System der beiden Wärmegleichungen für Luft und für das terrestrische Substrat zu lösen. Diese gehen in der Energiegleichung für die Grenzbédingungen der Trennflächez=0 ineinander über. Ein Minimum an vereinfachenden Hypothesen erhöht den praktischen Wert der Resultate; die Annahme der Konstanz des AustauschkoeffizientenA=ϱK undA w = ϱ w A w der Luft und des Ozeans bildet die wichtigste Einschränkung. Das klassische Resultat, nach dem die Wärmewelle zur Globalstrahlung in Phase verschoben und ihre Amplitude proportional zur Strahlungsamplitude ist, wird bestätigt. Die Abschwächung der thermischen Amplitude sowie die Phasenverschiebung hängen aber von der Summe β′+β der thermischen Eigenschaften der Unterlage und der Luft ab; wobei β oder β′ überwiegt, je nachdem es sich um die Kontinente oder die Ozeane handelt. Für den letzteren Fall Wird die Theorie der Wärmeschwankungen zuerst unter der Annahme der Existenz einer isothermen Wasserschicht behandelt. Hernach wird die allgemeiner gültige Theorie entwickelt, welche gleichzeitig den TurbulenzaustauschA w und den Extinktionskoeffizientenq der Globalstrahlung im Ozean in Betracht zieht. Den Ausgangspunkt für die Theorie bildet die Wärmegleichung für ein Strahlungsdurchlässiges Medium. Die Resultate zeigen, daß die Oberflächenwärmewelle eine Abschwächung entsprechend dem Faktorq erfährt; dabei kann die Phasenverschiebung gegenüber der Globalstrahlung 91 Tage erreichen, während die maximale Verschiebung für die Kontinente nur 45 Tage beträgt. Die Vergleichung der theoretischen Resultate ergibt deren gute quantitative Übereinstimmung mit den Beobachtungstatsachen. Zum Schluß werden einige Anwendungen der Theorie gebracht; so wird z. B. gezeigt, daß diese eine sinngemäße Rechtfertigung der Gültigkeit der astronomischen Theorie der quaternären klimatischen Phasen gestattet.
Abstract:
Summary Absolute temperaturesT (z, t) andT′ (z′, t) near the interface of air and terrestrial substratum are analytically determined, under the condition that the total radiation varies with time according to a simple or to any other periodic function. To achieve this, the system of two equations of heat in air and terrestrial substratum is resolved in taking into account all the determining physical conditions of the problem. These conditions are considered in the energy boundary equation for the surface of separationz=0. A minimum number of simplifying hypotheses give a higher practical value to the results whose principal limitation lies in the fact that eddy conductivitiesK andK w of air and ocean water are supposed to be constant. The classical result that the thermal wave differs in phase from the total radiation and gives an amplitude proportional to that radiation is confirmed. However, the thermal damping and the lag in phase depend here of the sum β+β′ of the “thermal properties” of the substratum and the air, β and β′ being preponderant for continents and oceans respectively. In the last case, the theory of thermal oscillations is first studied with the aid of the hypothesis of an isothermal water layer. Then a more realistic theory is established which considers in addition the eddy diffusivityK w and the extinction coefficientq of the total radiation in the ocean. The basis of the theory is the heat equation for a semi-transparent medium. The results show that the surface thermal wave suffers a further damping due toq. In addition, the maximum temperature may lag behind the maximum radiation by as much as 91 days as against a maximum of 45 days for the continents. The discussion of the theoretical results shows their good quantitative agreement with the observations. Some practical applications of the theory are given. For example the validity of the astronomical theory of the climatic changes during the Quaternary period is rationally justified.
Notes:
Résumé On détermine analytiquement les températures absoluesT (z, t) etT′ (z′, t) dans l'air et dans le substrat terrestre, au voisinage de la surface de séparation de ces milieux, sous la condition que le rayonnement global varie dans le temps selon une fonction périodique simple ou quelconque. A cette fin, on s'attache à résoudre le système des deux équations de la chaleur dans l'air et dans le substrat terrestre en tenant compte de toutes les conditions physiques déterminantes du problème. Celles-ci interviennent dans l'équation énergétique aux limites pour le plan de séparationz=0. Un minimum d'hypothèses simplificatrices confère une plus haute valeur pratique aux résultats. Leur limitation principale réside dans le fait que les diffusivités turbulentesK etK w de l'air et de l'Océan sont supposées constantes. On retrouve le résultat classique selon lequel l'onde thermique est déphasée sur le rayonnement global et jouit d'une amplitude proportionnelle à celle de ce rayonnement. Toutefois, l'amortissement thermique et le déphasage dépendent cette fois de la somme β′+β des «propriétés thermiques» du substrat et de l'air, β et β′ étant alternativement dominant selon qu'il s'agit des Continents ou des Océans. Dans ce dernier cas, la théorie des oscillations thermiques est traitée d'abord en admettant l'existence d'une couche d'eau isothermique. On établit ensuite la théorie plus réaliste qui considère à la fois la diffusivité thermique turbulenteK w et le coefficient d'extinctionq du rayonnement global dans l'Océan. Le point de départ de la théorie est l'équation de la chaleur dans un milieu semi-transparent. Les résultats montrent que l'onde thermique de surface subit un amortissement complémentaire dû au facteurq, le déphasage sur le rayonnement global pouvant atteindre 91 jours alors que cette limite n'est que de 45 jours pour les Continents. La discussion des résultats théoriques montre leur bon accord quantitatif avec les faits observés. On termine par quelques applications de la théorie; on montre notamment que celle-ci valide rationnellement la théorie astronomique des phases climatiques quaternaires.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/BF02249282
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