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A study of the kinetic energy budget of the troposphere over the Caribbean Sea and the Gulf of Mexico (1967)

Hastenrath, Stefan L.

Springer

Pure and applied geophysics 68 (1967), S. 173-185

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ISSN: 1420-9136

Source: Springer Online Journal Archives 1860-2000

Topics: Geosciences , Physics

Description / Table of Contents: Zusammenfassung Die Kinetische Energie-Bilanz über dem Amerikanischen Mittelmeer während der Winter-(November–April) und Sommerhälfte (Mai-Oktober) des Jahres 1960 wird für die Schichten 1000/350, 850/700, 700/500 und 500/300 mb untersucht. Vertikaltransporte, seitlicher Export und die Produktion von kinetischer Energie werden direkt von den zweimal täglichen Radiosondenaufstiegen berechnet, während die Vernichtung kinetischer Energie als Restglied der Energiegleichung bestimmt wird. Der Energieverbrauch in der Grenzschicht wird unabhängig auf Grund von Schiffsbeobachtungen des Jahres 1960 abgeschätzt. Die Vernichtung kinetischer Energie hat in der Schicht 1000/850 mb die Grössenordnung von 1·103 ergs·cm−2·sec−1, und nimmt nach den höheren Schichten zu ab. Das Restglied der Energiegleichung zeigt eine Produktion kinetischer Energie vor allem für die Schicht 500/300 mb im Winter an. Das erscheint verträglich mit den Ergebnissen anderer Autoren. Wegen der in den Berechnungsverfahren liegenden Unsicherheiten kommt den Absolutwerten nur begrenzte Gültigkeit zu.

Notes: Summary The budget of kinetic energy over the Caribbean Sea and the Gulf of Mexico during the winter (November–April) and Summer (May–October) half-years of 1960 is established for the finite atmospheric layers 1000/850, 850/700, 700/500, and 500/300 mb. Vertical transports, lateral outflow, and generation of kinetic energy are computed directly from twice-daily aerological soundings, while the ‘dissipation’ term is obtained as a residual. The frictional dissipation in the boundary layer is independently computed from 1960 ship observations. Kinetic energy dissipation is of the order of 1·103 ergs·cm−2 in the layer 1000/850 mb, decreasing in the higher layers. The residual ‘dissipation’ term would indicate a production of kinetic energy, particularly for the layer 500/300 mb in winter. This would appear consistent with results by other authors. Due to the uncertainties inherent in the computational procedures, however, only limited confidence can be given to the absolute values.

Type of Medium: Electronic Resource

URL: http://dx.doi.org/10.1007/BF00874893

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2

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A study of the atmospheric circulation between equator and 60oN during the winter and summer seasons (1969)

Hastenrath, Stefan L.

Springer

Pure and applied geophysics 77 (1969), S. 207-226

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ISSN: 1420-9136

Source: Springer Online Journal Archives 1860-2000

Topics: Geosciences , Physics

Notes: Summary The mean zonal and meridional wind components and the mean mass circulation in different latitudes are discussed in relation to previous studies. Divergence and vertical motion are calculated for various latitude belts. There is evidence for a strong tropical Hadley cell with a temperate latitude indirect circulation during the winter season. During summer, the northern Hadley cell is weaker and displaced poleward; a circulation in the opposite sense appears in equatorial latitudes. The regional patterns of divergence and vertical motion appear related particularly to the position of the subtropical high pressure cells. Subsidence and lower-layer divergence are characteristic of the eastern flanks of the subtropical anticyclones, while the opposite pattern prevails on its western flanks. These longitudinal contrasts appear particularly pronounced during the summer season. The three-dimensional flow pattern in the tropics is illustrated by selected trajectories for the winter and summer seasons.

Type of Medium: Electronic Resource

URL: http://dx.doi.org/10.1007/BF00876016

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3

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Computations of the tropospheric radiation budget in the Caribbean and Gulf of Mexico area for clear sky conditions (1967)

Hastenrath, Stefan L.

Springer

Pure and applied geophysics 66 (1967), S. 140-155

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ISSN: 1420-9136

Source: Springer Online Journal Archives 1860-2000

Topics: Geosciences , Physics

Description / Table of Contents: Zusammenfassung Absorption von Sonnenstrahlung und langwellige Ausstrahlung für wolkenfreien Himmel wurden für den Bereich des Amerikanischen Mittelmeers berechnet, auf Grund herkömmlicher Radiosondenaufstiege im Jahre 1960. Die Ergebnisse werden mit Hinblick auf die in der Literatur verfügbaren Breitenkreismittelwerte diskutiert. Absorption von Sonnenstrahlung und langwellige Ausstrahlung ändern sich mit der geographischen Breite besonders stark im Winter, wogegen horizontale Unterschiede im Sommer weniger ausgeprägt sind. Eine relativ starke Absorption von Sonnenstrahlung scheint in den unteren Schichten über der Karibischen See stattzufinden. Die langwellige Ausstrahlung ist besonders stark um 700 mb und unterhalb des 950 mb-Niveaus, und zwar sowohl im Sommer wie im Winter. Das steht im Gegensatz zu den Ergebnissen vonLondon, stimmt aber mit einer neueren Studie vonDavis überein. Die für wolkenfreien Himmel berechnete langwellige Ausstrahlung bis hinauf zum 500 mb-Niveau ist etwas grösser als die aus Aufstiegen von Radiometersonden im Herbst 1960 gewonnenen Werte vonRiehl. Unterschiede zwischen den Daten vonRiehl und den Breitenkreismittelwerten vonLondon scheinen im wesentlichen aus unterschiedlichen Bewölkungsverhältnissen herzurühren. Die aus Absorption und langwelliger Ausstrahlung resultierenden Abkühlungsbeträge entsprechen im allgemeinen den vonLondon für mittlere Bewölkungsverhältnisse mitgeteilten mittleren Vertikalschnitten. Die effektive Ausstrahlung der Erdoberfläche zeigt im Winter eine Abnahme von der Karibischen See auf den dann kalten Nordamerikanischen Kontinent hin; Unterschiede mit der geographischen Breite verschwinden hingegen im Sommer. Die Berechnungen entsprechen den Tabellenwerten vonBudyko und den Abschätzungen vonRiehl für den Herbst 1960;London's Daten sowie Abschätzungen nach dem Nomogramm vonSverdrup hingegen sind deutlich höher.

Notes: Summary Computations of solar heating and infrared cooling for clear sky conditions in the area of the Central American Seas are presented, as based on conventional radiosondes in 1960. Results are discussed with regard to latitude mean data available in the literature. Both solar heating and infrared cooling display the most pronounced latitudinal variation in winter, while the distribution is rather uniform in summer. Large heating rates are found in the lower layers over the Caribbean Sea. The infrared cooling shows maxima around 700 mb and below the 950 mb level, in both summer and winter. This contrasts withLondon's result, but agrees with a more recent study byDavis. Infrared cooling rates computed for clear sky conditions up to 500 mb are somewhat larger than the results form radiometer soundings in fall 1960 as reported byRiehl. Discrepancies betweenRiehl's data andLondon's latitude mean values appear to result essentially from different cloud conditions. The pattern of net cooling is in general consistent withLondon's latitude mean cross-sections for average cloudiness. Effective outgoing radiation in winter displays a decrease from the Caribbean Sea towards the cold interior of the North American Continent, while latitudinal contrasts vanish during the summer season. Computations compare well withBudyko's table andRiehl's estimate for fall 1960, while they are substantially lower thanLondon's data and estimates fromSverdrup's graph.

Type of Medium: Electronic Resource

URL: http://dx.doi.org/10.1007/BF00875320

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4

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On the energy content of the atmosphere (1969)

Hastenrath, Stefan L.

Springer

Pure and applied geophysics 75 (1969), S. 268-277

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ISSN: 1420-9136

Source: Springer Online Journal Archives 1860-2000

Topics: Geosciences , Physics

Description / Table of Contents: Zusammenfassung Vertikalprofile des Gehalts an fühlbarer Wärme, potentieller Energie und latenter Wärme in der Atmosphäre zwischen 1000 and 100 mb werden für Januar und Juli und die Breitenkreise 0, 10, 20, 30, 40, 50, und 60°N abgeleitet. Gegensätze zwischen Land und See ändern sich mit geographischer Breite und Jahreszeit.

Notes: Summary Vertical profiles of the content of sensible heat, potential energy, and latent heat in the atmosphere between 1000 and 100 mb, during January and July, are derived for the latitude circles 0, 10, 20, 30, 40, 50, and 60°N. Contrasts between oceans and continents are found to vary significantly with latitude and season.

Type of Medium: Electronic Resource

URL: http://dx.doi.org/10.1007/BF00875061

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5

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Rainfall distribution and regime in Central America (1967)

Hastenrath, Stefan L.

Springer

Theoretical and applied climatology 15 (1967), S. 201-241

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ISSN: 1434-4483

Source: Springer Online Journal Archives 1860-2000

Topics: Geosciences , Physics

Description / Table of Contents: Zusammenfassung Jahreszeitliche Zirkulationsschwankungen auf der Westflanke der Nordatlantischen Hochdruckzelle sind verbunden mit aufsteigender Bewegung über dem Karibischen Meer während des Sommerhalbjahrs, mit einem sekundären Minimum im Hochsommer; von November an wird die Aufwärtsbewegung geringer, und ein starkes Absinken entwickelt sich gegen Ende des Winterhalbjahres. Änderungen der großräumigen Vertikalbewegung gehen mit Schwankungen in der Intensität der Passatinversion und der Ausbildung der Easterly Waves einher. Das Niederschlagsregime über dem Karibischen Meer folgt im wesentlichen den jahreszeitlichen Schwankungen der großräumigen Vertikalbewegung. Starke Gegensätze in Niederschlagsverteilung und-regime prägen sich andererseits auf der mittelamerikanischen Landbrücke aus. Sie sind im wesentlichen bestimmt durch Orientierung der Gebirge und des Küstenverlaufes in bezug zum jahreszeitlich veränderlichen Strömungsfeld. Orographische Effekte und Schubspannungs-unterschiede zwischen Land und Meer haben eine große Bedeutung für horizontale Strömungsdivergenzen in der Reibungsschicht. Wegen der Breitenabhängigkeit des Coriolis-Parameters sollten sich diese Effekte besonders stark in den Tropen auswirken. Die Ursachen für die ausgeprägten regionalen Unterschiede im Beginn der Regenzeit sowie das sekundäre Niederschlagsminimum im Hochsommer werden besonders diskutiert. In weiten Teilen der mittelamerikanischen Gebirge kann eine Höhenstufe maximalen Niederschlags unterhalb des 1000 m-Niveaus festgestellt werden. Klimaschwankungen der letzten Jahrzehnte zeigen regionale Unterschiede, die vor allem durch orographische Effekte und Schubspannungsunterschiede bedingt zu sein scheinen.

Abstract: Résumé Les variations saisonnières de la circulation atmosphérique sur le flanc ouest de l'anticyclone situé sur l'Atlantique septentrional impliquent un mouvement ascendant de l'air au-dessus de la Mer des Caraïbes durant le semestre d'été. Ce mouvement est interrompu par un minimum secondaire en juillet et août. La durée de ces mouvements ascendants diminue à partir du mois de novembre et un fort courant subsident s'y développe vers la fin du semestre d'hiver. Ces mouvements sont associés aux variations de l'inversion des alizés et à l'évolution de l'“ondulation de l'est”. Le régime des précipitations de la Mer des Caraïbes suit étroitement les variations saisonnières du champ des mouvements verticaux à grande échelle. On recontre par contre une grande diversité dans les régimes et la distribution des précipitations en Amérique Centrale. Cette constatation se contrôle qualitativement par l'orientation des chaînes de montagne et la configuration des côtes par rapport aux modèles d'écoulement saisonnier. C'est à dire que cette diversité est due à des effets de divergence et de convergence provenant des conditions orographiques et des conditions de frottement différencié entre la terre et la mer. Du fait de la variation du paramètre de Coriolis avec la latitude, les effets de divergence provoquée par le dit frottement différencié doivent être spécialement prononcés sous les tropiques. On discute ici en particulier les causes des variations régionales du début de la saison des pluies et du minimum secondaire des précipitations au milieu de l'été. Une ceinture du maximum des précipitations se retrouve au-dessous de 1000 m d'altitude dans la plus grande partie des montagnes de l'Amérique Centrale. Des fluctuations climatiques récentes présentent des différences régionales qui semblent dues principalement à des effets orographiques et à la divergence produite par le frottement différencié de l'air sur la terre et la mer.

Notes: Summary Seasonal variations of the atmospheric circulation on the western flanks of the North Atlantic Anticyclone imply upward motion over the Caribbean Sea during the summer half-year, with a secondary minimum in July and August, while ascending motion decreases from November onward, and a strong subsidence develops towards the end of the winter half-year. This is associated with variations in the persistence of the trade inversion and the development of the Easterly Waves. The precipitation regime over the Caribbean Sea follows closely the seasonal variations in the field of large-scale vertical motion. A large variety in rainfall distribution and regime is found, on the other hand, on the Central American Isthmus. In qualitative terms, this is controlled by the orientation of mountain ranges and the configuration of coast lines relative to the seasonal flow patterns, that is orographic and stress-differential induced divergence and convergence effects. Due to the latitudinal variation of the Coriolis parameter, stress-differential induced divergence effects should be particularly pronounced in the tropics. The causes for the regional variations in the beginning of the rainy season and the secondary rainfall minimum in midsummer are discussed particularly. An altitudinal belt of maximum rainfall below the 1,000 m level is found in large parts of the Central American mountains. Recent climatic fluctuations display regional differences which appear to be greatly due to orographic and stressdifferential induced divergence effects.

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URL: http://dx.doi.org/10.1007/BF02243853

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6

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Fourier analysis of Central American rainfall (1968)

Hastenrath, Stefan L.

Springer

Theoretical and applied climatology 16 (1968), S. 81-94

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ISSN: 1434-4483

Source: Springer Online Journal Archives 1860-2000

Topics: Geosciences , Physics

Description / Table of Contents: Zusammenfassung Der Jahresgang des Niederschlags an 131 Stationen in den verschiedenen Gebieten Mittelamerikas wird harmonisch analysiert. Die gesamte Varianz des mittleren Monatsniederschlags, der prozentuale Anteil der drei ersten harmonischen Komponenten, die den höheren harmonischen Komponenten zukommende Restvarianz, die Amplituden und Phasenwinkel der drei ersten harmonischen Komponenten sowie der Quotient der Amplitude der ersten zur zweiten Harmonischen, werden kartographisch dargestellt. Der Jahresgang des Niederschlags wird in den meisten Gebieten in befriedigender Weise durch die drei ersten Glieder dargestellt. Die verschiedenen Karten veranschaulichen die ausgeprägten regionalen Gegensätze zwischen der Karibischen und Pazifischen Seite des Isthmus und geben vor allem die räumliche Ausdehnung des sekundären Niederschlagsminimums um die Mitte der Regenzeit wieder. Die vorliegende quantitative Beschreibung ergänzt eine frühere Untersuchung über Niederschlagsverteilung und Regime in Mittelamerika.

Abstract: Résumé On soumet à une analyse harmonique la courbe annuelle des précipitations de 131 stations d'observation situées dans les différentes régions de l'Amérique Centrale. On a ainsi établi des cartes représentant les éléments suivants: la variance totale des précipitations mensuelles moyennes, le taux que représentent les trois premières composantes harmoniques, la variance restant c'est à dire celle qui provient des harmoniques supérieures, l'amplitude et l'angle de phase des trois premières composantes harmoniques, enfin, le quotient de la première à la seconde harmonique. Dans la plupart des régions, l'évolution annuelle des précipitations est exprimée de façon satisfaisante par les trois premiers éléments. Les différentes cartes démontrent de façon péremptoire les contrastes typiquement régionaux existant entre les côtes atlantique et pacifique de l'isthme et indiquent surtout l'extension du minimum secondaire des précipitations au milieu de la saison des pluies. Cette description quantitive complète une recherche précédente sur la répartition et les régimes de précipitations en Amérique Centrale.

Notes: Summary The annual variation of rainfall at 131 stations distributed all over Central America is subjected to harmonic analysis. Maps present the total variance of the mean monthly rainfall, the percentage variance of the first three harmonics, the residual contributed by the higher harmonics, the amplitudes and phase angles of the first three harmonics, and the ratio of the amplitudes of the first to te second harmonics. Annual rainfall curves are in most areas adequately reproduced by the first three harmonics. The various maps illustrate the marked regional contrasts between the Caribbean and the Pacific sides of the Isthmus and portray in particular the regional distribution of the secondary precipitation minimum around the middle of the rainy season. This quantitative description supplements an earlier study of rainfall distribution and regime in Central America.

Type of Medium: Electronic Resource

URL: http://dx.doi.org/10.1007/BF02248868

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7

Unknown

On the Pleistocene Snow-Line Depression in the Arid Regions of the South American Andes (1971)

Hastenrath, Stefan L.

Cambridge University Press

In: Journal of Glaciology. 1971; 10(59): 255-267. Published 1971 Jan 01. doi: 10.3189/s0022143000013228.

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Publication Date: 1971-01-01

Description: Field observations during a journey through the arid regions of the South American Andes in June-July 1969 are evaluated in conjunction with available air photographs and reports from adjacent regions of the High Andes. Results indicate an increase of the Pleistocene snow-line depression in the western Cordillera from about 700 m at lat. 12° S. to more than 1 500 m at lat. 30° S. The Pleistocene snow-line depression decreases from the Pacific to the Atlantic side of the Andes, but particularly strongly so on the poleward fringe of the arid region. From this geomorphic evidence it is suggested that the atmospheric circulation during the glacial period was characterized by an Equatorward displacement of the boundary between tropical easterlies and temperate-latitude westerlies.

Print ISSN: 0022-1430

Electronic ISSN: 1727-5652

Topics: Geography , Geosciences