ISSN:
1436-5065
Source:
Springer Online Journal Archives 1860-2000
Topics:
Geography
,
Physics
Description / Table of Contents:
Zusammenfassung Die vorliegende Untersuchung befaßt sich mit den Schwankungen zehnjähriger Stundenmittel der Temperatur auf dem Mt. Washington. Besonders die unerwarteten Resultate werden mit den Beobachtungen auf dem Sonnblick-Observatorium verglichen, um Realität und Zufall zu unterscheiden. Der Sonnblick ist 1192 m höher als der Mt. Washington und trotzdem ist der letztere noch im Wintermittel um 1,8° C kälter. Eine Luftmassenerklärung scheint naheliegend. In Tabelle 3 werden die Abweichungen der Stundenmittel von den zehnjährigen Monats- und Jahresmitteln gegeben. Tabelle 4 enthält die mittlere Tagesschwankung der Temperatur für Mt. Washington, Sonnblick und Obir. Der Vergleich der mittleren Tagesschwankung auf frei exponierten Gipfeln mit der in der Ebene und in Tälern zeigt, daß die Größe der Tagesschwankung unabhängig von der Höhe ist, soweit Stationen an der Erdoberfläche in Betracht kommen. Auf freien Gipfeln hängt die Tagesschwankung von der Größe des Luftaustausches, der Bewölkung, der Breite und von der Größe und den physikalischen Eigenschaften der Gipfeloberfläche ab, soweit sie in den Erwärmungsprozeß der Luft im Bereich der Beobachtungsstation einbezogen erscheint. Obwohl die Kurve, die den mittleren monatlichen Tagesgang der Temperatur darstellt, komplexer Natur ist, wurde eine Analyse mittels Fourierscher Reihen gewählt, vor allem, um einigen Einblick in die Beziehungen zwischen der Halbtagswelle des Luftdrucks und der der Temperatur zu erhalten. Die harmonischen Konstanten für Monat und Jahr erscheinen in Tabelle 6, die Zeiten der Maxima des ersten und zweiten harmonischen Terms in Tabelle 7. Der PhasenwinkelA 1 (des ersten Terms) zeigt ein ganz unerwartetes Verhalten. Die am Mt. Washington gefundene Form der Jahresschwankung vonA 1 ist mit Hilfe des vorliegenden Materials wohl nicht erklärbar. DieRealität der Schwankungsform scheint jedoch kaum zweifelhaft, da die Schwankungen auf dem Mt. Washington und auf dem Sonnblick, bei geeigneter Wahl der Skalen im Diagramm, einen weitgehenden Parallelismus zeigen. Derjährliche Gang der Amplitude α1 wird für den Mt. Washington durch eine einfache Sinuskurve wiedergegeben. Auf dem Sonnblick ist es eine aus drei Geraden zusammengesetzte Linie, die die analoge Schwankung mit guter Genauigkeit darstellt. Die verschiedenen physikalischen Eigenschaften der beiden Gipfeloberflächen erlauben eine ausreichende Erklärung. Stichproben zeigen, daß die Fourier-Reihen so rasch konvergieren, daß der Tagesgang der Temperatur auf Berggipfeln durch die ersten zwei Glieder mit genügender Genauigkeit wiedergegeben wird. Im Mittel des Jahres tritt das (mittagnächste) Maximum des zweiten Terms auf dem Mt. Washington um 13,3, auf dem Sonnblick um 13,5 ein. DieJahresschwankung von α2(Halbtagsamplitude) erreicht auf beiden Gipfeln ihre Maxima zu den Aequinoktien. α2 ist relativ zu α1 quasikonstant. Da nunA 2 (Phasenwinkel des zweiten Terms) weiniger variabel ist alsA 1, so zeigt das ganze zweite Glied eine kleinere Veränderlichkeit als das erste. Auf dem Mt. Washington kommt α2 im Dezember praktisch der Größe von α1 gleich, auf dem Sonnblick werden im gleichen Monat 59% von α1 erreicht. Die angeführten Tatsachen sprechen für die Annahme, daß derzweite harmonische Term der Tagesschwankung der Temperatur auf frei exponierten Gipfeln seineselbständige physikalische Bedeutung hat. Im Gegensatz zum ersten, dem “statischen” Term, der beinahe ausschließlich durch Strahlungsprozesse hervorgerufen wird, mag der zweite Term seine Existenz “dynamischen” Ursachen zu verdanken haben. Alle Anzeichen sprechen dafür, daß auf freigelegenen Gipfeln der mittleren Breiten die Halbtags-Oszillation der Temperatur, abgesehen von anderen, schwer abzuschätzenden Faktoren, eine Folge der westwärts wandernden Halbtagswelle des Luftdrucks ist und von ihr gesteuert wird.
Abstract:
Résumé La présente étude porte sur les variations des moyennes de dix ans des températures horaires au Mt. Washington. Les résultats particulièrement les inattendus sont comparés aux observations du Sonnblick pour distinguer la réalité du hasard. Ce dernier observatoire est situé 1192 m plus haut que Mt. Washington, et celui-ci est pourtant plus froid de 1,8° en hiver; une différence de masse d'air semble en être la cause. Le tableau 3 contient les écarts des moyennes horaires par rapport aux moyennes décennales mensuelles et annuelles. Le tableau 4 illustre l'amplitude diurne moyenne de température au Mt. Washington, au Sonnblick et à l'Obir. La comparaison de l'amplitude diurne moyenne de la température entre des sommets assez isolés et la plaine, et les vallées montre que cette amplitude est indépendante de l'altitude pour autant qu'il s'agisse de stations attachés au sol. Sur les sommets, la variation diurne dépend de l'échange turbulent, de la nébulosité, de la latitude, de l'étendue et des propriétés physiques de la surface des sommets, à mesure que cette dernière intervienne dans le processus du réchauffement de l'air au voisinage de la station d'observation. Bien que la courbe mensuelle moyenne de la variation diurne de température soit complexe, elle est dévelopée en séries de Fourier, particulièrement dans le but d'examiner les relations entre les ondes semi-diurnes de pression atmosphérique et celles de la température. Le tableau 6 contient les constantes harmoniques pour les mois et l'année, le tableau 7 les temps des maxima du premier et du deuxième termes. La phaseA 1 a un comportement inattendu; la forme de sa variation annuelle au Mt. Washington ne peut pas s'expliquer au moyen d'observations usées ici mais sa réalité ne peut pas être mise en doute; car la comparaison avec le Sonnblick démontre un parallélisme accentué, si les echelles du diagramme sont choisies proprement. La marche annuelle de l'amplitude α1 se représente au Mt. Washington par une sinusoïde simple; au Sonnblick elle se compose de trois droites reproduisant la marche analogue. Les différent caractères physiques des surfaces des deux sommets expliquent aisément les divergences. Il est démontré que les séries de Fourier convergent si rapidement que deux termes suffisent pour représenter assez exactement la variation diurne de la température aux stations des sommets. En moyenne de l'année, le maximum du deuxième terme (le plus près du midi), apparaît à 13,3 h au Mt. Washington et à 13,5 h au Sonnblick. La variation annuelle de α2 atteint le maximum aux équinoxes pour les deux sommets. α2 est quasi-constant par rapport à α1. CommeA 2 varie moins queA 1, l'entier deuxième terme a une variabilité plus petite que premier. Au Mt. Washington, α2 est presque égal à α1 en décembre; au Sonnblick, ce sont 59% de α1 au même mois. Les faits cités conduisent à admettre que le deuxième terme harmonique de la variation diurne de la température aux sommets assez isolés a une signification physique propre; au contraire du premier terme, lestatique, presque exclusivement causé par le rayonnement, le second terme doit son origine à des causesdynamiques. Tout porte à conclure qu' aux sommets assez isolés dans les latitudes moyennes, — sans compter d'autres facteurs difficiles à déceler —, la variation semi-diurne de la température est causée et dirigée par l'onde semi-diurne de la pression atmosphérique progressant vers l'Ouest.
Notes:
Summary The variations of ten year's hourly temperature averages on Mt. Washington, N. H., are investigated. The results, especially the unexpected ones, are compared with the respective data for the Sonnblick Observatory (Austrian Alps) in order to distinguish between reality and chance. Sonnblick is 3911 ft higher than Mt. Washington. Nevertheless, the latter is on the average 3.2 Fdeg colder in winter. An explanation by means of air mass is suggested. Hourly deviations from ten year's monthly and yearly averages are given in Table 3. Table 4 shows the average daily temperature ranges for Mt. Washington, Sonnblick and Obir (Austria). The comparison of the average daily range on freely exposed summits, at stations in the plain, and those in valleys shows that the daily range is independent of elevation as far as surface bound places are concerned. On free, isolated summits the daily range depends upon conditions of average air exchange, cloudiness, latitude, and the size and local physical conditions of the summit surface involved in the air heating processes. Although the curve representing the average diurnal temperature variation for a month is of more or less complex nature, Fourier series are used for the analysis, in oder to get some insight into the relations between the semi-diurnal pressure wave and the half-day temperature wave. The harmonic constants (for the months and year) appear in Table 6; the times of the maxima for the first and the second harmonic term in Table 7. The phase angle of the first term,A 1, shows a quite unexpected behavior. Although the observed variation ofA 1 in the course of the year could not be explained by means of the available material, the reality of the phenomenon could be demonstrated by a good parallelism of the variations on Mt. Washington and on Sonnblick. For Mt. Washington the annual variation of the amplitude α1 can be represented by a simple sine curve. On Sonnblick, a kinked line consisting of three rectilinear sections shows the annual variation of α1, with good approximation. The different physical conditions of the surface of the two summits offer a clear explanation. Random samples make it likely that the Fourier series representing the diurnal variation of temperature on mountain summits show a rapid convergence so that the oscillation is described by the first two terms with sufficient accuracy. On the average for the year, the maximum of the second term (nearest to noon) occurs at 13.3 h on Mt. Washington, and at 13.5 h on Sonnblick. Theannual variation of α2 shows maxima at the equinoxes on both summits. The amplitude α2 is quasi-constant relative to α1, the amplitude of the first harmonic. SinceA 2 (phase angle of the second term) is less variable than isA 1, theentire second harmonic is less variable than is the first harmonic. In December, the magnitude of α2 is practically the same as that of α1 on Mt. Washington while on Sonnblick in the same month α2 reaches 59% of α1. In summer, the ratio α2/α1 is at a minimum on both mountains. Altogether, the various facts mentioned above support the assumption that the second harmonic of the diurnal temperature variation on freely exposed summits has its independent, special physical significance. In contrast to the first, the “static” harmonic, which is almost exclusively produced by radiation processes, the second harmonic appears to be due to dynamic causes. All indications point to the idea that on freely exposed summits in middle latitudes the semidiurnal temperature oscillation is a consequence of the westward moving half-day pressure wave and is steered by it, aside from other possible factors that are difficult to appraise.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/BF02248853
Permalink
