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A study of the mass, momentum and energy budget of the atmosphere

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Archiv für Meteorologie, Geophysik und Bioklimatologie, Serie A Aims and scope Submit manuscript

Abstract

Production and expenditure rates in the terrestrial budget of various air properties (mass of precipitable water and carbon dioxide, zonal and root mean square momentum, heat, and entropy) are studied. The discussion is based on graphs and diagrams which illustrate the global radiation and heat budget, dynamical energy forms and conversions, hydrologic and carbon dioxide cycles, and meridional cross sections of mass, momentum, heat, and entropy budget terms. A comparison of atmospheric property holdings with expenditure rates results in a fictitious interval of time required to annull the holdings. For momentum, precipitable water, and heat this interval of time has the order of magnitude of 100, 101, and 102 days, respectively.

Zusammenfassung

Es werden die Einnahme- und Ausgabeposten beim terrestrischen Haushalt verschiedener Eigenschaften der Luft (Wasserdampf und Kohlensäure als Beispiele von Masseneigenschaften, ferner zonal-vektorieller und skalarer Impuls, Wärme und Entropie) untersucht. Die Diskussion wird durch graphische Darstellungen und Diagramme unterstützt, welche folgende Größen veranschaulichen: den globalen Strahlungs- und Wärmehaushalt, dynamische Energieformen und ihre Umwandlungen, Wasserkreislauf und Kohlensäurekreislauf, sowie Bilanzposten der Massen-, Impuls-, Wärme- und Entropiebilanz in Meridionalschnitten. Eine Vergleichung des Gehalts der Atmosphäre an verschiedenen Eigenschaften mit ihren Verlusten liefert ein fiktives Zeitintervall, in welchem die Reserven aufgebraucht würden, wenn kein Ersatz nachgeliefert würde; die Größenordnung dieses Zeitintervalles ergibt sich zu 100, 101 und 102 Tagen für Impuls, Wasserdampf und Wärme.

Résumé

L'auteur étudie la production et la dépense dans le bilan terrestre des différentes propriétés de l'air (la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone comme exemples de propriétés de masse, puis la quantité de mouvement zonale-vectorielle et scalaire, la chaleur et l'entropie). Des graphiques illustrent la discussion qui représentent les grandeurs suivantes: économie globale de la radiation et de la chaleur, formes dynamiques de l'énergie et leurs transformations, cycles hydrologique et du dioxyde de carbone, ainsi que les composantes du bilan des masses, de la quantité de mouvement, de la chaleur et de l'entropie en coupes méridionales. La comparaison du contenu des diverses propriétés dans l'atmosphère avec leurs pertes est fournie par un intervalle de temps fictif, pendant lequel les réserves seraient épuisées, au cas où leur renouvellement ferait défaut; l'ordre de grandeur de cet intervalle résulte à 100, 101 et 102 jours respectivement pour la quantité de mouvement, la vapeur d'eau et la chaleur.

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  1. Geophysics Research Directorate, Air Force Cambridge Research Center, Cambridge, Mass.

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Lettau, H. A study of the mass, momentum and energy budget of the atmosphere. Arch. Met. Geoph. Biokl. A. 7, 133–157 (1954). https://doi.org/10.1007/BF02277912

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