ISSN:
1436-5065
Source:
Springer Online Journal Archives 1860-2000
Topics:
Geography
,
Physics
Description / Table of Contents:
Summary The paper gives a general view of the investigations dealing with the general circulation of the atmosphere in middle latitudes, carried out by the Department of Meteorology of the University of Chicago under the direction of Prof.C. G. Rossby during the academic year 1946–47. The zonal circulation in the middle latitudes of the northern hemisphere shows, particularly during the winter halfyear and normally between heights of 5 and 15 km, a fairly narrow band of very strong western winds with the character of a free jet. The maximum of intensity of this wind-band appears at the level of the tropopause (300–200 mb.). The wind velocity is rapidly decreasing to the south of the wind maximum. The zonal windband is located within or immediately to the south of an equally narrow zone in which the contrast of temperature between the polar and equatorial regions reaches its highest degree. There is a strong inclination of the tropopause within the zonal wind-band. Frequently, even a discontinuity can be found, the height of the tropopause corresponding to that of the polar atmosphere in the north and to that of the equatorial atmosphere in the south of the wind-band. Below the wind-band, often a well defined frontal zone is situated, ending in the upper layers of the troposphere a little to the north of the wind-band. The upper west-wind belt embracing the whole earth has a wavelike form with wave-lengths from about 50 to 120 degrees of longitude. These waves show but a small velocity of propagation and do not appear to be connected with the ordinary short and unstable frontal waves of the troposphere. On the other hand, they seem to influence considerably the behaviour as well as the movement of these short waves of the lower atmosphere. However, the upper waves are unstable insofar as the amplitude of the oscillation (formation of meander) is little by little increasing so much as to form whirls at the margins of the wind-band: of cyclonic nature and cold thermic structure at the southern side, of anticyclonic nature and warm thermic structure at the northern side. This cutting off of air-masses from within the wind-band causes an exchange of air-masses between high and low latitudes which appears to be of greatest importance in the tropospheric air-layers above 700 mb. Theoretical investigations show that the observed meridional windprofiles at the level of the tropopause agree rather well with those theoretically computed on the assumption of a constant vertical component of absolute vorticity within the lateral large-scale exchange of air-masses in the middle latitudes. Theoretical wind-profiles of this kind show, in low latitudes, such a strong meridional wind-gradient as to cause inertia instability at the southern edge of the wind-band. Due to them, the meridional wind-increase ceases more or less abruptly in latitudes of 40 to 30 degrees. The conclusion can be drawn from the simultaneous appearance of the wind-band and the frontal zone below it that the formation of the west-wind-band must be accompanied by a dynamic concentration of solenoids within the band, a phenomenon in a similar form to be found with oceanic currents. In addition to these important results of recent American researches, shortly indicated above, several Austrian investigations referring to some questions of the discussed problems are mentioned.
Abstract:
Résumé L'auteur donne un aperçu des recherches sur la circulation générale de l'atmosphère sous les latitudes moyennes entreprises par le Department of Meteorology of the University of Chicago, sous la direction du professeurC. G. Rossby en 1946/47. Dans la circulation zonale des latitudes moyennes de l'hémisphère nord apparaît, en hiver surtout, une région assez étroite de très forts vents d'Ouest entre 5 et 15 km. d'altitude qui a l'allure d'un jet aérien délimité. Le maximum de vitesse de ce courant se produit au niveau de la tropopause (300 à 200 mb.); au Sud de ce maximum, la vitesse décroît rapidement. Le courant zonal se trouve dans une bande étroite, ou immédiatement au Sud de celle-ci, dans laquelle les différences de température entre les régions polaires et équitoriales ont leurs plus grandes valeurs. A l'intérieur du courant la tropopause monte rapidement et présente même souvent une discontinuité: au Nord, son altitude correspond à celle de l'atmosphère polaire, au Sud à celle de l'atmosphère équatoriale. Au-dessous du même courant, on rencontre souvent une zone frontale bien développée qui dans les couches supérieures de la troposphère se termine un peu au Nord du courant zonal. La partie supérieure du courant d'Ouest présente une structure ondulée, avec des longueurs d'onde comprises entre 50° et 120° de longitude. Ces ondes ne se déplacent que lentement et ne paraissent pas être de même nature que les ondes frontales instables de la troposphère. D'autre part elles semblent exercer une action décisive sur l'allure et sur le mouvement des courtes ondes frontales inférieures. Les ondes supérieures sont instables en tant que sur leurs bords il peut se produire des ondulations donnant naissance à des tourbillons: sur le bord sud du courant apparaissent des tourbillons cycloniques et froids; sur le bord nord des tourbillons anticycloniques et chauds. Le courant d'Ouest expulse de la sorte des masses d'air et entretient un échange de masses entre les hautes et les basses latitudes qui semble avoir une grande importance dans les couches troposphériques au-dessus de 700 mb. Des recherches théoriques montrent que les profils méridiens du vent observés au niveau de la tropopause concordent fort bien avec ceux qu'exige la constance d'une composante verticale tourbillonnaire dans le cadre de l'échange turbulent à grande échelle des latitudes moyennes. De tels profils théoriques du vent montrent, aux basses latitudes, un gradient méridien du vent tellement grand que des états instables d'inertie doivent se produire au Sud du courant d'Ouest. Ces zones d'instabilité introduisent une cessation plus ou moins brusque de l'accroissement méridional de vitesse du vent vers 40° à 30° de latitude. Le fait que le courant d'Ouest étroit se superpose à une zone frontale inférieure amène à conclure que la formation de ce courant est accompagnée d'une concentration dynamique de solénoïdes à son niveau, phénomène analogue à celui que l'on observe dans les courants marins. Faisant suite à cet examen des travaux américains, l'article énumère encore quelques résultats de recherches autrichiennes relatives à certaines questions du même problème.
Notes:
Zusammenfassung Im folgenden wird ein Überblick über die Untersuchungen über die allgemeine Zirkulation der Atmosphäre in den mittleren Breiten der Erde gegeben, die vom Department of Meteorology of the University of Chicago unter der Leitung von Prof.C. G. Rossby im Akademiejahr 1946 bis 1947 ausgeführt worden sind. In der zonalen Zirkulation der mittleren Breiten der Nordhemisphäre zeigt sich vor allem im Winterhalbjahr normalerweise zwischen 5 und 15 km Höhe ein verhältnismäßig schmales Band von sehr starken Westwinden, das den Charakter eines Freistrahls besitzt. Das Intensitätsmaximum dieses Windbandes tritt im Tropopausenniveau (300 bis 200 mb) auf. Südwärts des Windmaximums nimmt die Windgeschwindigkeit sehr rasch auf niedrige Werte ab. Das zonale Windband liegt innerhalb oder knapp südlich einer ebenfalls relativ schmalen Zone, in der der Temperaturgegensatz zwischen den polaren und äquatorialen Gebieten konzentriert ist. Im Bereich des zonalen Windbandes steigt die Tropopause steil an, wobei häufig sogar eine Unstetigkeit auftritt, indem nördlich desselben ihre Höhe jener der polaren Atmosphäre entspricht, südlich davon jener der äquatorialen. Unter dem Windband liegt häufig eine gut ausgebildete Frontalzone, die in den oberen Troposphärenschichten etwas nördlich des Windbandes endigt. Das obere Westwindband zeigt rund um die ganze Erde einen wellenförmigen Verlauf mit Wellenlängen von etwa 50° bis 120° Längengraden. Diese Wellen weisen nur eine geringe Fortpflanzungsgeschwindigkeit auf und scheinen mit den gewöhnlichen kurzen, instabilen troposphärischen Frontalwellen keine nähere Beziehung zu haben. Anderseits scheinen sie sowohl das Verhalten, wie auch die Bewegung dieser kurzen unteren Wellen in maßgebender Weise zu beeinflussen. Die oberen Wellen sind insofern instabil, als die meridionale Schwingungsweite (Mäanderung) allmählich sich so verstärkt, daß es an den Rändern des Windbandes zur Bildung von Wirbeln kommt: auf der Südseite zyklonischer Natur und kalten thermischen Aufbaues, auf der Nordseite antizyklonischer Natur und warmen thermischen Aufbaues. Diese Ausstoßung von Luftmassen aus dem Windbandbereich führt zu einem Luftmassenaustausch zwischen hohen und niedrigen Breiten, der wie es scheint in den troposphärischen Schichten oberhalb 700 mb von ausschlaggebender Bedeutung ist. Theoretische Untersuchungen zeigen, daß die beobachteten meridionalen Windprofile im Tropopausenniveau recht gut mit solchen übereinstimmen, die der Forderung einer konstanten vertikalen Wirbelkomponente im Bereich des großräumigen seitlichen Austausches der mittleren Breiten genügen. Solche theoretische Windprofile zeigen in niedrigen Breiten ein so großes meridionales Windgefälle, daß es am Südrand des Windbandes zu Trägheitsinstabilitäten kommt. Sie führen zu einem mehr oder minder unvermittelten Abbruch der meridionalen Windzunahme in 40° bis 30° Br. Das gleichzeitige Auftreten von Windband und Frontalzone darunter führt zur Schlußfolgerung, daß es bei der Ausbildung des Westwindbandes zu einer dynamischen Konzentration von Solenoiden in seinem Bereich kommen muß, zu ähnlichen Vorgängen, wie sie bei ozeanischen Strömen auftreten. Im Anschluß an diese hier kurz angedeuteten wichtigen Ergebnisse dieser neueren amerikanischen Arbeiten wird auf einige Ergebnisse österreichischer Untersuchungen hingewiesen, die einige Fragen der obigen Probleme betreffen.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/BF02247627
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