Über charakteristische Meridionalschnitte der Temperatur für High und Low Index-Typen der allgemeinen Zirkulation und über die Temperaturänderungen während ihrer Umwandlungsperioden

Zusammenfassung

Die folgende Untersuchung bildet eine Ergänzung zu einer Untersuchung über die Vorgänge, die bei Schwankungen der allgemeinen Zirkulation, im Zusammenhang mit einer Umwandlung von High Index zum Low Index und umgekehrt, in den mittleren und hohen Breiten der Nordhalbkugel vor sich gehen. Zur Illustrierung, wie diese Vorgänge in dem ganzen Atmosphärenraum sich abspielen, wurden bestimmte Perioden ausgewählt, die mit typischen High- oder Low Index-Zuständen beginnen und abschließen. Für die Einzeltage dieser Abschnitte wurden, um die ganze Erde gemittelt, Meridionalschnitte der Temperatur für alle Höhenschichten der Atmosphäre gebildet und deren charakteristische Formen besprochen. Weiterhin wurden die Änderungen der Temperatur zwischen Anfang und Ende der Zeiträume ermittelt und die sich zeigenden wesentlichen Unterschiede beim Übergang vom High- zum Low Index-Typ und umgekehrt diskutiert. Die Temperaturänderungen geben auch Aufschluß über die in der Atmosphäre vor sich gehenden Vertikalbewegungen in den einzelnen Breitenzonen und runden so das Bild des Ablaufs der Zirkulationsschwankungen ab.

Erstens zeigten sich ganz charakteristische Unterschiede in den mittleren Meridionalschnitten bei High- und Low Index. Bei High Index findet man, entsprechend dem zonalen Charakter desselben, klare eindeutige Meridionalprofile vor. Bei Low Index sind diese komplizierter, da durch die Mittelbildung längs der Breitenkreise eine Überlagerung der Kältezungen und Wärmerücken stattfindet, wodurch das Mittelprofil nicht ganz repräsentativ ausfällt. Trennt man bei der Mittelung Kältezungen von Wärmerücken, dann ergeben sich für diese Teilgebiete klare eindeutige Profile, die die Bedingungen des Low Index besser zeigen.

Der Vergleich dieser Profile (Temperaturänderungsschnitte) zeigt als Hauptergebnis neben anderem, daß bei Übergängen von einem Low Indexzu einem High Index-Typ die Meridionalzirkulationen bei starker Abkühlung der Polarkalotte und Erwärmung der mittleren und niedrigen Breitenzonen der Erde allmählich verschwinden. In der Hauptsache reduziert sich die Zirkulation auf zonale Bewegungsvorgänge. Im Gegensatz dazu entwickeln sich bei einem Übergang von einem High- zu einem Low Index-Typ immer mehr Meridionalzirkulationsäste mit absteigender Luftbewegung innerhalb der Kältevorstöße und aufsteigender Luftbewegung in den westlichen Teilen der warmen Rückengebiete. Im Mittel über die ganze Erde erscheint auf diese Weise eine idealisierte Meridionalzirkulation, die in Wirklichkeit in meridionale Zirkulationen aufgespalten ist. Hierbei erwärmen sich einerseits durch Advektion warmer Luft aus den mittleren Breiten die höhere polare Atmosphäre und in der Folge durch Absinken auch die unteren Schichten derselben. Anderseits zerteilt sich das polare Kältezentrum und verlagert sich in bevorzugte Gegenden der Erde, etwa zwischen dem 65. und 75. Breitenkreis.

Summary

This paper is a supplement to a study on processes occurring with variations of the general circulation, in connection with a transformation of a High Index into a Low Index and vice versa, in medium and high latitudes of the Northern Hemisphere. To illustrate the mechanism of these processes in the whole space of the atmosphere certain periods beginning and ending with typical High Index and Low Index states were chosen. For every day of these periods meridional profiles of temperature averaged around the whole earth were calculated for all levels of the atmosphere and their characteristic forms discussed. Furthermore, the variations of temperature between the beginning and the end of the periods were established and the essential differences of transitions from the High to the Low Index type and vice versa discussed. The temperature variations explain also the vertical movements in the atmosphere of the different zones of latitude thereby completing the scheme of the variations of the circulation.

In the first place characteristic differences of the average meridional profiles were found between High and Low Index. With High Index, according to its zonal character, clear and well defined meridional profiles exist. With Low Index they are more complicated as, by averaging along the parallels of latitude, superimposing of cold tongues and warm ridges takes place to the effect that the average profile becomes not quite representative. By seperately averaging cold tongues and warm air ridges well defined profiles result giving a clearer pattern of the Low Index conditions.

Comparison of these profiles (of temperature variations) shows as principal result, besides others, that transitions from a Low Index to a High Index type are connected with meridional circulations gradually disappearing, with strong cooling of the polar cap, and warming of the zones in medium and low latitudes. The circulation is then reduced principally to processes of zonal movements. Adversely, with transitions from a High to a Low Index type, more and more branches of meridional circulation develop with descending air within the cold tongues and rising air in the western parts of the warm ridges. Thus, averaged over the whole earth, an idealized meridional circulation appears which, in reality, is split up in different meridional circulations. On the one hand the higher polar atmosphere becomes warmer by advection of warm air from medium latitudes, with subsequent warming also of the lower layers by sinking, on the other hand the polar center of cold air breaks up moving to preferred regions of the earth, generally between the 65th and the 75th parallel.

Résumé

Il s'agit d'un complément d'une étude consacrée aux phénomènes accompagnant les grandes modifications de la circulation atmosphérique générale lors de la transformation d'un type «high index» en un type «low index» et vice versa. Dans le but d'illustrer ces phénomènes, on a choisi certaines périodes débutant et finissant par des états high ou low index typiques. On a établi pour chaque jour des profils méridiens de température tout autour de la Terre pour toutes les couches de l'atmosphère et on a discuté leurs formes caractéristiques; puis on a considéré les variations de température du début à la fin des périodes, ainsi que leur comportement différent au passage d'un type à l'autre. Ces variations de température renseignent également sur les mouvements verticaux dans les différentes zones de latitute et parfont l'image des modifications de la circulation.

Il existe d'abord des différences tout à fait caractéristiques des profils méridiens pour les types high index et low index. Dans le premier cas on trouve des profils simples, correspondant à la nature zonale du type; dans le second ils sont plus compliqués par suite de la superposition, par le calcul des moyennes, des langues froides et chaudes le long des parallèles, de sorte que le profil moyen n'est plus absolument représentatif. En séparant les bandes froides et chaudes dans le calcul des moyennes, on obtient alors pour chacune de ces bandes des profils simples reflétant mieux la structure du type low index.

La comparaison de ces profils conduit, entre autres, au résultat suivant. En passant du type low index au type high index, les circulations méridiennes disparaissent peu à peu tandis que la calotte polaire se refroidit fortement et que les zones terrestres moyennes et basses se réchauffent; la circulation se réduit essentiellement à des mouvements zonaux. En passant d'un type high index à un type low index, des secteurs à circulation méridienne se développent toujours plus, avec mouvement descendant à l'intérieur des langues froides et ascendant dans la partie occidentale des domaines chauds. En moyenne apparaît de la sorte sur toute la Terre une circulation méridienne d'ensemble se composant en réalité de branches individuelles distinctes. D'une part l'atmosphère polaire supérieure se réchauffe par advection d'air chaud venant des latitudes moyennes, ensuite également dans ses couches basses par subsidence. D'autre part le centre froid polaire se divise et se répartit dans certaines régions privilégiées du globe, à peu près entre les parallèles de 65° et de 75°.