Zur Theorie der Hangwinde, nebst Bemerkungen zur Theorie der Berg- und Talwinde

Zusammenfassung

Vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Gebirgswinden, insbesondere mit den tagesperiodischen Hangwinden. Nach einer kurzen Übersicht über dieA. Wagnersche Gebirgswindtheorie und ihren tagesperiodischen Ablauf, sowie zusammenfassenden Ausführungen der bisherigen Erkenntnisse über die Hangwinde an Berghängen wurden aus den Beobachtungen und Pilotierungen derselben mittlere, hangvertikale Windgeschwindigkeitsprofile für Hangauwind bzw. Hangabwind für ungestörte Normaltage ermittelt. Anschließend findet eine neuere theoretische Behandlung einer stationären Hangwindströmung vonL. Prandtl eine umfassende Darstellung. Ihre Ergebnisse in bezug auf die theoretisch sich ergebenden hangvertikalen Geschwindigkeitsprofile sowie Temperaturstörungsprofile für Hangauf- bzw. Hangabwind werden eingehend mit denjenigen, welche aus den Beobachtungen gewonnen wurden, verglichen. Der Vergleich ist in den interessierenden Hangluftschichten bis zirka 100 m hangvertikal aufwärts überraschend gut. Weiterhin wird diePrandtlsche Theorie auch auf tagesperiodischen Ablauf der Hangwinde erweitert und es ergibt sich, daß sich die Lösungen derselben für die Windgeschwindigkeit bzw. Temperaturstörung bei Vorgabe der Tagesperiode σ nur mit dem periodischen Faktor cos σt multiplizieren. Auch wird gezeigt, daß beim Lösungsgang die Modifikation der Größenv (Reibungskoeffizient) bzw.a (Temperaturleitfähigkeitskoeffizient) für die ganze Erscheinung wenig ausgibt.

Eine Diskussion und Vergleich der Hangwindgeschwindigkeitslösung mit derjenigen, dieA. Defant beim Abfluß schwerer Luftmassen auf geneigtem Boden ermittelt hat, fällt berriedigend aus, soweit die beiden Theorien überhaupt vergleichbar sind. Die Fragen der Wahl der Reibungsgröße an solchen bewaldeten und unregelmäßigen Hangflächen und ihrer Verwendung bei Rechnungen findet eine ausführliche Darlegung. Abschließend sind mittlere rohe Berechnungen über den Lufttransport der Hangwindzirkulation und ihre Wirkung bei der Erzeugung des Berg- und Talwindes gegeben, die durch die Geschwindigkeitsverteilung vertikal zum Hang möglich wird; es ergeben sich recht brauchbare mittlere Resultate, die einen Einblick in die Wirkungsweise der Hangwinde geben.

Summary

The present paper deals with the mountain winds and particularly with the slope breezes showing a diurnal variation. After a short discussion ofA. Wagner's theory on mountain winds and their diurnal variations and a summary of what is known up to now of breezes on mountain slopes, mean profiles of wind velocities above slopes for up and down blowing breezes, derived from observations and measurements with pilot-balloons, are plotted for undisturbed normal days. Then, a new theoretical treatment of a stationary slope current developed byL. Prandtl is thoroughly discussed. Its results relative to the theoretical profiles of wind velocities above slopes as well as profiles of temperature anomalies for up and down blowing slope currents are confronted with those obtained from observations. The agreement between theory and observations is found to be surprisingly good within the first 100 meters of the slope air layer measured vertically to the slope. Moreover,Prandtl's theory is also extended to the diurnal variations of the slope breezes, with the result that its solutions are to be multiplied only by the periodic factor cos σt if the daily period is σ. It is also shown that, in the course of the calculation, the variation of the valuev (coefficient of friction), respectivelya (coefficient of temperature conductivity) does not play an important part.

A discussion and comparison of the solution for the velocity of slope breezes with that obtained byA. Defant for heavy air masses flowing down on inclined ground is found to be satisfactory as far as the two theories are comparable at all. The question which value of friction should be chosen for irregular and forest-covered slope surfaces as well as its application in calculations are discussed in detail. Finally, mean approximative, calculations are given concerning the air transport of the slope wind circulation and its effect on the formation of the mountain and valley wind made possible by the distribution of velocities vertical to the slope; the mean results giving insight into the mechanism of the slope breezes are found to be very good.

Résumé

L'étude concerne les brises de montagne et en particulier les brises périodiques de versant. L'auteur donne tout d'abord un bref aperçu de la théorie deA. Wagner ainsi que des indications détaillées sur les faits connus concernant les brises de versant; il donne ensuite des profils moyens de vitesse de ces brises établis sur la base d'observations et de sondages par ballons-pilote lors de journées types. Puis vient une description complète de la nouvelle théorie des courants permanents de versant due àL. Prandtl; l'auteur compare ses résultats avec ceux de l'expérience en ce qui concerne les profils de vitesse et de température. L'accord entre la théorie et les faits, au moins dans la couche des premiers 100 m. d'épaisseur, est remarquablement bon. Il est possible d'étendre la théorie dePrandtl aux variations périodiques diurnes des brises de versant; on constate qui'il suffit de multiplier les résultats théoriques relatifs à la vitesse du vent et à la perturbation thermique par le facteur périodique cos σt, où σ signifie la période diurne. On voit aussi que dans la discussion des résultats la modification, des grandeursv (coefficient de frottement) et dea (coefficient de conductibilité thermique) a peu d'effet sur le phénomène.

Une comparaison des solutions données pour la vitesse des brises de versant avec celles queA. Defant a obtenues en étudiant l'écoulement de masses d'air lourdes sur un sol incliné est satisfaisante, pour autant que les deux théories sont comparables. L'auteur discute le choix des coefficients de frottement suivant la nature du versant et leur emploi pour le calcul. Il tente enfin d'estimer à l'aide de la répartition des vitesses l'ordre de grandeur du transport de masses d'air dans la circulation des vents de versant et l'effet de ce transport sur la formation des brises de montagne, et de vallée. Les résultats, assez satisfaisants, permetten, d'éclairer le mécanisme des brises de versant.