Zeitschrift für Meteorologie: Band 28, Heft 1 [Reprint 2021 ed.] 9783112557464, 9783112557457

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Zeitschrift

Band 27 • 1977

Meteorologie Im Auftrage der Meteorologischen Gesellschaft der Deutschen Demokratischen Republik herausgegeben von K. Bernhardt, Berlin, E.A.Lauter, Berlin und H. Pleiß, Dresden

Akademie-Verlag • Berlin

Schriftleitung: Prof. Dr. E. Bernhardt, Berlin, Prof. Dr. E. A. Lauter, Berlin, und Prof. D r . H . Fleiß, Dresden • Verantwortlicher R e d a k t e u r : Dr.Ä. Haake, P o t s d a m Verlag: Akademie-Verlag, D D R - 108 Berlin, Leipziger Straße 3—4, Fernruf 2 23 62 21 oder 22 36 • Telex Nr. 11 44 20, Postscheckkonto: Berlin 350 21 • Die Zeitschrift f ü r Meteorologie erscheint jährlich in einem B a n d m i t 6 H e f t e n • Berstßllung.* I V / 2 / 1 4 V E B Druckerei ^Gottfried Wilhelm Leibniz«, 445 Gräfenhainichen/ D D R • Veröffentlicht unter der Lizenznummer 1281 des Presseamtes beim Vorsitzenden des Ministerrates der Deutschen Demokratischen Republik • Nachdrucke, Vervielfältigungen, Verbreitungen u n d Übersetzungen in f r e m d e Sprachen des I n h a l t s dieser Zeitschrift — auch auszugsweise m i t Quellenangabe — b e d ü r f e n der schriftlichen Genehmigung des Verlages. P r i n t e d in t h e German Democratic Republic.

Namen- und Sachregister der Zeitschrift für Meteorologie, Band 27, 1977

A agrarmeteorologische Beratung, Zur Problematik der - n T. v. Wilamowitz-Moellendorf und A. Schumann, Bespr. 189 agrarmeteorologisehe Forschungsschwerpunkte, auf dem ° Gebiet „Pflanze—Umwelt", R. Koitzsch, 293 Ahrens, W., Zur Verwendung der Magnus-Formel in numerischen Modellen der Wettervorhersage, 156 Amplitudenverlauf, Zum — und Phasenverlauf der planetaren Wellen k = l,2 während der stratosphärischen Erwärmung des Winters 1970/71, G. Schmitz und W. Krüger, 140 \nalyse, Die Verwendung von Winddaten bei der operativen numerischen — des Bodendruckfeldes, J . Kluge u. a. 147 Andauerverhalten, — und Jahresgang zonaler und meridionaler Zirkulationsformen auf der Nordhemisphäre, H.-P. Graf, 104 Aralsee, Die voraussichtlichen Lufttemperatur- und Feuchteänderungen am Ufer des —s im Falle seiner Austrocknung, K. V. Kuvsinova, G. N. Suzjumova und Z. M. Utina, 21 Asseng, E., Ein Pirani-Manometer für meteorologische Raketensonden, 169 Atmosphäre, Bericht über das „21. Symposium on Radiation in the Atmosphere with Special Emphasis on Structure and Radiation Properties of Aerosols and Clouds including Remote Sensing and Satellite Measurements" vom 18. 8.— 28. 8. 76 in Garmisch-Partenkirchen/BRD, A. Böhme u. D. Spänkuch, 175 Vegetation and the Atmosphere, J . L. Monteith, Bespr. 274 —, Wechselwirkung zwischen Meer und — in der ufernahen Zone (russisch) Bespr. 192 —, Zur Problematik der Nutzung von Kenntnissen über die ' Wechselwirkung zwischen der — und technischen Objekten bzw. Prozessen, J . Kolbig, 339 atmosphärische Niederschläge, Der Zusammenhang der - n — an der westlichen (VRB) und der östlichen Schwarzmeerküste (UdSSR) mit den Typen der elementaren Mechanismen (EZM) der Nordhalbkugel, N. K. Kononowa, 49 atmosphärische Trübung, Bestimmung der - n - aus Pyranometermessungen, Ch. Hansel, 68 Ausbreitung, Der Einfluß der Gebirgskammströmung auf die der Verunreinigung der Grenzschicht, A. Papez und J . Pretel, 24 Austrocknung, Die voraussichtlichen Lufttemperatur- und Feuchteänderungen am Ufer des Aralsees im Falle seiner —, K. V. Kuvsinova, G. N. Suzjumova und Z. M. Utina, 21 Auswertung, Zur - von Windregistrierungen, H. Junghans, 126

Beobachtungsverfahren, Synoptische Erschließung von Prozessen in der winterlichen Mesopausenregion durch bodengebundene —, E.-A. Lauter u. a. 75 Beratung, Zur Problematik der agrarmeteorologischen —, T. v. Wilamowitz-Moellendorf und A. Schumann, Bespr. 189 Beregnungsanlage, Häufigkeitsstatistische Auswertung der klimatischen Wasserbilanz für die Planung von —n, D. Krumbiegel, 307 Bergen, Pyranographen bzw. Effektivpyranographen mit galvanisch erzeugter Thermosäule und ihre Erprobung in Berlin, Potsdam, Stockholm, Leningrad und —, D. Sonntag, Bespr. 190 bioklimatische Eigenschaft, Zu den—n—n der Waldluft, H. Mayer, 216 Biometeorologie, Aktuelle Gesichtspunkte in der Human- —, G. Hentschel, 2.75 Biorhythmen, — und meteorologische Umwelt, L. Klinker, 287 Bodendruckfeld, Die Verwendung von Winddaten bei der operativen numerischen Analyse des —es, J . Kluge u. a., 147 Bodenfeuchte, Schätzung der — aus meteorologischen Daten, Boden und Pflanzenparametern mit einem Mehischichtenmodell, R. Koitzsch, 302 bodengebundene Beobachtungsverfahren, Synoptische Erschließung von Prozessen in der winterlichen Mesopausenregion durch , E.-A. Lauter u. a., 75 bodennahe Grenzschicht, Modellierung von Gasausbreitungsvorgängen in der —n — durch Versuche im Windkanal, H. Ihlenfeldt, 383 Bodenparameter, Schätzung der Bodenfeuchte aus meteorologischen Daten, —n und Pflanzenparametern mit einem Mehrschichtenmodell, R. Koitzsch, 302 Böhme, A., D. Spänkuch, Bericht über das „21. Symposium on Radiation in the Atmosphere with Special Emphasis on Structure and Radiation Properties of Aerosols and Clouds including Remote Sensing and Satellite Measurements" vom 18. 8. - 2 8 . 8. 76 in Garmisch-Partenkirchen/BRD, 175 Böhme, W., u. D. Spänkuch, Bericht über ein Symposium der XIV. Hauptversammlung der IUGG, 333 —, Bericht über das Symposium „Meteorologische Beobachtungen aus dem Kosmos: Ihre Beiträge zum Ersten Globalen GARP-Experiment (FGGE), 327 Bohne, K., F. Klingenberg, Zur Berechnung der Globalstrahlung nach Szasz, 162 Bolin, B., Das globale atmosphärische Forschungsprogramm (Russisch) Bespr. 193 Bundesrepublik Deutschland, Immissi.onssituation durch den Kraftverkehr in der , Bespr. 188

B Bad Homburg, 7. Internationales Symposium über interdisziplinäre Rhythmusforschung in vom 27. 6.-3. 7. 1976, G. Hentschel, 143 Ballon, Uber die Änderungen der Steiggeschwindigkeit von Radiosonden —en in der planetarischen Grenzschicht, A. Heibig, 254 Berlin, Pyranographen bzw. Effektivpyranographen mit galvanisch erzeugter Thermosäule und ihre Erprobung in —, Potsdam, Stockholm, Leningrad und Bergen, D. Sonntag, Bespr. 190 Bernhardt, K., E.-A. Lauter, Globale physikalische Prozesse und Umwelt, 1 Bespr. 186, 186, 192, 192 Beobachtung, Bericht über das Symposium „Meteorologische—en aus dem Kosmos: Ihre Beiträge zum Ersten Globalen GARPExperiment (FGGE), W. Böhme u. D. Spänkuch, 327 -

C Chmelevskaja, L. V., S. S. Savina, Untersuchungen der mehrjährigen Zyklizität von Zirkulationscharakteristiken, 35 Cossart, G. v., E.-A. Lauter, G. Entzian, K. Sprenger und K. M. Greisiger, Synoptische Erschließung von Prozessen in der winterlichen Mesopausenregion durch bodengebundene Beobachtungsverfahren, 75 D Deutsche Demokratische Republik, Neue Ergebnisse über die Messungen der Eisablagerungen in der DDR, M. Zerche, 378 Dietze, G., Meteorologische Probleme bei den Maßnahmen zur Reinhaltung der Luft, 195

IV

Namen- und Sachregister des Bandes 27

Druckfeld, Die Verwendung von Winddaten bei der operativen numerischen Analyse des Boden—es, J . Kluge u. a., 147

Giildner, J., D. Spankuch, Yu. M. Timofeyev, Comparison of Different Methods for the Determination of Vertical Temperature Profiles from Simulated Satellite Measurements in Narrow Spectral Intervals, 234

E Eisablagerung, Neue Ergebnisse über die Messungen der —en in der DDE, M. Zerche, 378 Enke, W., A. Meyer, Entwicklung eines operativen quasi-geostrophischen Regionalmodells — Teil 1, 262 Entzian, G., E.-A. Lauter, G. v. Cossart, K. Sprenger und K. M. Greisiger, Synoptische Erschließung von Prozessen in der winterlichen Mesopausenregion durch bodengebundene Beobachtungsverfahren, 75 Ertragsanalyse, Untersuchungen zur meteorologischen — der Kartoffel, Van Thanh, Bespr. 146 Erwärmung, Zum Amplituden- und Phasenverlauf der planetaren Wellen k = l,2 während der stratosphärischen — des Winters 1970/71, G. Schmitz und W. Krüger, 140 F Feldkorrektur, Der Einfluß des Prognosemodelltyps auf Informationsverwertung und Schockverhalten nach lokaler —, E. Oesberg, 109 Feuchteänderung, Die Lufttemperatur- und —en am Ufer des Aralsees im Falle seiner Austrockm^ng, K. V. Kuvsinova, G. N. Suzjumova und Z. M. Utina, 21 Flemming, G., Der Einfluß von Wald und Gehölzen auf das Klima in humanbiologischer Sicht, 320 Flußbettströmung, Turbulenz von —en, D. J . Grinvald, Bespr. 338 Fojt, W., Bespr. 146 G Gasausbreitung, Modellierung von —svorgängen in der bodennahen Grenzschicht durch Versuche im Windkanal, H. Ihlenfeld, 383 gasförmige Luftverunreinigungen, Meßmethoden zur Bestimmung —r —, G. Herrmann, 341 GARP-Experiment, Bericht über das Symposium „Meteorologische Beobachtungen aus dem Kosmos: Ihre Beiträge zum Ersten Globalen (FGGE), 327 Gebirgskammströmung, Der Einfluss der — auf die Ausbreitung der Verunreinigung der Grenzschicht, A. Papez u. J . Pretel, 24 Gehölz, Der Einfluß von Wald und —en auf das Klima in humanbiologischer Sicht, G. Flemming, 320 Geodäsie, —, W. Torge, Bespr. 187 Gericke, M., Theoretische Betrachtungen zur numerischen Vorhersage lokaler Wettererscheinungen mit einer Überführung angegebener Modellgleichungen von der Differentialform in eine spezielle Integro-Differentialgestalt, Bespr. 186 Geschwindigkeit, Über die Änderungen der Steig— von Radiosondenballonen in der planetarischen Grenzschicht, A. Heibig, 254 Globale physikalische Prozesse, und Umwelt, K . Bernhardt und E. A. Lauter, 1 globales atmosphärisches Forschungsprogramm, Das — (russisch) Bespr. 183 Globalstrahlung, Strahlungsintegrator zur Gewinnung von Stundenwerten der —, H.-J. Schönfeld, 138 —, Zur Berechnung der — nach Szäsz, K. Bohne u. F. Klingenberg, 162 Graf, H.-F., Andauerverhalten und Jahresgang zonaler und meridionaler Zirkulationsformen auf der Nordhemisphäre, 104 Greisiger, K. M., E.-A. Lauter, G. Entzian, G. v. Cossart und K. Sprenger, Synoptische Erschließung von Prozessen in der winterlichen Mesopausenregion durch bodengebundene Beobachtungsverfahren, 75 Grenzschicht, Der Einfluß der Gebirgskammströmung auf die Ausbreitung der Verunreinigung der —, A. Papez u. J . Pretel, 24 —, Modellierung von Gasausbreitungsvorgängen in der bodennahen — durch Versuche im Windkanal, H. Ihlenfeld, 383 —, Über die Änderungen der Steiggeschwindigkeit von Radiosondenballonen in der planetarischen —, A. Heibig, 254 Grinvald, D. I., Turbulenz von Flußbettströmungen, Bespr. 338

H Haase, Ch., W. Leidreiter, Stand der Klima- und Meteoropathologie, 280 Haber, H., Unser Wetter, Bespr. 274 Hansel, Ch., Bestimmung der atmosphärischen Trübung ausPyranometermessungen, 68 häufigkeitsstatische Auswertung, der klimatischen Wasserbilanz für die Planung von Beregnungsanlagen, D. Krumbiegel, 307 Heibig, A., Über die Änderungen der Steiggeschwindigkeit von Radiosondenballonen in der planetarischen Grenzschicht, 254 Helmholtz, Was sagte — 1869 über Zyklogenesis?, P. Raethjen, 72 Hentschel, G., Aktuelle Gesichtspunkte in der Human-Biometeorologie, 275 , 7 . Internationales Symposium über interdisziplinäre Rhythmusforschung in Bad Homburg/BRD vom 27. 6.-3. 7. 1976, 143 Herrmann, G., Meßmethoden zur Bestimmung gasförmiger Luftverunreinigungen, 341 Human-Biometeorologie, Aktuelle Gesichtspunkte in der , G. Hentschel, 275 humanbiometeorologische Sicht, Der Einfluß von Wald und Gehölzen auf das Klima in —r—, G. Flemming, 320 Hupfer, P., Bespr. 190, 190, 191 I Ihle, P., M. Marquardt, Niederschläge in der Umgebung von Naßkühltürmen, 366 Ihlenfeld, H., Modellierung von Gasausbreitungsvorgängen in der bodennahen Grenzschicht durch Versuche im Windkanal, 383 Immission, —ssituation durch den Kraftverkehr in der Bundesrepublik Deutschland, Bespr. 188 Informationsverwertung, Der Einfluß des Prognosemodelltyps auf — und Schockverhalten nach lokaler Feldkorrektur, E. Oesberg, 109 Ionisation, The post-storm ionization in the upper mesophere, E.-A. Lauter, 225 IPTS-68, Die Auswertung der Psychrometerformel nach SI-Einheiten und der , D. Sonntag, 90 IUGG, Bericht über ein Symposium der XIV. Hauptversammlung der —, W. Böhme und D. Spänkuch, 333 J Jahresgang, Andauerverhalten und — zonaler und meridionaler Zirkulationsformen auf der Nordhemisphäre, H.-F. Graf, 104. Jacobs, J., O. L. Lange, J . S. Olson, W. Wieser, Ecological Studies-Analysis and Synthesis, Bespr. 184 Junghans, H., Zur Auswertung von Windregistrierungen, 126 K Kaiser, R., G. Gottschalk, Elementare Tests zur Beurteilung von Meßdaten, Bespr. 192 Kartoffel, Untersuchungen zur meteorologischen Ertragsanalyse der —, Van Thanh, Bespr. 146 Klima, Der Einfluß von Wald und Gehölzen auf das — in humanbiometeorologischer Sicht, G. Flemming, 320 —, Thermisches Empfinden und Nordsee—, H . Mayer, 61 Klimapathologie, Stand der — und Meteoropathologie, Ch. Haase und W. Leidreiter, 280 klimatische Wasserbilanz, Häufigkeitsstatische Auswertung der —n — für die Planung von Beregnungsanlagen, D. Krumbiegel, 307 Klimatologie, Contributions of the Institute of Meteorology and Climatology of the Slovak Academy of Sciences, Bespr. 191 —, Lokal— unter besonderer Berücksichtigung des Mittelgebirgsraumes, H. Zenker, 317

Namen- u n d Sachregister des Bandes 27 klimatologischer Aspekt, Climatological Aspects of t h e Composit u m a n d Pollution of t h e Atmosphere, Bespr. 192 Klingenberg, F . , K . Bohne, Zur Berechnung der Globalstrahlung n a c h Szász, 162 Klinker, L., B i o r h y t h m e n u n d meteorologische Umwelt, 287 Kluge, J . , K . - H . Stahnke-Jungheim, Ch. Vollbrecht, Die Verwendung der W i n d d a t e n bei der operativen numerischen Analyse des Bodendruckfeldes, 147 Köhler, G., Bespr. 190 Kolbig, J . , Zur Problematik der N u t z u n g von Kenntnissen über die Wechselwirkung zwischen der Atmosphäre u n d technischen O b j e k t e n bzw. Prozessen, 339 K o n o n o v a , N\ K., Der Z u s a m m e n h a n g der atmosphärischen Niederschläge an der westlichen (VRB) und östlichen Schwarzmeerküste (UdSSR) mit den Typen der elementaren Mechanismen (EZM) der Nordhalbkugel, 49 Koitzsch, R., Agrarmeteorologische Forschungsschwerpunkte auf dem Gebiet „Pflanze — Umwelt", 293 , Schätzung der Bodenfeuchte aus meteorologischen D a t e n , Boden- u n d Pflanzenparanietern mit einem Melirschichtenmodell, 302 Kosmos, Bericht über das Symposium „Meteorologische Beobachtungen aus dem —: Ihre Beiträge zum E r s t e n Globalen G A R P - E x p e r i m e n t (FGGE), W. Böhme u. D. Spänkuch, 327 K r a f t v e r k e h r , Immissionssituationen durch den — in der Bundesrepublik Deutschland, Bespr. 188 Krüger, W., G. Schmitz, Zum Amplituden- u n d Phasenverlauf der planetaren Wellen k = l,2 während der stratosphärischen E r w ä r m u n g des Winters 1970/71, 140 Krumbiegel, D., Häufigkeitsstatische Auswertung der klimatischen Wasserbilanz f ü r die P l a n u n g von Beregnungsanlagen, 307 K ü h l t u r m , Niederschläge in der Umgebung von Naß—en, M. Marq u a r d t u. P . Ihle, 366 K ü s t e , Der Z u s a m m e n h a n g der atmosphärischen Niederschläge a n der westlichen (VRB) u n d der östlichen Schwarzmeer— (UdSSR) mit den T y p e n der elementaren Mechanismen (EZM) der Nordhalbkugel, N. K . Kononova, 49 Kuvsinova, K . V., G. N". S u z j u m o v a u n d Z. M. U t i n a , Die voraussichtlichen L u f t t e m p e r a t u r - u n d Feuchteänderungen a m Ufer des Aralsees im Falle seiner Austrocknung, 21 L Lange, O. L., J . Jacobs, J . S. Olson, W. Wieser, Ecological Studies — Analysis a n d Synthesis, Bespr. 184 L a u t e r , E.-A., Iv. B e r n h a r d t , Globale physikalische Prozesse u n d Umwelt, 1 , G. E n t z i a n , G. v. Cossart, K . Sprenger u n d K . M. Greisiger, Synoptische Erschließung von Prozessen in der winterlichen Mesopausenregion durch bodengebundene Beobacht u n g s v e r f a h r e n , 75 , The post-storm ionization in tlie' upper mesosphere, 225 , Bespr. 185 Leidreiter, W., Ch. Haase, S t a n d der Klima- u n d Meteoropathologie, 280 Lenggenhager, Iv., Zur E r k l ä r u n g farbiger u n d senkrechter Nebensonnen-Säulen, 179 Leningrad, P y r a n o g r a p h e n bzw. E f f e k t i v p v r a n o g r a p h e n mit galvanisch erzeugter Thermosäule u n d ihre E r p r o b u n g in Berlin, P o t s d a m , Stockholm, — u n d Bergen, D. Sonntag, Bespr. 190 Loginov, W . F., Der Charakter der solar-terrestrischen Beziehungen, (russisch), Bespr. 193 lokale Feldkorrektur, Der E i n f l u ß des Prognosemodelltyps auf Informationsverwertung u n d Schockverhalten nach —r —, E . Oesberg, 109 lokale Wettererscheinung, Theoretische Betrachtungen zur numerischen Vorhersage lokaler Wettererscheinungen mit einer "Überführung angegebener Modellgleichungen von der Differentialform in eine spezielle Integro-Differentialgestalt, M. Gericke, Bespr. 186 Lokalklimatologie, — unter besonderer Berücksichtigung des Mittelgebirgsraumes, H . Zenker, 317 L u f t , Meteorologische Probleme bei den M a ß n a h m e n zur Reinh a l t u n g der —, G. Dietze, 195 - , Zu den bioklimatischen Eigenschaften der W a l d - , H . M a y e r , 216 Luftfeuchtigkeit, Zur Statistik des Tagesganges der relativen (Ein Beitrag zur Abschätzung des meteorologischen Risikos des Einsatzes von Mähdreschern), A. Mäde, 55

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Lufthygiene, - 1974, Bespr. 187 L u f t t e m p e r a t u r ä n d e r u n g , Die voraussichtlichen —en u n d Feuchteänderungen am Ufer des Aralsees im Falle seiner Austrocknung, K . V. Kuvsinova, G. NT. Suzjumova u n d Z. M. Utina, 21 Luftverunreinigung, Method of Selecting a Meteorological Station Representative for Estimating t h e Wind I m p a c t on t h e Spread of Air Pollution, J . Pruchnicki, 119 - , Meßmethoden zur Bestimmung gasförmiger —en, G. Herrmann, 341 —, Meßmethoden zur Bestimmung staubförmiger - e n , M. Zier,

M Mäde, A., Zur Statistik des Tagesganges der relativen L u f t feuchtigkeit (Ein Beitrag zur Abschätzung des meteorologischen Risikos des Einsatzes von Mähdreschern), 55 , Bespr. 189 Mähdrescher, Zur Statistik des Tagesganges der relativen L u f t feuchtigkeit (Ein Beitrag zur Abschätzung des meteorologischen Risikos des Einsatzes von —n), A. Mäde, 55 Magnus-Formel, Zur Verwendung der in numerischen Modellen der Wettervorhersage, W. Ahrens, 156 Manometer, E i n P i r a n i - f ü r meteorologische Raketensonden. E . Asseng, 169 Marquardt, W., P . Ihle, Niederschläge in der Umgebung von N a ß k ü h l t ü r m e n , 366 Mayer, H., Thermisches E m p f i n d e n im Nordseeklima, 61 , Zu den bioklimatischen Eigenschaften der W a l d l u f t , 216 Meer, Wechselwirkung zwischen — u n d Atmosphäre in der ufernahen Zone (russisch), Bespr. 192 Meereskunde, Beiträge zur - , H e f t 35, 190, H e f t 36,190, H e f t 37, 191 Bespr. mehrdimensionale Statistik, Bearbeitung meteorologischer Zeitreihen mittels Verfahren der —n —, M. Olberg u. M. v. Sehönermark, 30 mehrjährige Zyklizität, Untersuchungen der -n — von Zirkulationscharakteristiken, S. S. Savina u. L. V. Chmelevskaja, 35 Mehrschichtenmodell, Schätzung der Bodenfeuchte aus meteorologischen Daten, Boden- u n d P f l a n z e n p a r a m e t e r n mit einem —, R . Koitzsch, 302 meridionale Zirkulationsform, Andauerverhalten u n d Jahresgang zonaler u n d —r —en auf der Nordhemisphäre, H . - F . Graf, 104 , Zum Verteilungsgesetz der Andauern von zonalen und —n —en auf der Nordhemisphäre, M. Olberg, 43 Mesopausenregion, Synoptische Erschließung von Prozessen in der winterlichen — durch bodengebundene Beobachtungsverfahren, E.-A. L a u t e r u. a., 75 Mesosphäre, The post-storm ionization in t h e upper mesophere, E.-A. Lauter, 225 Meßdaten, Elementare Tests zur Beurteilung von —, Bespr. 192 Messung, Bestimmung der atmosphärischen T r ü b u n g aus P y k nometer—en, Ch. Hansel, 68 —, Comparison of Different Inversion Methods for t h e Determination of Vertical Temperature Profiles f r o m Simulated Satellite Measurement in Narrow Spectral Intervals, D. Spänkuch u. a., 234 —, Neue Ergebnisse über die —en der Eisablagerungen in der D D R , M. Zerche, 378 —, Untersuchungen zur Methodik netzmäßiger —en der S0 2 Konzentration, W . W a r m b t , 206 Meßmethode, —n zur Bestimmung gasförmiger Luftverunreinigungen, G. H e r r m a n n , 341 —, — n zur Bestimmung staubförmiger Luftverunreinigungen, M. Zier, 351 ' Meteorologie, Contributions of t h e I n s t i t u t e of Meteorology and Climatology of t h e Slovak Academy of Sciences, Bespr. 191 Meteorologische Beobachtung, Bericht über das Symposium „— —en aus dem Kosmos: I h r e Beiträge zum E r s t e n Globalen G A R P - E x p e r i m e n t (FGGE), W . Böhme u. D. Spänkuch, 327 meteorologische Ertragsanalyse, Untersuchungen zu —n — der Kartoffel, V a n Thanh, Bespr. 146 meteorologische Probleme, bei den Maßnahmen zur Reinhaltung der L u f t , G. Dietze, 195 meteorologische Raketensonde, E i n Pirani-Manometer f ü r n, E . Asseng, 169 meteorologische Umwelt, Biorhythmen u n d , L. Klinker, 287

Namen- u n d Sachregister des Bandes 27

VI

meteorologische Station, Method of Selecti'ng a Meteorological Station Representative for Estimating t h e Wind I m p a c t on t h e Spread on Air Pollution, J . Pruchnicki, 119 meteorologische Zeitreihe, Bearbeitung —r —n mittels Verfahren der mehrdimensionalen Statistik, M. Olberg u. M. v. Schönermark, 30 meteorologisches Risiko, Zur Statistik des Tagesganges der relativen Luftfeuchtigkeit (Ein Beitrag zur Abschätzung des —n —s des Einsatzes von Mähdreschern, A. Mäde, 55 Meteoropathologie, Stand der Klima- und —, Cli. Haase, W . Leidreiter, 280 Mittelgebirgsraum, Lokalklimatologie unter besonderer Berücksichtigung des —es. H . Zenker, 317 Modell, Schätzung der Bodenfeuchte aus meteorologischen Daten, Boden- u n d Pflanzenparametern mit einem Mehrschichten—, R. Koitzsch, 302 —, Zur Verwendung der Magnus-Formel in numerischen —en der Wettervorhersage, W. Ahrens, 156 Modellierung, — von Gasausbreitungsvorgängen in der bodennahen Grenzschicht durch Versuche im Windkanal, H . Ihlenfeld, 383 Monteith, J . L., Vegetation a n d t h e Atmosphere, Bespr. 274

Partikelkollektive, Optische Eigenschaften logarithmisch normalverteilter D. Spänkuch, Bespr. 186 Personalnotiz, —, 146 Pes che 1, H., Bespr. 187 Pethe, H., Besrp. 192, 193, 338 Pflanze, Agrarmeteorologische Forschungsschwerpunkte auf dem Gebiet , - U m w e l t " , R . Koitzsch, 293 Pflanzenparameter, Sehätzung der Bodehfeuchte aus meteorologischen Daten, Boden- und —n mit einem Mehrschichtenmodell, R . Koitzsch, 302 Phasenverlauf, Der Amplituden- und - der planetarischen Wellen k = 1,2 während der stratosphärischen E r w ä r m u n g des Winters 1970/71, G. Schmitz und W . Krüger, 140 Photosynthese, Photosynthesis and productivity in different environments, Bespr. 184 —, Ultraviolettstrahlung der Sonne, Ozonosphäre u n d —, J . Slomka, 85 physikalische Prozesse, Globale und Umwelt, K . B e r n h a r d t u n d E.-A. Lauter, 1 Pirani-Manometer, Ein f ü r meteorologische Raketensonden, E . Asseng, 169 planetarische Grenzschicht, Über die Änderungen der Steiggeschwindigkeit von Radiosondenballonen in der - n A. Heibig, . 254 planetare Welle, Zum Amplituden- und Phasenverlauf der —n —n jV k = 1,2 während der atmosphärischen E r w ä r m u n g des Winter 1970/71, G. Schmitz, W. Krüger, 140 N a ß k ü h l t u r m , Niederschläge in der Umgebung von—en, M. MarPleiß, H., Bespr., 187, 188, 193, 274 q u a r d t u. P . Ihle, 366 Nebensonnen-Säule, Zur E r k l ä r u n g farbiger senkrechter n, . P o t s d a m , Pyranograplien bzw. Effektivpyranographen mit galvanisch erzeugter Thermosäule u n d ihre E r p r o b u n g in K . Lenggenhager, 179 Berlin, —, Stockholm, Leningrad u n d Bergen, D. Sonntag, netzmäßige Messung, Untersuchungen zur Methodik - r - e n der Bespr. 190 SOi-Konzentration, W. W a r m b t , 206 Niederschlag, Der Zusammenhang der atmosphärischen -e an Pretel, J . u. A. Papez, Der E i n f l u ß der Gebirgskammströmung der westlichen (VRB) u n d der östlichen Schwarzmeerküste auf die Ausbreitung der Verunreinigung der Grenzschicht, (UdSSR) mit den Typen der elementaren Mechanismen 24 (EZM) der Nordhalbkugel, N. K . Kononova, 49 P r o d u k t i v i t ä t , Photosynthesis a n d productivity in different —, —e in der Umgebung von N a ß k ü h l t ü r m e n , W. Marquardt u. environments, Bespr. 194 P . Ihle, 366 Prognosemodelltyp, Der E i n f l u ß des —s auf Informationsverwertung u n d Schockverhalten nach lokaler Feldkorrektur, Nordhalbkugel, Der Zusammenhang der atmosphärischen NieE . Oesberg, 109 derschläge an der westlichen (VRB) u n d der östlichen Schwarzmeerküste (UdSSR) mit den Typen der elementaren Pruchnicki, J . , Method of Selecting a Meteorological Station Mechanismen der - , 4í. K . Kononova, 49 Representative for E s t i m a t i n g t h e Wind I m p a c t on t h e Nordhemisphäre, Andauerverhalten u n d Jahresgang zonaler u n d Spread of Air Pollution, 119 meridionaler Zirkulationsformen auf der—, H . - F . Graf, 104 Psychrometerformel, Die Auswertung der — nach SI-Einheiten —, Zum Verteilungsgesetz der Andauern von zonalen u n d meriu n d I P T S - 6 8 , D. Sonntag, 90 dionalen Zirkulationsformen auf der —, M. Olberg, 43 Pyranograph, —en bzw. Effektiv—en mit galvanisch erzeugter Nordseeklima, Thermisches E m p f i n d e n und - , H . Mayer, 61 Thermosäule u n d ihre E r p r o b u n g in Berlin, P o t s d a m , Stocknumerische Analyse, Die Verwendung von W i n d d a t e n bei der holm, Leningrad u n d Bergen, D. Sonntag, Bespr. 190 Pyranometermessung, Bestimmung der T r ü b u n g aus —en, operativen - n — des Bodendruckfeldes, J . Kluge u. a.,,147 Ch. Hansel, 08 numerische Vorhersage, Theoretische Betrachtungen zur —n — lokaler Wettererscheinungen mit einer Ü b e r f ü h r u n g angegebener Modellgleichungen von der Differentialform in eine spezielle Integro-Differentialgestalt, M. Gericke, Bespr. 186 numerisches Modell, Zur Verwendung der Magnus-Formel in - n Q —en der Wettervorhersage, W . Ahrens, 156 0 Obere Mesosphäre, The post-storm ionization in t h e upper mesosphere, E.-A. Lauter, 225 ökologische Studien, Ecological Studies - Analysis and Synthesis, J . Jacobs u. a., Bespr. 184 Oesberg, E., Der E i n f l u ß des Prognosemodelltyps auf Informationsverwertung u n d Schockverhalten nach lokaler Feldkorrektur, 109 Olberg, M., M. v. Schönermark, Bearbeitung meteorologischer Zeitreihen mittels Verfahren der mehrdimensionalen Statistik, 30 j Zum Verteidigungsgesetz der Andauern von zonalen u n d meridionalen Zirkulationsformen auf der Nordhemisphäre, 43 Olson, O. L., J . Jacobs, O. L. Lange, W . Wieser, Ecological Studies - Analysis a n d Synthesis, Bespr. 184 optische Eigenschaft, n logarithmisch normalverteilter Partikelkollektive, D. Spänkuch, Bespr. 186 Ozonosphäre, Ultraviolettstrahlung der Sonne, — u n d Photosynthese, J . Slomka, 85

P Papez, A., J . Pretel, Der E i n f l u ß der Gebirgskammströmung auf die'Ausbreitung der Verunreinigung der Grenzschicht, 24

quasi-geostrophisches Regionalmodell, Entwicklung eines operativen n - s - Teil I , W. E n k e u n d A. Meyer, 262

R Radiosondenballon, Über die Änderungen der Steiggeschwindigkeit von —en in der planetarischen Grenzschicht, A. Heibig, 254 R a e t h j e n , P . , W a s sagte Helmholtz 1869 über Zyklogenesis?, 72 Raketensonde, E i n Pirani-Manometer f ü r meteorologische '—n, E . Asseng, 169 Raumforschung, Space Research X I V , Bespr. 184 Regionalmodell, Entwicklung eines operativen quasi-geostrophischen —s, Teil I , W . E n k e u n d A. Meyer, 262 Registrierung, Zur Auswertung von Wind—en, H . J u n g h a n s , 126 Reinhaltung, Meteorologische Probleme bei den Maßnahmen zur - der L u f t , G. Dietze, 195 relative Luftfeuchtigkeit, Zur Statistik des Tagesganges der —n — (Ein Beitrag zur Abschätzung des meteorologischen Risikos des Einsatzes von Mähdreschern), A. Mäde, 55 Rhythmusforschung, 7. Internationales Symposium über interdisziplinäre - in B a d H o m b u r g / B R D v o m 27. 6 . - 3 . 7. 1976, G. Hentschel, 143

Namen- und Sachregister des Bandes 27 S

'

Satellitenmessungen, Comparison of Different Inversion Methods for the Determination of Vertical Temperature Profiles from Simulated Satellite Measurements of Narrow Spectral Intervals, D. Spänkuch, 234 Savina, S. S., L. V. Chmelevskaja, Untersuchungen der mehrjährigen Zyklizität von Zirkulationscharakteristiken, 35 Schlüter, H., Bespr. 184 Schmitz, G., W.Krüger, Zum Amplituden- und Phasen verlauf der planetaren Wellen k = l,2 während der stratosphärischen Erwärmung des Winters 1970/1971, 140 Schumann, A., T. v. Wilamowitz-Moellendorf, Zur Problematik der agrarmeteorologischen Beratung, Bespr. 189 Schönermark, M. v., M. Olberg, Bearbeitung meteorologischer Zeitreihen mittels Verfahren der mehrdimensionalen Statistik, 30 Schönfeld, H.-J., Strahlungsintegrator zur Gewinnung von Stunden werten der Globalstrahlung, 138 Schockverhalten, Der Einfluß des Prognosemodelltyps auf Informationsverwertung und - nach lokaler Eeldkorrektur, E. Oesberg, 109 Schwarzmeerküste, Der Zusammenhang der atmosphärischen Niederschläge an der westlichen (VRB) und der östlichen — (UdSSR) mit den Typen der elementaren Mechanismen (EZM) der Nordhalbkugel, N. K. Ivononova, 49 SI-Einheiten, Die Auswertung der Psychrometerformel nach und der IPTS-68, D. Sonntag, 90 Slomka, J., Ultraviolettstrahlung der Sonne, Ozonosphäre und Photosynthese, 85 Slovakische Akademie der Wissenschaften, Contribution of the Institut of Meteorology and Climatology of the Slovak Academy of Sciences, Bespr. 191 SO r Konzentration, Untersuchungen zur Methodik netzmäßiger Messungen der , W. Warmbt, 206 solar-terrestrische Beziehungen, Der Charakter der n (russisch), Bespr. 193 Sonde, Ein Pirani-Manometer für meteorologische Raketen-n. E. Asseng, 169 Sonne, Ultraviolettstrahlung der —, Ozonosphäre und Photosynthese, J . Slomka, 85 Sonntag, D., Die Auswertung der Psychrometerformel nach SIEinheiten und der IPTS-68, 90 , Ein Strahlungsbilanzmesser mit galvanisch erzeugter Thermosäule, 243 > Pyranographen bzw. Effektivpyranographen mit galvanische erzeugter Thermosäule und ihre Erprobung in Berlin, Potsdam, Stockholm, Leningrad und Bergen, Bespr. Spänkuch, D., A. Böhme, Bericht über das „21. Symposium on Radiation in the Atmosphere with Special Emphasis on Structure and Radiation Properties of Aerosols and Clouds including Remote Sensing and Satellite Measurements", 18. 8.-28. 8. 1976 in Garmisch-Partenkirchen/BRD, 175 , W. Böhme, Bericht über das Symposium „Meteorologische Beobachtungen aus dem Kosmos: Ihre Beiträge zum Ersten Globalen GARP-Experiment (EGGE)", 327 > , Bericht über ein Svmposium der XIV. Hauptversammlung der IUGG, 333 . Yu. M. Timofeyev, J . Gülder, Comparison of different Methods for the Determination of Vertical Temperature Profiles from Simulated Satellite Measurements in Narrow Spectral Intervals, 234 , Optische Eigenschaften Iogarithmisch-normalverteilter Partikelkollektive, Bespr. 186 spektrales Intervall, Comparison of the Different Inversion Methods for the Determination of Vertical Temperature Profiles from Simulated Satellite Measurements in Narrow Spectral Intervals, D. Spänkuch u. a., 234 Sprenger, K., E. A. Lauter, G. Entzian, G. v. Cossart und K. M. Greisiger, Synoptische Erschließung von Prozessen in der winterlichen Mesopausenregion durch bodengebundene Beobachtungsverfahren, 75 Stahnke-Jungheim, K. H., J . Kluge, Ch. Vollbrecht, Die Verwendung von Winddaten bei der operativen numerischen Analyse des Bodendruckfeldes, 147 Statistik, Bearbeitung meteorologischer Zeitreihen mittels Verfahren der mehrdimensionalen —, M. Olberg u. M. v. Schönermark, 30 —, Zur — des Tagesganges der relativen Luftfeuchtigkeit (Ein Beitrag zu Abschätzung des meteorologischen Risikos des Einsatzes von Mähdreschern), A. Mäde, 55

VII

staubförmige Luftverunreinigungen, Meßmethoden zur Bestimmung —r —, M. Zier, 351 Steigge.schwindigkeit, Über die Änderungen der — von Radiosondenballonen in der planetarischen Grenzschicht, A. Heibig, 254 Stockholm, Pyranometer bzw. Effektivpyranometer mit galvanisch erzeugter Thermosäule und ihre Erprobung in Berlin, Potsdam, —, Leningrad und Bergen, D. Sonntag, Bespr. 190 Strahlung, Bericht über das „21. Symposium on Radiation in the Atmosphere with Special Emphasis on Structure and Radiation Properties of Aerosols and Clouds including Remote Sensing and Satellite Measurements" vom 18. 8.-28. 8. 1976 in Garmisch-Partenkirchen/BRD, 175 —, Ultraviolett— der Sonne, Ozonosphäre und Photosynthese, J. Slomka, 85 —, Zur Berechnung der Global- nach Szäsz, K. Bohne u. F. Klingenberg, 162 Strahlungsbilanzmesser, Ein — mit galvanisch erzeugter Thermosäule, D. Sonntag, 243 Strahlungsintegrator, — zur Gewinnung von Stundenwerten der Globalstrahlung, H.-J. Schönfeldt, 138 stratosphärische Erwärmung, Zum Amplituden- und Phasenverlauf der planetaren Welle k = l,2 während der —n — des Winters 1970/71, G. Schmitz u. W. Krüger, 140 Strömung, Der Einfluß der Gebirgskamm— auf die Ausbreitung der Verunreinigung der Grenzschicht, A. Papez u. J . Pretel, 24 —, Turbulenz von Flußbett—en, D. J . Grinvald, Bespr. 338 Stundenwert, Strahlungsintegrator zur Gewinnung von —en der Globalstrahlung, H.-J. Schönfeldt, 138 Suzjumova, G. N., IC. V. Kuvsinova u. Z. M. Utina, Die voraussichtlichen Lufttemperatur- und Feuchteänderungen am Ufer des Aralsees im Falle seiner Austrocknung, 21 Symposium, 7. Internationales — über interdisziplinäre Rhythmusforschung in Bad Homburg/BRD vom 27. 6.-3. 7. 1976, G. Hentschel, 143 Synoptische Erschließung, von Prozessen in der winterlichen Mesopaiisenregion durch bodengebundene Beobachtungsverfahren, E.-A. Lauter u. a., 75 Szäsz, Zur Berechnung der Globalstrahlung nach —, K. Bohne u. F. Klingenberg, 162

T Tagesgang, Zur Statistik des —es der relativen Luftfeuchtigkeit (Ein Beitrag zur Abschätzung des meteorologischen Risikos des Einsatzes von Mähdreschern), A. Mäde, 55 technische Prozesse, Zur Problematik der Nutzung von Kenntnissen über die Wechselwirkung zwischen der Atmosphäre und technischen Objekten bzw. —n —n, J . Kolbig, 339 technische Objekte, Zur Problematik der Nutzung von Kenntnissen über Wechselwirkung zwischen der Atmosphäre und technischen — n —n bzw. Prozessen, J . Kolbig, 339 Temperaturprofil, Comparison of Different Inversion Methods for the Determination of Vertical Temperature Profiles from Simulated Satellite Measurements in Narrow Spectral Intervals, D. Spänkuch, 234 Thermisches Empfinden, im Nordseeklima, H. Mayer, 61 Thermosäule, Ein Strahlungsbilanzmesser mit galvanisch erzeugter —, D. Sonntag, 243 —, Pyranographen bzw. Effektivpyranographen mit galvanisch erzeugter — und ihre Erprobung in Berlin, Potsdam, Stockholm, Leningrad und Bergen, D. Sonntag, Bespr. 190 Timofeyev, Yu. M., D. Spänkuch, J . Güldner, Comparison of Different Inversion Methods for the Determination of Vertical Temperature Profiles from Simulated Satellite Measurements in Narrow Spectral Intervals, 234 Torge, W., Geodäsie, Bespr. 187 Treumann, R., Bespr. 184 Trübung, Bestimmung der atmosphärischen — aus Pyranometermessungen, Ch. Hänsel, 68 Turbulenz, — von Flußbettströmungen, D. J . Grinvald, Bespr. 338 U Ufer, Die voraussichtlichen Lufttemperatur- und Feuchteänderungen am — des Aralsees im Falle seiner Austrocknung, K. V. Kuvsinova, G. N. Suzjumova u. Z. M. Utina, 21

VIII

Namen- und Sachregister des Bandes 27

, Wetter, Unser —, H. Haber, Bespr. 274 Wetterbeeinflussung, Proceedings of the WMO/IAMAP Scientific Conference in Weather Modification, Bespr. 185 Wettervorhersage, Zur Verwendung der Magnus-Formel in numerischen Modellen der —, W. Ahrens, 156 Wieser, W., J. Jacobs, O. L. Lange, J . S. Olson, Ecological Studies — Analysis and Synthesis, Bespr. 184 .Wilamowitz-Moellendorf, T. v., A. Schumann, Zur Problematik der agrarmeteorologischen Beratung, Bespr. 189 Wind, Method of Selecting a Meteorological Station Representative for Estimating the Wind Impact on the Spread of Air Pollution, J . Pruclmicki, 119 Winddaten, Die Verwendung von — bei der operativen numerischen Analyse des Bodendruckfeldes, J . Kluge u. a., 147 Windkanal, Modellierung von Gasausbreitungsvorgängen in der bodennahen Grenzschicht durch Versuche im —, H. Ihlenfeld, 383 Windregistrierung, Zur Auswertung von —en, H. Junglians, 126 V Winter, Zum Amplituden- und Phasenverlauf der planetaren Wellen k = 1,2 während der stratosphärischen Erwärmung des Van Thanli, Untersuchungen zur meteorologischen Ertragsana- s 1970/71, G. Schmitz, W. Krüger, 140 lyse der Kartoffel, Bespr. 146 winterliche Mesopausenregion, Synoptische Erschließung von Vegetation, Vegetation and the Atmosphere, J . L. Monteith, Prozessen in der —n — durch bodengebundene BeobachtungsBespr. 274 verfahren, E. A. Lauter u. a., 75 Verteilungsgesetz, Zum — der Andauern von zonalen und meriWolke, Bericht über das „21. Symposium on Radiation in the dionalen Zirkulationsformen auf der Kordhemisphäre, M. Atmosphere with Special Emphasis on Structure and RadiaOlberg, 43 tion Properties of Aerosols and Clouds including Remote vertikales Temperaturprofil, Comparison of Different Inversion Sensing and Satellite Measurements" vom 18. 8.-28. 8. 1976 Methods for the Determination of Vertical Temperature in Garmisch-Partenkirchen/BRD, 175 Profiles from Simulated Satellite Measurements in Narrow Spectral Intervals, D. Spänkuch, 234 Verunreinigung, Climatological Aspects of the Composition and Z Pollution of the Atmosphere, Bespr. 192 —, Der Einfluß der Gebirgskammströmung auf die Ausbreitung Zeitreihe, Bearbeitung meteorologischer —n mittels Verfahren der der — der Grenzschicht, A. Pape£ u. J . Pretel, 24 mehrdimensionalen Statistik, M. Olberg u. M. v. Schönermark, Vollbrecht, Ch., J . Kluge, K.-H. Stahnke-Jungheim, Die Ver30 wendung von Winddaten bei der operativen numerischen Zenker, H., Lokalklimatologie unter besonderer BerücksichtiAnalyse des Bodendruckfeldes, 147 gung des Mittelgebirgsraumes, 317 Vorhersage, Theoretische Betrachtungen zur numerischen — lokaler Wettererscheinungen mit einer Überführung angegebe- Zerche, M., Neue Ergebnisse über die Messungen der Eisablagerungen in der DDR, 378 ner Modellgleichungen von der Differentialform in eine speZier, M., Meßmethoden zur Bestimmung staubförmiger Luftzielle Integro-Differentialgestalt, M. Gericke, Bespr. 186 verunreinigungen, 351 Zirkulationscharakteristik, Untersuchung der mehrjährigen Zyklizität von —en, S. S. Savina u. L. V. Chmelevskaja, 35 W Zirkulationsform, Andauerverhalten und Jahresgang zonaler und meridionaler —en auf der Nordhemisphäre, H.-F. Graf, 104 Wald, Der Einfluß von — und Gehölzen auf das Klima in human—, Zum Verteilungsgesetz der zonalen und meridionalen —en auf biometeorologischer Sicht, G. Flemming, 320 der Nordhemisphäre, M. Olberg, 43 Waldluft, Zu den bioklimatischen Eigenschaften der —, H. zonale Zirkulationsform, Andauerverhalten und Jahresgang —r Mayer, 216 —en und meridionaler Zirkulationsformen auf der NordhemiWarmbt, W., Untersuchungen zur Methodik netzmäßiger Messphäre, H.-F. Graf, 104 sungen der S0 2 -Konzentration, 206 —, Zum Verteilungsgesetz der Andauern von —n —en und meri- , Bespr. 191 dionalen Zirkulationsformen auf der Nordhemisphäre, M. OlWasserbilanz, Häufigkeitsstatistische Auswertung der klimatiberg, 43 schen — für die Planung von Beregnungsanlagen, D. Krum-^ Zyklizität, Untersuchungen der mehrjährigen — von Zirkulabiegel, 307 tionscharakteristiken, S. S. Savina u. L. V. Chmelevskaja, 35 Welle, Amplituden- und Phasenverlauf der planetaren —n k = 1,2 während der stratosphärischen Erwärmung des Winters Zyklogenesis, Was sagte Helmholtz 1869 über — ?, P. Raethjen, 72 1970/71, G. Schmitz, W. Krüger, 140 ufernahe Zone, Wechselwirkung zwischen Meer und Atmosphäre in der —n —, (russisch), Bespr. 192 Ultraviolettstrahlung, — der Sonne, Ozonosphäre und Photosynthese, J . Slomka, 85 Umgebung, Photosynthesis and productivity in different environments, Bespr. 194 Umwelt, Agrarmeteorologische Forschungsschwerpunkte auf dem Gebiet „Pflanze ", R. Koitzsch, 293 —, Biorhythmen und meteorologische —, L. lvlinker, 287 —, Globale physikalische Prozesse und K. Bernhardt und E.-A. Lauter, 1 Utina, Z. M., K. V. Kuvsinova u. G. X. Suzjumova, Die voraussichtlichen Lufttemperatur- und Feuchteänderungen am Ufer des Aralsees im Falle seiner Austrockmmg, 21 Unger, K., Bespr. 194, 274

Zeitschrift Meteorologie ISSN 0084-5361

Heft 1-1978 Band 28

Im Auftrage der Meteorologischen Gesellschaft der Deutschen Demokratischen Republik herausgegeben von K. Bernhardt, Berlin, E. A. Lauter, Berlin und H.Pleiß, Dresden

Akademie-Verlag • Berlin Z! Meteor. Bd. 2S Heft 1 S. 1 - 6 4 • Berlin 1978 EVP 8 , - M

34126

Im Auftrage der Meteorologischen Gesellschaft der Deutschen Demokratischen Republik herausgegeben von K. Bernhardt, Berlin, E. A. Lauter, Berlin und H. Pleiß, Dresden Unter Mitwirkung von B. Bèli, Budapest F. Bernhardt, Potsdam W. Böhme, Potsdam M. Cadez, Beograd G. Dietze, Dresden-Wahnsdorf A. Doneaud, Bucure§ti P. Dubois, Lindenberg G. Fanselau, Potsdam

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Bezugsmöglichkeiten der Zeitschrift für Meteorologie Bestellungen sind zu richten — in der DDR an den Postzeitungsvertrieb, an eine Buchhandlung oder an den Akademie-Verlag, DDR — 108 Berlin, Leipziger Straße 3—4 — im sozialistischen Ausland an eine Buchhandlung für fremdsprachige Literatur oder an den zuständigen Postzeitungsvertrieb — in der BRD und Westberlin an eine Buchhandlung oder an die Auslieferungsstelle KUNST UND WISSEN, Erich Bieber, 7 Stuttgart 1, Wilhelmstraße 4 - 6 — in Österreich an den Globus-Buchvertrieb, 1201 Wien, Höchstädtplatz 3 — im übrigen Ausland an den Internationalen Buch- und Zeitschriftenhandel; den Buchexport, Volkseigener Außenhandelsbetrieb der Deutschen Demokratischen Republik, DDR — 701 Leipzig, Postfach 160, oder an den Akademie-Verlag, DDR — 108 Berlin, Leipziger Str. 3—4. Zeitschrift für Meteorologie Herausgeber: I m Auftrage der Meteorologischen Gesellschaft der Deutschen Demokratischen Republik herausgegeben von Prof. Dr. Karlheinz Bernhardt, Berlin; Prof. Dr. Ernst August Lauter, Berlin und Prof. Dr. Hermann Pleiß, Dresden. Verlag: Akademie-Verlag, D D R - 1 0 8 Berlin, Leipziger Str. 3 - 4 ; Fernruf 2 23 62 21 oder 2 23 6229 Telex-Nr.: 114420; Postscheckkonto: Berlin 35021; Bank: Staatsbank der DDR, Berlin, Kto.-Nr.: 6836-26-20712. Chefredakteur: Dozent Dr. Rolf Haake, Potsdam Anschrift der Redaktion: Zeitschrift für Meteorologie, DDR — 15 Potsdam, Kleine Weinmeisterstr. 14; Fernruf: Potsdam 25418. Veröffentlicht unter der Lizenznummer 1281 des Presseamtes beim Vorsitzenden des Ministerrates der Deutschen Demokratischen Republik. ^

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Erscheinungsweise: Die Zeitschrift für Meteorologie erscheint jährlich in einem Band mit 6 Heften. Bezugspreis je Band 90,— M zuzüglich Versandspesen (Preis für die DDR 48,— M); Preis je Heft 1 5 , - M (Preis für die DDR 8 , - M). Bestellnummer dieses Heftes: 1013/28/1 Urheberrechte: Alle Rechte vorbehalten, insbesondere die der Übersetzung. Kein Teil dieser Zeitschrift darf in irgendeiner Form — durch Photokopie, Mikrofilm oder irgendein anderes Verfahren — ohne schriftliche Genehmigung des Verlages reproduziert werden. All rights reserved (including those of translations into foreign languages). No part of this issue may be reproduced in any form, by photoprint, microfilm or any other means, without written permission from the publishers. © 1978 by Akademie-Verlag Berlin • Printed in the German Democratic Republic. AN (EDV) 7725

Berichtigung zum Beitrag J . Kluge, K . H. Stahnke-Jungheim und Oh. Vollbrecht Die Verwendung von Winddaten bei der operativen numerischen Analyse des Bodendruckfeldes (Z. Meteor. 27 (1977), H. 3, 147-155

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Korrektur In der Arbeit Haase/Leidreiter in Heft 5, Band 27 muß es auf Seite 281, Zeile 6 lichtig 1013/28/1heißen „unterdurchschnittlichen Werten"

ISSN 0084-5361

Zeitschrift für Meteorologie

lieft I -1978-Band 28

Nachruf 051.5:92

S. I\ Chromow f fiel». 4. 9.1904 gest. 2». 4.1977 Am 29. April 1977 ist l'rofemor Dr. Sseryej Petrowitsch Chromow in Moskau im 73. Lebensjahr nach einer kurzen Krankheit gestorben. Der Verstorbene, war ein bekannter Wissenschaftler auf dem. Gebiet der synoptischen Meteorologie, und der Klimatologie. »Seine wissenschaftliche Laufbahn begann im Jahre 1922 als er sein Hochschulstudium an der Physikalisch-mathematischen Fakultät der iStaatlichen Universität in Moskau begonnen hatte. Im Jahre 1928 promovierte er als Geophysiker. Noch als Student arbeitete er seit dem Jahre 1924 im Aerologischen Observatorium des Staatlichen Geophysikalischen Instituts und trat zwei Jahre später zum Moskauer Bezirks-Wetterdienst über, wo sich sein wissenschaftliches Hauptinteresse in der synoptischen Meteorologie und im prakti.se/ien Wetterdienst herausbildete. Zu dieser Ze.it einer stürmischen Entwicklung der mm- V. Bjerknes eingeführten Methoden der frontologischen Wetterkarten-Analyse begann, ühromow diese Arbeitsmethoden im praktischen Wetterdienst einzuführen. Bei der Errichtung des Zentralen Wetterdienstes der UdSSB in Moskau wurde Chromow dort Leiter der Forsc.hungsabteilung, die er selbst gründete.

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Nachruf Prof. S. P . Chromow

Zeitschrift für Meteorologie Band 28 Heft 1

In den dreißiger Jahren wurde die Bjerknessche frontologische Analyse der Wetterkarten in der Sowjetunion eingeführt, wobei Chromow in der Arbeitsgemeinschaft junger Synoptiker eine leitende Rolle spielte. Er nahm teil an den damals in Moskau organisierten Vorlesungen von T. Bergeron, welcher bei dieser Gelegenheit zweimal längere Zeit in der Sowjetunion weilte. Unter der Redaktion von Chromow wurde damals in russischer Sprache der zweite Teil von Bergerons Arbeit „Dreidimensional verknüpfte Wetteranalyse" und „Vorlesungen über Wolken in der praktischen Analyse der Wetterkarte" veröffentlicht. Seit dem Jahr 1932 hielt Chromow oft Vorlesungen über die neue Methode der Wetteranalyse zwecks weiterer Ausbildung von Synoptikern in der Praxis. In diesen Zeitraum fällt auch der Beginn der systematischen pädagogischen Arbeit von Chromow. Seine wichtigste Arbeit war die „Einführung in die synoptische Wetteranalyse", die im Jahre 1934 erschien. Die zweite, wesentlich erweiterte Ausgabe des Buches stammte aus dem Jahre 1937; nahezu gleichzeitig damit wurde eine tschechische Übersetzung des Werkes in Prag herausgegeben. Im Jahre 1940 wurde eine deutsche Bearbeitung im Springer- Verlag in Wien veröffentlicht. Im zweiten Weltkrieg beteiligte sich Chromow an der Ausbildung von Meteorologen für die Arbeit unter Kriegsverhältnissen. Gegen Ende des Jahres 1944 übersiedelte Chromow nach Leningrad, wo er zum Professor und Leiter des Lehrstuhls des Hydrometeorologischen Instituts bestellt wurde; seit 1947 arbeitete er auch an der Geographischen Fakultät der Leningrader Universität als Leiter des Lehrstuhls für Meteorologie und Klimatologie Im Jahre 1948 erschien ein umfangreiches Werk von Chromow unter dem Titel „Grundzüge der synoptischen Meteorologie". Diese Arbeit wurde von der Geographischen Gesellschaft der Sowjetunion durch die Verleihung einer Goldmedaille ausgezeichnet. Im Jahre 1953 kehrte Chromow nach Moskau zurück und betätigte sich dort bis zu seinem Tod als Mitglied und längere Zeit als Leiter des Lehrstuhls für Meteorologie und Klimatologie. In den Jahren 1956—57 nahm Chromow an der Sowjetischen Expedition in der Antarktis auf dem Schiff „Ob" teil. Seine ausgedehnte pädagogische und wissenschaftliche Arbeit vereinigte Chromow erfolgreich mit öffentlicher Tätigkeit. Er war Mitglied vieler wichtiger wissenschaftlicher Organisationen und Redaktionen von Fachzeitschriften. Im Jahre 1956 veröffentlichte Chromow gemeinsam mit L. I. Mamontowa das „Meteorologische Wörterbuch", das 7 Jahre später in einer Neubearbeitung erschien; nunmehr wird eine dritte Ausgabe dieses Werkes vorbereitet. Als Anerkennung und Würdigung seiner vielfältigen Tätigkeit im wissenschaftlichen, organisatorischen und pädagogischen Bereich wurden Professor Chromow viele Ehrungen zuteil. Er wurde auch zum Ehrenmitglied der Meteorologischen Gesellschaften der Deutschen Demokratischen Republik, der Tschechoslowakischen Sozialistischen Republik und der Ungarischen Volksrepublik gewählt. N. Koniek

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Spatial Analysis of Temperature and Geopotential Fields on the Basis of data from remote sounding of the Atmosphere By 0. M. Prokovskij and E. E. Ivanykin Zusammenfassung: D a s V e r f a h r e n zur r ä u m l i c h e n Assimilation i n d i r e k t e r meteorologischer I n f o r m a t i o n e n [6—8] wird a u f das P r o b l e m der A n a l y s e des T e m p e r a t u r - u n d Geopotentialfeldes aus S a t e l l i t e n - M e ß d a t e n der t h e r m i s c h e n A u s s t r a h l u n g a n g e w a n d t . E s werden m e h r e r e A s s i m i l a t i o n s - S c h e m a t a d i s k u t i e r t : r ä u m l i c h e E x t r a p o l a t i o n u n d I n t e r p o l a t i o n , o p t i m a l e F i l t e r u n g eines D a t e n satzes v o n S a t e l l i t e n m e s s u n g e n , r ä u m l i c h e A n p a s s u n g aerologischer I n f o r m a t i o n e n u n d D a t e n der i n d i r e k t e n S o n d i e r u n g bei der o b j e k t i v e n s t a t i s t i s c h e n Analyse des Geopotentialfeldes. Die Ergebnisse der n u m e r i s c h e n Modellierung der Assimilations-Schemata auf E l e k t r o n e n r e c h e n m a s c h i n e n werden mitgeteilt. E s werden sowohl die A b h ä n g i g k e i t der Genauigkeit der e r h a l t e n e n A b s c h ä t z u n gen v o n der Dimension des r ä u m l i c h e n F i l t e r s als a u c h die S t a b i l i t ä t der a n g e w a n d t e n A l g o r i t h m e n gegenüber F e h l e r n der Eingangsi n f o r m a t i o n u n t e r s u c h t . D e r vorgeschlagene Ansatz ermöglicht, verglichen m i t k o n v e n t i o n e l l e n I n t e r p r e t a t i o n s v e r f a h r e n , eine optimalere Nutzung von Satelliteninformationen. Summary: T h e t e c h n i q u e of spatial assimilation of indirect meteorological i n f o r m a t i o n [6—8] is a p p l i e d t o t h e analysis of t h e t e m p e r a t u r e a n d geopotential f i e l d on t h e basis of satellite-borne m e a s u r e m e n t s of outgoing t h e r m a l r a d i a t i o n . A n u m b e r of assimil a t i o n schemes is discussed: spatial e x t r a p o l a t i o n a n d interpolation, o p t i m a l f i l t r a t i o n of a set of d a t a of satellite m e a s u r e m e n t s , s p a t i a l a d j u s t m e n t of aerological i n f o r m a t i o n a n d r e m o t e s o u n d i n g d a t a in t h e objective statistical analysis of t h e geopotential f i e l d . T h e results of n u m e r i c a l modelling of t h e assimilation schemes b y electronic c o m p u t e r s a r e given. T h e d e p e n d e n c e of t h e a c c u r a c y of e s t i m a t e s o b t a i n e d on t h e dimension of t h e spatial f i l t e r is investigated as well as t h e s t a b i l i t y of t h e a p p l i e d a l g o r i t h m s as c o m p a r e d w i t h t h e errors in t h e initial i n f o r m a t i o n . I t is shown t h a t t h e proposed a p p r o a c h p e r m i t s b e t t e r use t o t h e m a d e (compared w i t h t h e c o n v e n t i o n a l i n t e r p r e t a t i o n techniques) of satellite i n f o r m a t i o n .

The techniques for the interpretation of the characteristics of the fields of outgoing thermal radiation of the earth-atmosphere system designed to obtain the vertical temperature distributions in the atmosphere imply, first of all, meteorological applications. In using conventional methods of the inversion of remote sounding data, the obtained information has only a limited value for numerical forecasting purposes [5], which is due to a relatively low accuracy of temperature determination characteristic of modern interpretation methods. Procedures of objective analysis [3] designed for the processing of aerological-information are not optimum when applied to the results of the interpretation of satellite measurements whose errors cannot be considered to the spatially independent [2]. Conventional interpretation methods imply an independent processing of the data of satellite measurements referring to the different points of the meteorological field. Correlation radii of random fields of the main meteorological elements (e.g. temperature and geopotential) are of the order of 1500—2000 km, a dozen times the value of the distance between the reference points of neighbouring satellite measurements. The restriction of the statement t a conventional interpretation methods leads to their non-optimality (from the statistical point of view. The linearity of the inverse problem considered (with respect to the parameters sought) creates the basis for the generalization of interpretation techniques. Based upon the general methodology involving the statistical analysis of a spatial set of the data of remote sounding, their optimum adjustment to the aerological information and the interpolation in the nodes of the regular three-dimensional grid [6, 7], numerical experiments on electronic computers were made in connection with the retrieval of the temperature field for a number of schemes of spatial assimilation for certain meteorological situations. The results of the investigation show that the use of the information on close spatial correlations of the temperature field appears to be an important factor in increasing the accuracy of the estimates obtained on the basis of satellite data. _ One should bear in mind that the numerical forecasting models often make use not of the temperature distribution but of the geopotential profile which is a linear function of temperature. Moreover, in many cases the information on spatial gradients of the geopotential field is indispensable. Therefore, in view of the prospects of using the data of remote sounding as an initial meteorological information it is important to study the questions concerning the estimation of the accuracy of the determination of the geopotential for standard isobaric surfaces with the aid of different assimilation schemes. The present paper is devoted to the consideration of the main elements of the objective analysis of the temperature and geopotential field using the data of satellite measurements with and without aerological information.

1. The problem The problem of assimilation of meteorological information, its interpretation and analysis is closly connected with the filtration and estimation problems. Let us formulate the -filtration problem in its conventional form. Consider {x(t), t g 21} and {n(t), t Ç T} as two random processes, which we shall call a signal and noise, respectively. Let us assume t h a t the sum y{t) = x(t) +n(t) is the result of the measurement of the signal x(t) in thetime interval [i0, y . Based upon the given y{t) (t^t^t^) it is necessary to obtain the best estimate of the value of the signal at l*

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Spatial Analysis of Temperature and Geopotential Fields on the Basis of data from remote sounding of the Atmosphere By 0. M. Prokovskij and E. E. Ivanykin Zusammenfassung: D a s V e r f a h r e n zur r ä u m l i c h e n Assimilation i n d i r e k t e r meteorologischer I n f o r m a t i o n e n [6—8] wird a u f das P r o b l e m der A n a l y s e des T e m p e r a t u r - u n d Geopotentialfeldes aus S a t e l l i t e n - M e ß d a t e n der t h e r m i s c h e n A u s s t r a h l u n g a n g e w a n d t . E s werden m e h r e r e A s s i m i l a t i o n s - S c h e m a t a d i s k u t i e r t : r ä u m l i c h e E x t r a p o l a t i o n u n d I n t e r p o l a t i o n , o p t i m a l e F i l t e r u n g eines D a t e n satzes v o n S a t e l l i t e n m e s s u n g e n , r ä u m l i c h e A n p a s s u n g aerologischer I n f o r m a t i o n e n u n d D a t e n der i n d i r e k t e n S o n d i e r u n g bei der o b j e k t i v e n s t a t i s t i s c h e n Analyse des Geopotentialfeldes. Die Ergebnisse der n u m e r i s c h e n Modellierung der Assimilations-Schemata auf E l e k t r o n e n r e c h e n m a s c h i n e n werden mitgeteilt. E s werden sowohl die A b h ä n g i g k e i t der Genauigkeit der e r h a l t e n e n A b s c h ä t z u n gen v o n der Dimension des r ä u m l i c h e n F i l t e r s als a u c h die S t a b i l i t ä t der a n g e w a n d t e n A l g o r i t h m e n gegenüber F e h l e r n der Eingangsi n f o r m a t i o n u n t e r s u c h t . D e r vorgeschlagene Ansatz ermöglicht, verglichen m i t k o n v e n t i o n e l l e n I n t e r p r e t a t i o n s v e r f a h r e n , eine optimalere Nutzung von Satelliteninformationen. Summary: T h e t e c h n i q u e of spatial assimilation of indirect meteorological i n f o r m a t i o n [6—8] is a p p l i e d t o t h e analysis of t h e t e m p e r a t u r e a n d geopotential f i e l d on t h e basis of satellite-borne m e a s u r e m e n t s of outgoing t h e r m a l r a d i a t i o n . A n u m b e r of assimil a t i o n schemes is discussed: spatial e x t r a p o l a t i o n a n d interpolation, o p t i m a l f i l t r a t i o n of a set of d a t a of satellite m e a s u r e m e n t s , s p a t i a l a d j u s t m e n t of aerological i n f o r m a t i o n a n d r e m o t e s o u n d i n g d a t a in t h e objective statistical analysis of t h e geopotential f i e l d . T h e results of n u m e r i c a l modelling of t h e assimilation schemes b y electronic c o m p u t e r s a r e given. T h e d e p e n d e n c e of t h e a c c u r a c y of e s t i m a t e s o b t a i n e d on t h e dimension of t h e spatial f i l t e r is investigated as well as t h e s t a b i l i t y of t h e a p p l i e d a l g o r i t h m s as c o m p a r e d w i t h t h e errors in t h e initial i n f o r m a t i o n . I t is shown t h a t t h e proposed a p p r o a c h p e r m i t s b e t t e r use t o t h e m a d e (compared w i t h t h e c o n v e n t i o n a l i n t e r p r e t a t i o n techniques) of satellite i n f o r m a t i o n .

The techniques for the interpretation of the characteristics of the fields of outgoing thermal radiation of the earth-atmosphere system designed to obtain the vertical temperature distributions in the atmosphere imply, first of all, meteorological applications. In using conventional methods of the inversion of remote sounding data, the obtained information has only a limited value for numerical forecasting purposes [5], which is due to a relatively low accuracy of temperature determination characteristic of modern interpretation methods. Procedures of objective analysis [3] designed for the processing of aerological-information are not optimum when applied to the results of the interpretation of satellite measurements whose errors cannot be considered to the spatially independent [2]. Conventional interpretation methods imply an independent processing of the data of satellite measurements referring to the different points of the meteorological field. Correlation radii of random fields of the main meteorological elements (e.g. temperature and geopotential) are of the order of 1500—2000 km, a dozen times the value of the distance between the reference points of neighbouring satellite measurements. The restriction of the statement t a conventional interpretation methods leads to their non-optimality (from the statistical point of view. The linearity of the inverse problem considered (with respect to the parameters sought) creates the basis for the generalization of interpretation techniques. Based upon the general methodology involving the statistical analysis of a spatial set of the data of remote sounding, their optimum adjustment to the aerological information and the interpolation in the nodes of the regular three-dimensional grid [6, 7], numerical experiments on electronic computers were made in connection with the retrieval of the temperature field for a number of schemes of spatial assimilation for certain meteorological situations. The results of the investigation show that the use of the information on close spatial correlations of the temperature field appears to be an important factor in increasing the accuracy of the estimates obtained on the basis of satellite data. _ One should bear in mind that the numerical forecasting models often make use not of the temperature distribution but of the geopotential profile which is a linear function of temperature. Moreover, in many cases the information on spatial gradients of the geopotential field is indispensable. Therefore, in view of the prospects of using the data of remote sounding as an initial meteorological information it is important to study the questions concerning the estimation of the accuracy of the determination of the geopotential for standard isobaric surfaces with the aid of different assimilation schemes. The present paper is devoted to the consideration of the main elements of the objective analysis of the temperature and geopotential field using the data of satellite measurements with and without aerological information.

1. The problem The problem of assimilation of meteorological information, its interpretation and analysis is closly connected with the filtration and estimation problems. Let us formulate the -filtration problem in its conventional form. Consider {x(t), t g 21} and {n(t), t Ç T} as two random processes, which we shall call a signal and noise, respectively. Let us assume t h a t the sum y{t) = x(t) +n(t) is the result of the measurement of the signal x(t) in thetime interval [i0, y . Based upon the given y{t) (t^t^t^) it is necessary to obtain the best estimate of the value of the signal at l*

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O. M. Prokovskij and E. E. I v a n y k i n , Analysis of Temperature and Geopotential Fields

Zeit.dmft fflr Meteoiologie

the time t = I. Let us 'denote by y a set of observational data. In the discrete case Y is a vector. For processes continuous in time, y is a function representing the realization of the random process y(t). Let X be a set of values of the signal x(t). The filter is a function expressing Y by X. The value of this function at the concrete Y is called an estimate and is denoted by x. For a full description of the problem it is necessary to determine „signal" and „noise", i.e. the criterion from which the best estimate and the class of allowed filters are determined. The signal and the noise may be determined in serveral ways. They can be represented as random processes or as vectors, and can be described with the aid of covariance functions, spectral densities or stochastic equations. The quality of the estimates is usually characterized by the loss function. The loss function is determined as the real function L(x) with the following properties: 1) L(x)^ 0 2) L(x)=L{ — x) 3) L(x) does not decrease with increasing 11 x 11. Then the losses become the random value L(x — x). The best estimate x minimizes the mean losses E{L(x — x)} [E is the symbol denoting mathematical expectation). Let us dwell upon the theoretical principles of obtaining the best values. All the necessary statistical information on the value x(t) extracted from the observations y(t) is contained in the conditional distribution of probabilities | y(t) = y(t), . . .., AT(pn)), let AT(p{) = = AT(ps). In this case the (n- 1) -dimensional vector AH= (AH(p2), . . . , AH (pn)) is connected with the A T matrix relation (11)

AH =

B-AT

which contains a triangular matrix B of the dimension ( n - l j x » , B = {bij} (i = 2, . . . n, j = l, . . . , n), btj = c • c) for j S i and by = 0 for j & i. The values c) ( j = 1, . . . , i) constitute the coefficients of the quadratic formula approximating the integral in (9) at p=Pi (i = 2, • • • , n). Let us determine the problem of statistical analysis of the results of measurements AI(x) made a t points with coordinates xi, . . . , xN. Our aim is to obtain the best statistical estimates for the deviations of meteorological elements from their mean values A T{x0) = T(x0) - T(a;0) and AH(x0) = H(x0)-H(xo) at an arbitrary point of the field with coordinates x0. Note, t h a t if (a;,-) = / (I is the matrix of identical transformation) the stochastic model (8) describes t h e results of aerological measurements. We assume t h a t all matrix operators A(x{), the vectors of mean values T(x{) and the covariance matrices RT(Xi, x,), RT(Xi), Re{xh Xj) (i,j = 0, 1, . . . , N) are determined. We combine the results of measurements AI(Xi) in the single block vector Alfa) AI{Xl,

. . . , xff) = AI(XN)

I n order to obtain the necessary estimate we make use of the apparatus of multivariate statistical analysis. According to (4,5), for the best statistical estimate minimizing quadratic deviations the expression (12)

AT{X0)

= Kt(Xq

\xi,...,x

N

) - AI(xu

...

,xN),

containing the prediction operator (13)

Kt{X

O

\XL,

. . .

,

• RJL

Xn) = Rti

is valid. Covariance matrices on t h e righthand side of (13) have a block blocks in the form of {RI}ij = A{x^) • RT(xit a;,•) • A*{Xj) + Re(xit The cross covariance matrix RTI of the estimated vector A T(x) blocks in the form of RT(x0, xf) • A*(Xi) (i= 1, . . . , N). The quality of the estimate (12) is characterized by the matrix (14)

RT{XQ) = Rt(X0)

—KT(X0

structure. The quadratic matrix R, contains NXN Xp) (i,j= 1, . . . , N). and the input data constitute a row consisting of N of covariances of the random vector AT(x§)

| xL, . . . , xN) • R%! .

Since the variations A T and AH are interconnected by a linear relation, the first two moments of the random vector H(x) are described by (15)

H(x) = B • T(x), RfI(.x,x') = B • RT{x,x')

• B* .

Similarly, taking account of (11) we arrive at the estimates for the geopotential at the point: (16)

AH{Xq) = B- K t ( X 0 | xL>...

, xN) • AI{xit

(17)

Ru(x0)

| xlt . . . , xN) • R%J • B* .

= RH{x)

- B • Kt(Xo

...

,xN)

The predictor KT(x0 \ xlt . . . , xN) using the data of N independent measurements is called the filter of the order N. Let us point out to particular cases of the descibed technique of statistical analysis. When the information is fixed at one point (N = 1), xQ^xL the formulated procedure constitutes the optimum extrapolation. At the algorithm is reduced to optimum interpolation. If the meteorological elements T{x) and H(x) are fixed on more t h a n one isobaric surface, the assimilation mechanism performs the optimum adjustment of the values of the corresponding meteorological fields [3]. When the supporting points xlt . . . , xN are chosen by turns as x0 the algorithm considered is reduced to optimum spatial adjustment (filtering) and provides the best estimates of meteorological elements at each of these points based upon the entire set of measurements AI(x1), . . . , AI{xN). Note, t h a t onp of the conventional interpretation algorithms (statistical regularization method) constitutes of a first order filter. Assuming A(x{) = J we arrive at the method of objective statistical analysis developed by L. S. Oandin [3]. If the blocks of the vector AI contain both aerological data and results of satellite measurements t h e method considered permits optimum adjustment of both kinds of meteorological information. A serious difficulty in the course of numerical solution of the assimilation problem on electronic computers with the aid of the above formal procedure is the inversion of the block matrix, due to its large dimension. I n practice, while analysing the meteorological field referring even to a comparatively small area of the earth's surface, it may be necessary to use a considerable amount of measured data. In order to overcome this difficulty the use of the recursive algorithm of successive inversion Rr over blocks is proposed. It is based upon the matrix identity easily .checked: (18)

A C -L C* B

A C C* B

•,A = (A-C-

B~L-

C*)~1,C=

- A -C-

B~i,

B = B-i

+ B~i-

C* • A - C • B'

Let us apply (18) for inversion Rj choosing as B the last diagonal block R, and as C and C* the last block column and the row R } without the last block. In place of the block B we shall obtain the matrix expression containing the

Zeitschrift^für Meteoiologie

q

m_

p r o k o v s k i j and E. E. I v a n y k i n , Analysis of Temperature and Geopotential Fields

matrix inverse to the matrix A (xN) • RT' • A*{xN) + Re. The inversion of this matrix due to the presence of the regularizaron term Re(xN) is quite stable. This is confirmed by the practice of the solution of inverse problems by the statistical regularization method. The computation of the block A requires the computation of the block matrix • (A(xN) • of dimension {N — 1)X(N — 1) with the following block structure: { Á j y — A(x¡) • [RT (x¡, x¿) — RT(x{,xN) {A{xN) • RT • A*(xN) + R,,)'1 • A*(xN) • ItT(xN, x()] • A* + Re - d{; {i,j = l , . . . , N — 1; dy is the Kronecker symbol). The procedure mentioned should be applied to this matrix again and after the performance of the inversion of the last diagonal b l o c k s which also contains the regularization term Rc(x{f_1) we arrive at the problem of the computation of the inverse block matrix (N — 2) X (N — 2). After the {N — 1) -step of the recursive algorithm we have to invert the matrix the dimension of which is equal to the dimension of the first diagonal block R¡. Thus, to find the inverse matrix for R¡ it is necessary to invert N of the regularization matrix operators whose dimension is equal to that of the diagonal blocks R¡. Since the matrix R¡ does not depend upon the current point it must be inverted only once. The matrix RTI taking account of the dependence on.i 0 is computed without any difficulties. Thus, the procedure of the assimilation of the data of N measurements is equivalent in its numerical relation to N individual inversions of the data AI(x¿) (i = 1, . . . , N) for obtaining AT(xQ). However, the application of the assimilation algorithm permits to obtain the estimate at an arbitrary point of the fields T, H including the nodes of the regular three-dimensional grid for further use in the prediction schemes. 3. Optimum statistical procedures of timc-space assimilation of indirect meteorological information The increasing role of asynoptical information which in contrast to synoptical information is practically continuous in time requires the consideration of temporal assimilation of this kind of data. I n the numerical solution of the inverse problem the initial integral equation is approximated by the system of linear algebraic equations. Here we shall write it in the following form: (19)

A{t)

• AZ(t)

= Ay(t)

+s{t)

which relates the variations of the vector of measured radiation characteristics Ay{t) at the time t to the corresponding variations of the vector of values of the wanted meteorological element AZ(t). Here s(f) is the random error of measurements. For certainty, we shall consider that A is the rectangular matrix m X » and that the dimensions of the vectors AZ and Ay are equal to n and m, respectively. Now we assume t h a t the projection of the trajectory of scanning of the measuring device on the earth's surface is described by x = x(t). Here x is the vector of the coordinates of the current point to which the data of measurements y{t) refer. In this case it is possible to determine the random function Z(t) = Z(x(t), t ) constituting the „trajectory" in the random space-time field of the wanted meteorological elements Z. The stochastic structure of the random function Z(t) is determined uniquely by the probability parameters of the initial meteorological field. Its first and second moments can be found from the equations (20)

• Z(t)

= Z(x(t),

t);

jfcft,

t2) = R

z

t

t

;

x(t2),

t2].

Note, that the function of mean values Z(t) and the covariance matrix function Rz(t\ , t2) fully characterize the space-time structure of the meteorological field along the trajectory of scanning. We shall assume that the vector s(t) is not correlated with the components Z(t) and has zero mean values. We shall also assume that the corresponding covariance function is described by the equation Re(tL, t,) = Re{t\) • d(tL — t2). The first two moments of the random field of signals Y are determined from (

21)

y ( t ) = A ( t ) • Z(t);

Ry(

h) = M k ) • M k ,

h) • A*{t2)

+ Re{tl,

t2)

(* — is the sign of matrix conjugation). The determinations introduced permit the formulation of the main problem in its most general form. We consider t h a t indirect measurements are performed continuously in the time interval [i0, ij]. It is necessary to obtain the best statistical estimate at the arbitrary current point S based upon a set of data on the realization of the random function y(t) (¿Q 3 i s using linear operations. Since in meteorological practice only two first moments of random fields are considered, the procedure of linear estimation appears optimum. The random field determined by two moments is equivalent to the Gaussian field for which the optimal predictors are in the class of linear functionals. Assuming t h a t the functions Z(t) and y(t) are centered by their means, i.e., Z ( t ) = y ( t ) = 0 we shall seek the solution of the problem in the form of the following linear estimate: (22)

x(s)=}iK(s,t)-y(t)dt to

The integral form of the vector or matrix expression is the vector or matrix of integrals of the corresponding components. The function K{s, t) still undetermined can be found from the optimization condition of a certain criterion related to the vector of differences dZ{s) =Z{s) —2{s). Let us choose as a criterion the most widely used measure of the variation of random vector values, viz., the generalized dispersion bZ{s). In this case after simple calculations we have the following expression for the covariance matrix of scattering the value (22): (23)

D(d2(s))=E{dZ(s)

• d£(«)*)=

h h / J K(s,

io 'o

t){A{t)

h

-

f K{s,

h

• Rz(t,

r ) • A*(T)

+ R£(t,

t ) } • K*(s,

h

t) • A{t)

• Rz(t,

s ) d t - f

to

Rz{s,

t) • A*{t)

• K*(s,

t)dt

T)dtdr

+ Rz{s,

s)-

O. M. P r o k o v s k i j and E. E. I v a n y k i n , Analysis of Temperature and Geopotential Fields

HeitT' 08 ' 6

In obtaining (23) the properties of the linearity of the operations of integration and mathematical expectation are used. After fixing the value t = s we arrive at the classical problem of calculus of variations for the matrix function K(s, t) of one variable t in the interval [£0, I t is necessary to find the function K realizing the minimum of the functional of the conventional form h (24) / F(t,K(s,t))dt to where does not exceed 1.5 °C, maximum errors not exceeding 2 °C. The rms errors of the estimate of values of the geopotential H (700), H (500), #(200) are 10-20. 20-30 and 25-50 m, respectively. The analysis of the results under conditions of a less stable atmosphere (winter statistics) indicates a much lower accuracy of the obtained results {8—5— 11). On the average, the values o> are equal to 2 °C. Maximum errors of the retrieval of the temperature profile ina number of cases exceed the value 3 °C. Mean errors in the determination of geopotential heights H (700), .ff (500) and H (200) increase up to the values of 20—30, 40—60 and 50—80 m., respectively. Note that the values mentioned constitute 25—35% of the apriori uncertainty of the field characterized by the diagonal elements of the auto-covariance matrix R u . The information obtained with the help of the filter considered cannot be used immediately in the numerical forecasting models. Previously it must be interpolated in the nodes of the regular grid. Therefore, it is necessary to estimate the possible losses in accuracy caused by interpolation procedures. First, we shall consider the simplest assimilation scheme — the extrapolation of satellite information from a certain reference point in the node of the grid (scheme ex). It is reasonable to compare the obtained results with the error of the remote sounding performed immediately in this node (schemes). The comparison between the versions (ex — 2, 6, 10, 11) and (s — 3), and between (ex—12, 14—17) and (s—1) shows that the accuracy of extrapolation decreases most noticeably in the distance interval of 200 to 300 km. In this case the mean errors a T increase by 0.4—0.8 °C, the errors in the estimate II (700), H (500) and H (200) increase by 10,20 and 30—40 m, respectively. For a less homogeneous field (winter statistics) the corresponding increments of the error constitute 0.8 °C—1.5 °C (temperature), 10—20, 30—40 and 50—70 m (geopoten, tial). In the distance interval of 300—800 km (ex—6, 10, 11, 12, 14, 13, 8) the accuracy of extrapolation decreases less noticeably. On the average, the error of the temperature estimate increases by 0.2 °C—0.3 °C, and that of the geopotential by 5—15 m. In the extrapolation to the distances exceeding 1000 km (ox —11, 16, 17) stabilization of the error of estimates is observed, their values, however, approach the level of the apriori ambiguity of the field. The results of numerical experiments indicate that the extrapolation of satellite information just as in the case of aerological (ex—2, 5, 7, 9) leads to its considerable losses. A two times increase in the level of errors e leads to the decrease in the accuracy of temperature extrapolation by 0.1 °C—0.2 °C and that of the geopotential by 3—5 m (ex—1, 2). Note, that with distance the discrepancies in the accuracy of the result, as a rule, decrease. The data obtained are indicative of the practical stability of the given assimilation scheme. Thus, though extrapolation as an assimilation scheme is not of great interest, the analysis made permitted the detection of the regularities connected with a spatial estimation from the data of remote sounding. 5. Optimal interpolation

Statistical interpolation, an important constituent of the modern objective analysis, is of practical interest also in the case of satellite information. The statistical approach used by us combines the interpretation algorithm and the method of spatial analysis Due to this it is possible to transform the data of remote sounding immediately in the estimates of meteorological elements in the nodes of three-dimensional grid. Let us consider a number of interpolation schemes using the network stations as the points of reference of the data of satellite measurements and nodes (assimilation scheme ins). From the versions (ex—18) and (ins—2,6) it is seen that the succressive increase in the order of spatial filter leads to a noticeable increase in accuracy. The filter of the third and second order (ins—6, 9—12) performs interpolation in the node. Thereupon, an accuracy of the obtained estimates is close to that achieved in the interpretation of satellite measurements conducted immediately in the node (s—2,4). In the case of less homogeneous field (winter statistics) the errors of optimal interpretation in the node (ins-7, 8, 13, 14) differs slightly from the error of the immediate remote sounding at this point (s—8). The results referring to the versions (ins—4, 5, 7, 8) permit the detection of a certain dependence of the accuracy of interpolation on the distance from the node of those points at which the information is fixed. Note, that the estimates referring to the predictors of the third and fourth order are in a rather close correspondence with the values of errors (ins-6, 12, 7, 13, 9, 11, 8, 14). The estimates obtained for the version (ins-2, 3, 9, 10) give the possibility to compare the accuracies of interpolation of two kinds of meteorological information. Possessing aerological information it is possible to obtain the estimates of temperature and geopotential much more accurate than on the basis of satellite data. For the assimilation schemes considered the corresponding differences are, on the average, 0.3 °C—0.5 °C and 10-20 m. The results of the versions (ins-1, 2) demonstrate the practical stability of the algorithm of the errors in fixing the initial information. In the results of numerical experiments the errors of interpolation vary within wide limits. The mean error of temperature estimates is 1.2 °C-2.5 °C, the errors of determination of geopotential for isobaric surfaces of 700, 500 and 200 mb vary within the range of 20-40, 30-60 and 50-90 m, respectively. Thus, though the procedure of optimal interpolation performs the transformation of satellite information in the nodes of the grid practically without losses in accuracy, the level of errors of the obtained estimates exceeds obviously the values acceptable for numerical forecasting models. Hence, for the regions not provided with the aerological information spatial density of satellite

ZeitschxifUurMétéorologie

Q

m_

prokoFskij

and E.

E

. I v a n y k i n , Analysis of Temperature and Geopotential Fields

J3

measurements, one sounding per 300—500 km, is unsatisfactory. I n [8] it is shown t h a t , when the spatial step of satellite measurements is smaller t h a n 100 km, the accuracy of interpolation of temperature estimates increases considerably reaching the values of 0.8 °C—1.5 °C. With this, the errors of determination of geopotential decrease by a factor of 1.5—2. The minimum value of the spatial step with, which the remote sounding m a y be performed is determined, in particular, by spatial resolution of measuring instruments constituting, at present, the value exceeding 30 km. When the density of measurements equal to 30—40 km is achieved the interpolation problem is changed into a problem of spatial a d j u s t m e n t of satellite information.

6. Spatial filtering of the data oi remote sounding The low accuracy of the remote method of determination of temperature and geopotential based upon the conventional interpretation algorithms restricts the possibilities of t h e application of obtained results to numerical forceasting. Though in recent years a number of different mathematical approaches to the solution of the inverse problem has been proposed the accuracy of the solution remains practically unchanged. The improvement in the accuracy of remote methods m a y be expected only if more adequate statement of the problem is used. The generalized approach to the solution of inverse problems of satellite meteorology [6, 7] proposed by us implies the use as an apriori information not only of the characteristics of the vertical statistical structure of the atmospheric physical parameters sought b u t also of the values describing more intensive horizontal correlations of the elements of the meteorological field. Making use of the terms applied in the objective analysis [3] it is possible to state t h a t this method carries out spatial a d j u s t m e n t of the d a t a of remote measurements. Since one can speak of two kinds of meteorological information, two kinds of -adjustment are possible. I t is reasonable to consider the a d j u s t m e n t between heterogeneous and homogeneous information. I n t h e analysis of t h e field from the d a t a of remote sounding of the regions not provided with aerological information an important p a r t must be played by the method of spatial a d j u s t m e n t . W e have conducted numerical experiments using the network stations as supporting points (assimilation scheme — as.) The a d j u s t m e n t of the pair of satellite measurements with a distance from each other equal to 300 km (version as—1) permits the increase in the accuracy of temperature estimation by 0.5 °C, and t h a t of the geopotential by 10—20 km as compared to the conventional interpretation method (s—10). The comparison with the version (as—5) permits the detection of the dependence of the effectiveness of a d j u s t m e n t on the distance between the supporting points. The use of t h e third order filter (as—2,6) leads to t h e increase in the accuracy of estimation/of both meteorological elements, on an average, by a factor of 1.5 as compared with the possibilities of the statistical regularization method (s—6,7). The versions (as—7,8) demonstrate a successive increase in the accuracy of the estimates with the increase in the order of the filter. The a d j u s t m e n t of five satellite measurements at the distance from one another equal to 300—600 k m permits the achievement of the level of the mean accuracy of temperature estimation equal to 1 °C. The errors of the determination of the value of the geopotential H (700), H (500), II (200) are 1 5 - 3 0 and 2 0 - 4 0 km, respectively. Versions (as-3,4) permit one to state t h a t at the distance between the supporting point comparable with the values of the correlation radius of the meteorological fields (i.e. above 1000 km) sufficient of accuracy is observed with the a d j u s t m e n t of four measurements. The most effective are the filters of high orders referring to a dense network of supporting points. According to the results [8] the accuracy of temperature estimation may reach the level of 0.5 °C with the spatial step of measurements less t h a n 100 km. Yet, the value of the order of the used filter is restricted to the possibilities of electronic computers. Therefore, the problem of the determination of the optimal relation between the density of supporting points and the order of the filter becomes very urgent.

7. Adjustment of satellite and aerological information In the case of remote sounding of the regions partially provided with the information, the a d j u s t m e n t of both kinds of meteorological information is of certain importance. The corresponding calculations have been conducted for several situations (assimilation scheme — l i s ) . From the version (aas—1) it is seen t h a t the application of aerological information from the station at a distance of 680 km ensures the increase in the accuracy of estimation of the geopotential by 10—30 m (s—5). The effectiveness of the given kind of a d j u s t m e n t depends also on the distance between the supporting points (aas—1,2). The increase in the number of supporting stations leads to the considerable increase in the effectiveness of remote method. With the presence of the information from 2—3 supporting stations situated within the radius of 400—800 km the estimation error at the point of measurement from a satellite is less t h a n 1 °C for temperature and no more t h a n 30 m for the geopotential (aas — 3,4). The a d j u s t m e n t of satellite information to the d a t a of more extensive meteorological network leads to a much more appreciable increase in the effectiveness of the analysis. The accuracy of temperature estimation can reach the value of 0.5 °C, and t h a t of the geopotential 10—15 m (aas—4—6) even with the mean distance of supporting stations (300—500 km). Since at the subsatellite points t h e estimation of the meteorological elements can be performed on the basis of the interpolation of- aerological information from supporting stations it is reasonable to estimate the immediate contribution of remote sounding d a t a to the final result. For this purposes, the procedure of spatial interpolation of aerological d a t a in the node of the gridd was performed (assimilation scheme — ina), for the latter the point of the reference of satellite information was chosen. In this sense, versions ina—1,2 correspond to the conditions of calculation's for aas—4,5. The comparison of the obtained results gives a certain notion about the value of satellite information in

14

0 . M. P r o k o v a k i j and E. E. I v a n y k i n , Analysis of Temperature and Geopotential Fields

Zeitsohntt^fur Meteorologie

the analysis of the field. The consideration of the independent data of remote sounding ensures the specification of temperature estimates by 0.3 °C—0.5 °C, and that of the geopotential by 10—20 m, which is 30—40% of the level of the errors of interpolation of aerological information in the node. Thus in the presence of the meteorological network of stations with the mean density of (300—500 km) satellite data if used correctly may contribute considerably to the objective analysis of the meteorological field. In conclusion, we shall make some remarks concerning the estimates presented in the paper. The method of numerical modelling used cannot provide definitive answers about the possibilities of the proposed statistical approach. However, as shown above, using this approach it is possible to detect not only the intervals of the expected errors of the estimates of meteorological elements but to point out the main prerequisites for implementing the optimal interpretation of spatial satellite information and its adjustment to the available aerological data. I t should be noted t h a t the limits of errors in the estimation of the geopotential given in the paper must be considered as slightly underestimated due to the non-consideration of the errors in fixing surface pressure. Contrary to the aerological information, the accuracy of the remote sounding method depends not only on measurement errors but also on the random variations of optical parameters of the atmosphere due to the uncontrolled fluctuations of the content of its absorbing components (water vapor, aerosol, etc.). The lack of the information on spatial statistical structure of these variations may, in a certain extent, effect the accuracy of a given method. Therefore, the stability of the spatial assimilation schemes considered regarding the errors of the input data revealed during the numerical experiments is the property of great practical importance. References [1] Anderson T., An Introduction to Multivariate Statistical Analysis. 1960, New York. John Wiley and Sons. 500 p. [2] Bazimhefner D., Yulian P., The structure and growth of error introduced by an observational system of remotely sensed temperature profiles. [3] Gandin L. 8. Objective Statistical Analysis of Meteorological Fields. L., Gidrometeoizdat, 1963, 285 p. [4] Houghton J. T., Taylor F. W., Remote sounding from satellites and space probes of the atmosphere of the earth and planets. Rep. Prog. Phys., 1973, v. 36, p. 827-919. [5] P. Morel, Bengtsson L., The performance of space observing systems for the first GAR,P global experiment. The GARP programme on numerical experimentation. Report No. 6, July 1974, 31 p. [6]> Pokrovsky 0. M., Assimilation of the Data of Direct and Indirect Measurements in the Statistical Analysis of Meteorological Fields. „Meteorology and Hydrology", 1974, No. 6, pp. 33-39. [7] Pokrovsky O. M., Optimal Statistical Procedures of Space-Time Mastering of Indirect Meteorological Information. „Meteorology and Hydrology", 1975, No. 7, pp. 21-29. [8] Pokrovsky O. M. and Ivanykin E. E., Estimation of the Possibilities of Spatial Assimilation of the Data of Direct and Indirect Measurements of Temperature Field. „Meteorology and Hydrology", 1976, No. 3, pp. 27—36. [9] Sherman S., Non Mean-Square Error-criteria. Trans. I R E IT-4, 1958, pp. 125-136. [10] Smith W., Fritz S., On the statistical relation between geopotential height and temperature pressure profiles. Techn. Rep. NESTM-18, Nov. 1969, 42 pp. Address: O. M. Pokrovskij and E. E. Ivanykin, Department of Atmospheric Sciences, Physical Institute Leningrad, University, UdSSR Leningrad-Petrodovrets 98904

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Zur statistisch optimalen Kombination von aerologischen und SIRS-Daten bei der numerischen Geopotentialanalyse Von J. Kluge und M. Pctzold Mit 3 Abbildungen

Zusammenfassung: Unter Verwendung der Methode der optimalen Interpolation werden aerologische Geopotentialdaten und durch indirekte Sondierungen bestimmte Geopotentialdaten unter Beachtung der verschiedenartigen Fehlerstruktur der Informationsarten optimal kombiniert. Im Rahmen einer Fallstudie werden mittels einer numerischen Einflächenanalyse die Wirkung des im Vergleich zur aerologischen Information vergrößerten Fehlers der SIRS-Daten (F s -Effekt), der Korrelation dieser Fehler (K-Effekt) und der Zeitverschiebung (r-Effekt) untersucht. Diese Experimente werden durch a priori Abschätzungen für eine Einpunkt-Analyse ergänzt. F"-Effekt und K-Effekt beeinflussen das Analyseresultat wesentlich. Summary: Applying the method of optimal interpolation, aerological geopotential data and remote sensing-geopotential data are combined taking into account the different error structure of the data. In a case study the effect of the greater satellite data error (F s -effect), the error correlation (K-effect) and the influence of time difference (r-effect) are studied. The real data experiment is completed by a-priori estimates on the basis of a one-point analysis. The F' and K-effects influence the analysis significantly.

1. Einleitung Werden bei der numerischen Analyse des Geopotentials nur die konventionellen aerologischen Daten verwendet, dann vereinfacht sich das Analyseschema dadurch beträchtlich, daß die Fehler der aerologischen Daten, nachdem Übertragungs- und Kodierungsfehler eliminiert wurden, als weißer Lärm behandelt werden dürfen. Die für die numerische Analyse folgenreichste Besonderheit der durch indirekte Sondierung bestimmten Temperatur- bzw. Geopotentialdaten (im folgenden kurz mit dem nicht ganz zutreffenden, aber populären Namen SIRS-Daten bezeichnet) besteht darin, daß sie eine sehr komplizierte Fehlerstruktur besitzen, die den weißen Lärm-Ansatz unannehmbar macht. Für diese veränderte Fehlerstruktur sind im wesentlichen drei Gründe maßgebend. Erstens ist bei der indirekten Sondierung der Maßstab der räumlichen Mittelung größer als bei einem aerologischen Aufstieg. Zweitens erzeugen physikalische, numerische und apparative Faktoren bei diesem unter sehr komplizierten Bedingungen arbeitenden, höchst komplexen Sondierungsverfahren vielfältige Ungenauigkeiten. Drittens wird, während bei der aerologischen Sondierung für jeden Aufstieg ein neues Gerät verwendet wird, vom Satelliten mit ein und demselben Gerät über lange Zeit gearbeitet. Der erste Grund führt vor allem zur Minderung der Auflösung in der Vertikalen, der zweite zur Erhöhung des Fehlerniveaus allgemein und der dritte zu beträchtlicher interner Fehlerkorrelation. Zur komplizierten Fehlerstruktur der SIRS-Daten kommt hinzu, daß sie asynoptisch sind. In einer Reihe von Arbeiten [6], [7], [10] und [8] wurden diese Besonderheiten der SIRS-Daten im Hinblick auf die numerische Analyse untersucht, allerdings nur im Rahmen von a priori Abschätzungen ohne numerische Analyse realer Daten. Deshalb sah sich die GARP-Arbeitsgruppe für numerische Experimente [9] veranlaßt zu empfehlen: „. . . die Datenassimilationsverfahren so zu gestalten, daß derartige Fehlerstrukturen einbezogen werden können . . . " Unter Beachtung dieser Empfehlung stellen wir uns in dieser Untersuchung die Aufgabe, reale aerologische Geopotential- und SIRS-Daten im Rahmen einer numerischen Einflächenanalyse statistisch optimal zu kombinieren und dabei die Fehlerstruktur explizit einzuführen. Die Untersuchung ist als Fallstudie angelegt, bei der insbesondere die Größenordnung der einzelnen Effekte anhand realer Analysen abgeschätzt werden soll. Diese Abschätzungen werden ergänzt durch Berechnung des theoretischen Interpolationsfehlers und der Interpolationsgewichte für simulierte Daten.

2. Interpolationsformel Als Interpolationsformel verwenden wir bei der- numerischen Analyse die in der Arbeit [8] vorgeschlagene, spezialisiert für den Fall, daß aerologische Geopotentialinformation und Satellitendaten vorliegen. Die entsprechenden Formeln werden nachstehend angeführt. Der Schätzwert / 00 des Geopotentials H im Gitterpunkt wird als Linearkombination aus den umliegenden Meldungen fH bestimmt m (1)

n

k

fm = H UPtihi, k = 1 ¿=1

(/oo> fki stellen Abweichungen vom klimatologischen Mittelwert dar, k bezeichnet die Informationsart (einschließlich des Zeitpunktes), i die Position. Wahrer Wert fkl und Fehler Ati ergeben den beobachteten Wert Jki = iki + Aki). Aus der Minimalbedingung E 2 = (/00 — / 00 ) 2 = Min ergibt sich das System zur Bestimmung der Interpolations-

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Zur statistisch optimalen Kombination von aerologischen und SIRS-Daten bei der numerischen Geopotentialanalyse Von J. Kluge und M. Pctzold Mit 3 Abbildungen

Zusammenfassung: Unter Verwendung der Methode der optimalen Interpolation werden aerologische Geopotentialdaten und durch indirekte Sondierungen bestimmte Geopotentialdaten unter Beachtung der verschiedenartigen Fehlerstruktur der Informationsarten optimal kombiniert. Im Rahmen einer Fallstudie werden mittels einer numerischen Einflächenanalyse die Wirkung des im Vergleich zur aerologischen Information vergrößerten Fehlers der SIRS-Daten (F s -Effekt), der Korrelation dieser Fehler (K-Effekt) und der Zeitverschiebung (r-Effekt) untersucht. Diese Experimente werden durch a priori Abschätzungen für eine Einpunkt-Analyse ergänzt. F"-Effekt und K-Effekt beeinflussen das Analyseresultat wesentlich. Summary: Applying the method of optimal interpolation, aerological geopotential data and remote sensing-geopotential data are combined taking into account the different error structure of the data. In a case study the effect of the greater satellite data error (F s -effect), the error correlation (K-effect) and the influence of time difference (r-effect) are studied. The real data experiment is completed by a-priori estimates on the basis of a one-point analysis. The F' and K-effects influence the analysis significantly.

1. Einleitung Werden bei der numerischen Analyse des Geopotentials nur die konventionellen aerologischen Daten verwendet, dann vereinfacht sich das Analyseschema dadurch beträchtlich, daß die Fehler der aerologischen Daten, nachdem Übertragungs- und Kodierungsfehler eliminiert wurden, als weißer Lärm behandelt werden dürfen. Die für die numerische Analyse folgenreichste Besonderheit der durch indirekte Sondierung bestimmten Temperatur- bzw. Geopotentialdaten (im folgenden kurz mit dem nicht ganz zutreffenden, aber populären Namen SIRS-Daten bezeichnet) besteht darin, daß sie eine sehr komplizierte Fehlerstruktur besitzen, die den weißen Lärm-Ansatz unannehmbar macht. Für diese veränderte Fehlerstruktur sind im wesentlichen drei Gründe maßgebend. Erstens ist bei der indirekten Sondierung der Maßstab der räumlichen Mittelung größer als bei einem aerologischen Aufstieg. Zweitens erzeugen physikalische, numerische und apparative Faktoren bei diesem unter sehr komplizierten Bedingungen arbeitenden, höchst komplexen Sondierungsverfahren vielfältige Ungenauigkeiten. Drittens wird, während bei der aerologischen Sondierung für jeden Aufstieg ein neues Gerät verwendet wird, vom Satelliten mit ein und demselben Gerät über lange Zeit gearbeitet. Der erste Grund führt vor allem zur Minderung der Auflösung in der Vertikalen, der zweite zur Erhöhung des Fehlerniveaus allgemein und der dritte zu beträchtlicher interner Fehlerkorrelation. Zur komplizierten Fehlerstruktur der SIRS-Daten kommt hinzu, daß sie asynoptisch sind. In einer Reihe von Arbeiten [6], [7], [10] und [8] wurden diese Besonderheiten der SIRS-Daten im Hinblick auf die numerische Analyse untersucht, allerdings nur im Rahmen von a priori Abschätzungen ohne numerische Analyse realer Daten. Deshalb sah sich die GARP-Arbeitsgruppe für numerische Experimente [9] veranlaßt zu empfehlen: „. . . die Datenassimilationsverfahren so zu gestalten, daß derartige Fehlerstrukturen einbezogen werden können . . . " Unter Beachtung dieser Empfehlung stellen wir uns in dieser Untersuchung die Aufgabe, reale aerologische Geopotential- und SIRS-Daten im Rahmen einer numerischen Einflächenanalyse statistisch optimal zu kombinieren und dabei die Fehlerstruktur explizit einzuführen. Die Untersuchung ist als Fallstudie angelegt, bei der insbesondere die Größenordnung der einzelnen Effekte anhand realer Analysen abgeschätzt werden soll. Diese Abschätzungen werden ergänzt durch Berechnung des theoretischen Interpolationsfehlers und der Interpolationsgewichte für simulierte Daten.

2. Interpolationsformel Als Interpolationsformel verwenden wir bei der- numerischen Analyse die in der Arbeit [8] vorgeschlagene, spezialisiert für den Fall, daß aerologische Geopotentialinformation und Satellitendaten vorliegen. Die entsprechenden Formeln werden nachstehend angeführt. Der Schätzwert / 00 des Geopotentials H im Gitterpunkt wird als Linearkombination aus den umliegenden Meldungen fH bestimmt m (1)

n

k

fm = H UPtihi, k = 1 ¿=1

(/oo> fki stellen Abweichungen vom klimatologischen Mittelwert dar, k bezeichnet die Informationsart (einschließlich des Zeitpunktes), i die Position. Wahrer Wert fkl und Fehler Ati ergeben den beobachteten Wert Jki = iki + Aki). Aus der Minimalbedingung E 2 = (/00 — / 00 ) 2 = Min ergibt sich das System zur Bestimmung der Interpolations-

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J. Kluge und M. Petzold, Kombination von aerologischen und SIRS-Daten

^'^Band'zsS°i° l o g i e

gewichte pki (2)

k = 1 . . . m,

2J 2J Pkijki]ij = fwiki l-1

i= 1 . . . nk

bzw. eine Formel zur a priori Abschätzung des Interpolationsfehlers (3)

W =f l

0

m nk - £ £ k=l i-1

Pkif00fH.

Wir bezeichnen die aerologische Geopotentialinformation mit f u = I l i , die SIRS-Daten mit /2i = S i : falls keine Zeitverschiebung zum Analysetermin vorliegt, und mit }3i — S ( t ) { , falls sie T [Std.] beträgt. Die entsprechenden Fehleraiisdrücke lauten A'JI/H2 — FF, A\J H2 = ALJ TF1 — F\. Die entsprechenden Korrelationsmomente approximieren wir in Übereinstimmung mit [8] wie in Tab. 1 angegeben. Den nach Gl. (3) bestimmten normierten theoretischen Interpolationsfehler E ^ W - bezeichnen wir mit e. Tabelle 1 Approximation der statistischen Struktur des Systems ßj HJ

Si

Ä2[(i +E/L)x

h*[(i+qIL)X

x e x p (-q/L)+

Xexp ( - q / L ) ]

xexp(-g*)]

X e x p (~e/L)

Xexp(-g*) +

+ öijFX]

¿>j

#2[(i+¡?*)x

+ K(9)-F*]

S{R)j Q*

S(XH

= Vq2/L2+

W[(i+e/L)x

.

72/T2,

+K(e*)F*ii x e x p (~q!L)

F(q)

siehe Abschn. 5,

+

'¿„ — Kroneckersymbol

In die Interpolationsformel gehen demnach eine Reihe von Parametern ein, die in Abhängigkeit von den Eigenschaften der verwendeten Beobachtungsdaten zu aktualisieren sind, insbesondere hinsichtlich der Fehlerstruktur.

3. Testmaterial und Anlage der numerischen Experimente Der Einfluß der Fehlerstruktur und der Zeitdifferenz auf das Analyseergebnis werden in den Abschnitten 4—6 erörtert. Die Untersuchung erfolgt einmal durch Interpretation des nach Gl. (3) berechneten theoretischen Interpolationsfehlers und der nach Gl. (2) bestimmten Interpolationsgewichte für simulierte Daten. Das jeweilige Informationsangebot, das bei der Interpolation in dem Zentralpunkt benutzt wird, ist auf Abb. 2 angegeben. Zum anderen wurden anhand zweier Datensätze mit einem Einflächenanalyseschema, welches den in Abschn. 2 beschriebenen Interpolationsblock enthält und die Stationssuche nach Bagrov u. M. [1] vornimmt, numerische Analysen der A T 500 erzeugt (die Daten wurden vorher manuell kontrolliert). Diese Analysen wurden untereinander und mit der operativ durch den Synoptiker erzeugten Handanalyse, die neben Temp-Daten (Geopotential und Wind) die SIRS-Daten berücksichtigt, verglichen. Für das geographische Gebiet, in dem die SIRS-Daten liegen (Nordatlantik), war kein geeignetes anderes Vergleichsfeld verfügbar. Ein Vergleich der subjektiven Analyse mit einer numerischen Analyse, bei der nur aerologische Geopotentialdaten verwendet wurden (AG genannt), brachte große Unterschiede im Bereich des SIRS-Daten Einflußgebietes (16 gpdam bzw. 22 gdpam in den von uns betrachteten Situationen, s. u.). Auch au ßerhalb dieses Gebietes, besonders an den Kartenrändern, traten noch relativ große Abweichungen auf, die allerdings nicht auf die im weiteren beschriebene verschiedenartige Einbeziehung der SIRS-Daten reagieren. Demnach kann durch entsprechenden Vergleich mit der Handanalyse der SIRS-Dateneffekt relativ gut herausgeschält werden. Die Bewertung des Informationswertes der SIRS-Daten sowie der Analysetechnik über die Verifikation von Prognosen bleibt einer künftigen Untersuchung vorbehalten. Sehr interessant wäre es auch, die Einbeziehung der SIRSDaten über Europa zu studieren und dabei durch Aussonderung das aerologische Netz über dem Nordatlantik zu simulieren und als Vergleichsfeld unter Verwendung aller aerologischen Sondierungen berechnete numerische Analyse zu benutzen. Leider waren entsprechende Daten nicht verfügbar. Verwendet wurden die Situationen vom 30. 04. 75 und 1. 05. 75 00.00 GMT. Die ausgewählten Datensätze entsprechen einem durchschnittlichen operativen Datenangebot. Auf Abb. 1 ist zur Illustration die Handanalyse des Synoptikers nebst dem SIRS-Datenangebot dargestellt. Die SIRS-Werte der A T 500 wurden aus den operativ übermittelten R E T O P - W e r t e n durch Addition auf die aus der Bodenanalyse abgeleitete A T 1000 gewonnen, ohne dabei die zeitlichen Unterschiede x zu berücksichtigen. Speziell anhand dieser Stichproben bestimmte Parameter, die in die Interpolationsformel eingehen, lagen nicht vor.

Z o i t s c h r i f t m r Meteorologie

j K l u g e und M. P e t z o l d , Kombination von aerologischen und SIRS-Daten

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Abb. 1. Handanalyse der AT 500 vom 30. 4. 1975 00.00 GMT. Die Zeichen X (r = 4 Std.), # (T = 2 Std.) und o (r = 0) bezeichnen die Position der verwendeten SIRS-Meldungen. Das gestrichelt umrandete Gebiet wird auf Abb. 3 gezeigt.

4. Behandlung dor SIRS-Daten als aerologische Information (F s -Effekt) F ü r durch Temp-Aufstiege gewonnene Geopotentialdaten wird die Fehlergröße Ff überwiegend mit 0,02 angegeben und als zeitlich und räumlich konstant sowie von der synoptischen Situation unabhängig betrachtet. Tatsächlich besteht eine relativ geringe Abhängigkeit vom Sondentyp, die nur bei dem in der CSSR von M.Skoda [11] entwikkelten Analyseverfahren berücksichtigt wird. F ü r S I R S - D a t e n ist die entsprechende Fehlergröße generell höher. J ü n g s t e Untersuchungen [2—4], [12] erbrachten den Nachweis, daß der SIRS-Fehler sowohl von der geographischen Breite und dem Höhenniveau als auch der Jahreszeit und der synoptischen Situation sowie dem Gerätetyp abhängt. Den genannten Arbeiten ist zu entnehmen, daß die Fehlergröße Ali/H 2 f ü r mittlere Breiten u n d das 500 mbarNiveau über alle synoptischen Situationen jahreszeitlich etwa zwischen 0,03 und 0,14 schwankt. Sicher wird in Zonen dichter Bewölkung der Wert 0,14 überschritten werden können. U m nun den E f f e k t der Erhöhung der Fehlergröße separat untersuchen zu können, behandelten wir die SIRSD a t e n als aerologische Information mit erhöhtem Fehler, d. h. Zeitdifferenz r und Fehlerkorrelation wurden nicht berücksichtigt. Danach reduziert sich die Korrelationsmatrix auf Elemente des Typs B j ß j , in der Diagonale stehen die entsprechenden Fehlergrößen. F ü r die aerologische Information verwendeten wir Ff = 0,02; f ü r S I R S - D a t e n die Werte 0,02; 0,08; 0,11 und 0,14. F ü r L wird im folgenden immer L = 1000 km gesetzt (s. [8]). Bei der Auswahl der beeinflussenden Stationen werden insgesamt 6 Meldungen gesucht, ohne auf einen bestimmten Anteil von aerologischen oder SIRS-Meldungen zu sehen. Bei den verwendeten Datensätzen gibt es danach über dem Nordatlantik einige Analysepunkte, f ü r die die Interpolation nur auf der Basis von SIRS-Daten vorgenommen wird. Nehmen wir zunächst eine a priori Abschätzung a n h a n d des theoretischen Interpolationsfehlers und der Interpolationsgewichte vor. Wir denken uns dazu aerologische Geopotentialinformation in der auf Abb. 2 bezeichneten Weise vorgegeben und interpolieren in den Zentralpunkt. Der -theoretische Interpolationsfehler nach Gl. (3) u n d die Interpolationsgewichte nach Gl. (2) sind in Tab. 2 als Funktion von Ff und dem Abstand d der Information vom Zentralpunkt dargestellt. Die unter Spalten 1—4 in Tab. 2 angeführten Ergebnisse lassen folgende Schlußfolgerungen zu. Werden f ü r alle betrachteten Informationen (Prediktoren) die Fehlergrößen gleichmäßig erhöht, etwa von 0,02 auf 0,08, so ergeben sich keine nennenswerten Änderungen der Interpolationsgewichte. Der durch den theoretischen Interpolationsfehler abschätzbare Informationswert dagegen sinkt beträchtlich. Falls jedoch die an der Interpolation beteiligten Prediktoren unterschiedliche Fehlergrößen besitzen, ergeben sich stark unterschiedliche Interpolationsgewichte. Der Beitrag eines Prediktors mit höherem Fehler verringert sich beträchtlich, sein Einflußradius verkürzt sich in Richtung eines Prediktors mit geringerem Fehler. Die Auswertung der Experimente mit den beiden Datensätzen f ü h r t zu folgenden Ergebnissen. Die starken Abweichungen der nur auf aerologischen Daten basierenden numerischen Analyse (AG) von der Handanalyse (s. Tab. 3) werden bei Einbeziehung der SIRS-Daten in der beschriebenen Weise f ü r alle verwendeten Fehlerwerte beträchtlich verringert. 2

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J . K l u g e und M. P e t z o l d , Kombination von aerologischen und SIRS-Daten

ZcitscMiUür Meteorologie

Tabelle 2 Theoretischer Interpolationsfehler E2/H2 und Interpolationsgewichte pi als Funktion des Informationsangebotes Spalten-Nr.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Informationsverteilung PH i Fs i Ki(Q) r [Std]

I 0,02

I 0,08

III 0,02

III 0,02

II

II

II

II

II

-

-

-

-

-

III 0,02

III 0,02

III 0,02

-

-

0,08

D

\

[km] 50 100

M/M

pt p2

\

\

200 300 400 500 600 700 800 900 1000 "

Spalten-Nr. Informationsverteilung ]?H i ]?s i Ki(e) T [Std] D \

[km] 50 100

200 300 400 500 600

\

M M

\

pt p2

-

-

0,08

0,14

Öij 0