Zeitschrift für Meteorologie: Band 21, Heft 9/10 [Reprint 2021 ed.] 9783112557525, 9783112557518

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B A N D 21

Zeitschrift für Unter Mitwirkung von

9-10

F . B E R N H A R D T , POTSDAM K. B R O O K S , H A M B U R G M. CADEZ, B E O G R A D G. D I E T Z E , D R E S D E N - W A H N S D O R F P. D U B O I S , L I N D E N B E R G G. F A N S E L A U , P O T S D A M L. F O I T Z I K , B E R L I N J. H O F F M E I S T E R , B E R L I N K.-G. K O C H , J E N A M.KONCEK, BRATISLAVA L. K R A S T A N O V , S O F I A G. S K E I B , P O T S D A M E. S T E I N H A U S E R , W I E N

im Auftrage der Meteorologischen Gesellschaft in der Deutschen Demokratischen Republik herausgegeben von H . E R T E L , B E R L I N und E . A . L A U T E R , B E R L I N

A K A D E M I E - V E R L A G ZfMet. Bd. 21 Heft 9-10

S. 259-322

GMBH Berlin 1970

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B E R L I N

Inhaltsverzeichnis

Aufsätze K. Bernhardt: Der ageostrophische Massenfluß in der Bodenreibungsschicht bei beschleunigungsfreier Strömung

259

H. Dahler: Zur theoretischen und praktischen Erfassung der Stromfelddivergenz

280

J. Kluge: Ausnutzung der Winddaten bei der numerischen Analyse des Geopotentials der AT der mittleren Troposphäre mittels optimaler Interpolation H. Dahler: Ein Beitrag zur Frage des Entstehens von Tornados J. Rink: Erfahrungen mit Thermistoren (Langzeitstabilität) D. Sonntag: Ein Panzeraktinometer mit galvanisch erzeugter Thermosäule D. Sonntag: Eigenschaften chemisch behandelter gewalzter Haare in Hygrometern A. Raeuber: Abhängigkeit des Längenwachstums der Maispflanze von der Lufttemperatur, der Windstärke, dem Wasserangebot und der Entwicklung

286 293 296 300 308 314

Besprechungen Junghans, H.: Sonnenscheindauer und Strahlungsempfang geneigter Ebenen Faust, H.: Der Aufbau der Erdatmosphäre Krumeich, K.: Das Problem der Sicht bei der Schlechtwetterlandung in der Zivilluftfahrt

321 321 321

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Zeitschrift für

Meteorologie B A N D 21 • H E F T 9-10

551.511.32

Der ageostrophische Massenfluß in der Bodenreibungsschicht bei beschleunigungsireier Strömung Von K. Bernhardt

Mit 7 Abbildungen

Zusammenfassung: Im ersten, einleitenden Abschnitt der Arbeit wird die Bedeutung des reibungsbedingten ageostrophisohen Massenflusses in der Bodenreibungsschicht umrissen und ein Ausdruck für den Vektor des totalen ageostrophischen Massenflusses in einer beschleunigungsfreien, „geotriptischen" Grenzschichtströmung entwickelt. Auf der Grundlage theoretischer Ansätze von Kazanskij, Monin, Lajchtman, Zilitinkevic und Blackadar für den geostrophischen Schubspannungskoeffizienten sowie die Ablenkung des Bodenwindes gegenüber der Isobarenrichtung wird im zweiten Abschnitt der totale ageostrophische Massenfluß in einer beschleunigungsfreien Grenzschichtströmung als Punktion des geostrophischen Windvektors, der Rossbyschen Zahl und eines dimensionslosen Schichtungsparameters ausgedrückt. Im dritten Abschnitt der Arbeit wird die Abhängigkeit dieses Massenflusses und seiner isobarenqueren sowie isobarenparallelen Komponente über Land und Meer von der Geschwindigkeit des geostrophischen Windes, der Rauhigkeitshöhe der Unterlage und der Stabilität der Schichtung im Grenzschichtbereich ausführlich analysiert; die Rauhigkeitshöhe der Meeresoberfläche wird dabei für geringe Windgeschwindigkeiten nach dem Ansatz von Roll, für hohe Windgeschwindigkeiten nach dem von Charnock bestimmt. Der betrachtete totale ageostrophische Massenfluß ist näherungsweise dem Quadrat der geostrophischen Windgeschwindigkeit proportional. Seine Abhängigkeit von der Stabilität der Schichtung ist — namentlich bei kleinen Rossbyschen Zahlen — stärker ausgeprägt als seine Abhängigkeit von der Rauhigkeitshöhe der Unterlage; besonders gilt das für die isobarenquere Komponente des Massenflusses. Der totale ageostrophische Massenfluß und seine isobarenquere Komponente in oiner beschleunigungsfreien Grenzschichtströmung nehmen mit abnehmender Stabilität der Schichtung stark zu, weniger ausgeprägt auch mit wachsender Bodenrauhigkeit. Die gewonnenen Ergebnisse werden im vierten Abschnitt zur Berechnung der bodenreibungsbedingten Vertikalbewegungen angewandt, und eine früher vom Verfasser abgeleitete Formel wird verbessert. Im fünften Abschnitt schließlich wird die Bedeutung des betrachteten ageostrophischen Massenflusses sowie seiner Abhängigkeit von Bodenrauhigkeit und Stabilität der Schichtung im Grenzschichtbereich für den Massenhaushalt und die Entwicklung der Bodendruckgebilde, für die Bodendruckänderungen, die Gestalt des Bodendruckfeldes und die interdiurnen Luftdruckänderungen untersucht. Abschließend werden weitere Untersuchungen angeregt. Summary: In the introductory section of this study the significance of friction-originated ageostrophic mass flux within the friction layer is outlined, and a term is developed for the vector of the total ageostrophic mass flux in a non-accelerated "geotriptic" boundary layer flow. On the basis of theoretical considerations by Kazanskij, Monin, Lajchtman, Zilitinkevic and Blackadar for the geostrophic drag coefficient and for the deflection of the surface wind from the direction of the isobars, the second section deals with the total ageostrophic mass flux in a non-accelerated boundary layer flow as a function of the geostrophic wind vector, of- the Rossby number and o£ a dimension-less stratification paramet r. In the third section the dependence of this mass flux and its associated cross-isobaric and isobar-parallel components over land and sea on the speed of the geostrophic wind, on the roughness length of the underlying surface and on the stability of the stratification within the boundary layer region is analyzed in detail. The roughness length of the sea surface is determined with low wind speeds following RolVs approach, and with high wind speeds following the one by Charnock. The total ageostrophic mass flux under consideration is approximately proportional to the square of the geostrophic wind speed. Its dependencj on the stability of the stratification is, preferably with low Rossby numbers, more pronounced than its dependence on the roughness length of the underlying surface, which particularly applies to the cross-isobaric component of the mass flux. There is a marked increase of the total ageostrophic mass flux and its cross-isobaric component in a non-accelerated boundary layer flow with decreasing stratification stability, which is less pronounced with increasing surface roughness. The results are in the fourth section used to calculate the surface friction-originated vertical motions, along with an improvement of a formula earlier developed by this author. In section five the significance of the ageostrophic mass flux under consideration in this study and of its dependence on surface roughness and stability of stratification within the boundary layer region to the mass balance and the formation of surface pressure systems, to the surface pressure changes, to the shape of the surface pressure pattern and to the interdiurnal pressure changes is studied. Finally, further studies are suggested. 17

260

K. B e r n h a r d t , Der ageostrophische Massenfluß in der Bodenreibungsschioht ^ S d " " H e f t 9 - 1 0 g i °

Pe3WMe: B n e p B o i t , b b b o a h o ü r n a B e CTaTbH o i e p K H B a e T C H 3HaneHHe areocTpo$nraecKoro n o T O K a , oÖycjiOBneHHoro TpeHHeM b c n o e TpeHHH, h BbiBORHTCH (JopMyjia RJiH B e K T o p a n o j i H o r o areocTpo$HiecKoro n 0 T 0 K a b 6e3ycKopeimoM «re0TpHnTH