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Veröffentlichungen der Schweizerischen Meteorologischen Zentralanstalt //z9.)Publications de l'Institut Suisse de M6t6orologie Pubblicazioni della Centrale Meteorologica $v* a

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Der Tagesgang der Abkühlungs- und Aufwärmungsgrössein Locarno-Monti

Von

Karin Schram und J. C. Thams

City-Druck AG, Zürich1968

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Veröffentlichungen der Schweizerischen Meteorologischen ZentralanstaltPublications de l'Institut Suisse de MWorologie Pubblicazioni della Centrale Meteorologica Svizzera

Herausgegeben von J. C. Thams, Locarno-Monti

Bisher erschienen

Nr. la Uttinger H., Die Niederschlagsstunden in Zürich.22 Seiten, 1962 Fr. 5.50

Nr. lb Ambrosetti Fl., Die Niederschlagsstunden in Locarno-Monti.12 Seiten, 1965 Fr. 4.50

Nr. 2 Thams J. C., unter Mitarbeit von A. Aufdermaur, P. Schmid und E. Zenone.Die Ergebnisse des Grossversuches III zur Bekämpfung des Hagels imTessin in den Jahren 1957-1963.32 Seiten, 1966 Fr. 5.

Nr. 3 Grütter M., Die bemerkenswertesten Niederschläge der Jahre1948-1964 in der Schweiz.20 Seiten, 1966 Fr. 4.

Nr. 4 Schram K. und Thams J. C., [Redaktion], 9. Internationale Tagung für AlpineMeteorologie in Brig und Zermatt, 14.-17. September 1966.366 Seiten, 1967 Fr. 30.

Nr. 5 Ambrosetti Fl. und Thams J. C., Die direkte Sonnenstrahlung auf die Flächen einesnach Süden orientierten Würfels ohne Grundfläche in Locarno-Monti.16 Seiten, 1967 Fr. 3.50

Nr. 6 Schram K. und Thams J. C., Der Tagesgang der Abkühlungs- undAufwärmungsgrösse in Locarno-Monti.20 Seiten, 1968 Fr. 4.

Von Karin SCHRAM und J. C. THAMS

Osservatorio Ticinese della Centrale Meteorologica Svizzera, Locarno-Monti

ZUSAMMENFASSUNG

Frühere Untersuchungen am Osservatorio Ticinese in Locarno-Monti haben gezeigt, dass die Abicalungsgrösse,wie sie mit dem Davoser Frigorimeter gemessen wird, die Wärmeverhältnisse im Süden Europas nur unvollkommen wiedergibt,da in diesen Regionen wegen der besonderen klimatischen Verhältnisse nicht nur Abkühlung, sondern auch Aufwärmung relativhäufig auftritt. Nach einer von H. Wierzejewsid angegebenen Methode lässt sich mit Hilfe zweier Frigorimeter, deren Bezugs-temperaturen höher als 36.50C sind, die Aufwärmungsgrösse quantitativ erfassen.

In der vorliegenden Arbeit werden die Tagesgänge der Ablciihlungs- bezw. Aufwärmungsgrösse am Alpensüdfussanhand eines mehrjährigen Materials untersucht. Es werden Mittelwerte und eine Häufigkeitsstatistik unter Zugrundelegung derEmpfindungsskala von W. Mörikofer angegeben. Es zeigt sich, dass in Südeuropa die Aufwärmungsgrösse ein nicht zu vernach-lässigendes Element des Bioklimas darstellt. Es wird versucht, den Einfluss der einzelnen Parameter, welche die Abkühlungs-bezw. Aufwärmungsgrösse bestimmen, qualitativ zu erfassen.

Des recherches ant6rieurement effectu6es l'Osservatorio Ticinese de Locarno-Montl ont montr6 que le pouvoirräfrigärant, tel qu'il est mesur6 au moyen du frigorimätre de Davos, ne refläte qu'imparfaitement les conditions de chaleur dusud de l'Europe. En effet, on constate dans ces relons presqu'aussi souvent im surchauffement qu'une räfrig6ration et cela enraison des conditions climatiques particuliäres qui y rägnent. Il est toutefois possible de mesurer quantltativement le degr6 desurchauffement au moyen dune m6thode d6velopp6e parWierzejewsid. On utilise pour cela deux frigorimbtres dont la temp6raturede r6f6rence est suparieure ä 36.5°C.

On 6tudie ici Pavolution &time du pouvoir räfrig6rant, respectivernent du degr6 de surchauffement au versantsud des Alpes en partant de Bries de mesures couvrant plusieurs ann6es. On inclique des moyennes ainsi qu'une ritatistique defraquences en partant de Pächelle de sensation de Mörikofer. Il en d6coule que, dans le sud de l'Europe, le degr6 de surchauffe-ment est im 616ment non n6gligeable du bio-climat. On cherche enfin ä concevoir l'influence des divers parambtres qui d6terminentausst bien le pouvoir refrig6rant que le degr6 de surchauffement.

RIASSUNTO

Ricerche precedenti, effettuate all'Osservatorio Tlcinese a Locarno-Monti hanno dimostrato che 11 potere raffre-dante, come viene misurato dal frigorimetro cli Davos, riproduce in modo incompleto le condizioni caloriche nel sud dell'Europa,siccome in queste regioni causa le particolari condizioni climatiche non si ha solo raffreddamento, ma anche ii surriscaldamento

relativamente frequente. Second() un metodo ideato da H. Wierzejewslci, con l'aiuto di due frigorimetri con temperature cliriferimento superiori a 36°. 5C, 11 potere surriscaldante puä essere determinato quantitativsmeute.

In questo lavoro vengono studiati gli andamenti diurni del potere raffreddante, rispettivamente surriscaldante alpiede sud delle Alpi con Paiuto del material dl parecchi anni. Vengono comunicati valori medi e una statistica delle frequenzebasandosi sulla scala dl sensibilitä di W. Mörikofer. Risulta che nell'Europs meridionale il potere surriscaldante costituisce unelemento del bioclima non trascurabile. Si cerca di deterrninare qualitativarnente Pinflusso dei diversi parametri, che aidsconosul potere raffreddante e sul potere surriscaldante.

SUMMARY

The cooling power measured with the Davos Frigorimeter does not give a complete picture of the thermal con-ditions of the climate of Southern Europe, because, owing to the special climatic conditions of these regions, there is not only acooling effect, but also an overheating effect occuring rather frequently. According to H. Wierzejewski the overheating powercan be measured with two frigorimeters, the temperature of which is higher than 36.5°C.

In the present paper the diurnal variations of the cooling power and the overheating power, respectively, areinvestigated by means of measurements during several years on the Southern Slope of the Alps. The mean values of the coolingand overheating power, respectively, are discussed as well as frequency statistics based on the sensational scale accorcling toW. Mörikofer. The overheating power turns out to be quite an important element of the bioclimate of Southern Europe, which isnot to be neglected. Finally, the influence of the different pararneters, which are responsible for the occurence of cooling andoverheating power, are deterrnined qualitatively.

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DER TAGESGANG DER ABKUEHLUNGS- UND AUFWAERMUNGSGROESSE

IN LOCARNO-MONTI

EINLEITUNG

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Das Davoser Frigorimeter, wie es von DORNO und THILENIUS [ 10] konstruiert wurde,misst die Energie, die notwendig ist, um eine geschwärzte Kupferkugel von 75 mm Durchmesserunter der Einwirkung der klimatischen Elemente auf einer mittleren Temperatur von 36.5°C zuhalten. Der Einfluss der Strahlung, der Lufttemperatur und der Windgeschwindigkeit geht als inte-grale Grösse in die sogenannte Abkühlungsgrösse ein. Dieses Messprinzip, das auf das Katather-mometer von HILL zurückgeht, hat sich in all den Gegenden bewährt, in denen die Temperatureiner ungeheizten Kupferkugel unter dem Einfluss der klimatischen Elemente unter dem Wert von36.5°C bleibt. Ueber diese Abkühlungsgrösse liegen zahlreiche und umfangreiche Messungen ausverschiedenen Gebieten der Erde vor [ 5] .

THAMS hat in einer Arbeit gezeigt, dass bereits im Süden von Europa häufig Fälle auf-treten, in denen das Prinzip des Frigorimeters in seiner bisherigen Form versagt [ 9, 2] . Esgibt hier eine relativ grosse Anzahl von Stunden, in denen ein Wärmeentzug notwendig wäre, umdie Temperatur der Frigorimeterkugel auf einem konstanten Wert von 36.5°C zu halten, in denenalso eine negative Abkühlungsgrösse auftreten würde. In diesen Fällen zeigt das bisher üblicheFrigorimeter konstant den Wert Null an.

H. WIER ZEJEWSKI, der das Davoser Frigorimeter konstruktiv ganz wesentlich verbes-sert hat [ 12] , hat nun eine Methode angegeben, mit deren Hilfe man die Grösse der negativenAbkühlungsgrösse, die im weiteren Aufwärmungsgrösse genannt werden soll, messen kann [ 13] .Er geht dabei von folgenden Ueberiegungen aus: Die Abkühlungsgrösse, also die Wärmemenge,die der Frigorimeterkugel zugeführt werden muss, damit diese ständig eine Temperatur von36.50C hat, setzt sich zusammen aus dem Energieverlust der Kugel durch Leitung und Konvektion(a) und durch die langweilige Strahlungsbilanz (b) vermindert um den Energiegewinn durch diekurzweilige Strahlungsbilanz (c):

A = hL (K - eL) a(,6-( TK4 - Tu4 ) KJ.

Dabei bedeuten: hL die Wärmeübergangszahl für Leitung und Konvektion, e K bezw. e, dieTemperaturen der Kugel bezw. der Luft in °C, i und ocK das Absorptionsvermögen de r Fri-gorimeterkugel für langweilige bezw. kurzweilige Strahlung, er die Strahlungskonstante aus demStefan-Boitzmannschen TemperaturEitrahlungsgesetz, TK die absolute Temperatur der Kugel,Tu die sogenannte Umgebungstemperatur. Diese entspricht der Temperatur eines schwarzen,die Kugel umhüllenden Körpers, der der Frigorimeterangel gleich viel langweilige Energie zu-strahlen würde, wie sie von der natürlichen, inhomogenen Umgebung erhält. J ist die kurzweili-ge, auf die Flächeneinheit der Kugel auffallende Strahlung, die einerseits von Sonne und Himmel,andererseits als Reflexstrahlung vom Boden kommt.

Nimmt man an, dass die Umgebungstemperatur nahezu gleich der Lufttemperatur ist,dann kann das Glied b der obigen Gleichung mit guter Annäherung geschrieben werden als:

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Damit ergibt sich für die Abkühlungsgrösse A folgende vereinfachte Formel:

A = h (eK-)-«KJ,

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wobei h h h ist. Die Wärmeübergangszahl hL ist eine Funktion der Windgeschwindigkeit,I, Sgegenüber der hs klein ist.

Mit Hilfe zweier Frigorimeter, deren Bezugstemperaturen grösser als 36.5°C sind, kannman nun die Abkühlungsverhiiltnisse auch in den Fällen quantitativ erfassen, in denen ein gewöhnli-ches Davoser Frigorimeter Null anzeigt. Aus den Werten der Abkühlungsgrösse A1 und A2zweier Frigorimeter mit den Bezugstemperaturen e 1 und e, kann die Abkühlungsgrösse A, be-zogen auf 36.50C berechnet werden, da das kurzwellige Strahlungsangebot für alle Kugeln gleichist und auch der Wert von h in erster Näherung als unabhängig von der Kugeltemperatur angenom-men werden darf. Es ergibt sich für A, die Gleichung:

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die wesentlich vereinfacht werden kann, wenn die Temperaturdifferenzen ei - und e2 -gleich gross gewählt werden. Dann gilt:

A = 2 A1 - A2

Bei der Versuchsanordnung in Locarno-Monti wurde für e 1 eine Temperatur von 51.5°C und füre 2 eine solche von 66.5°C gewählt. Ist die so berechnete Abkühlungsgrösse A, negativ, so ent-

spricht sie der von uns definierten Aufwärmungsgrösse.

INSTRUMENTARIUM

Am Osservatorio Ticinese in Locarno-Monti wird die Abkühlungsgrösse von drei Frigori-metern stündlich registriert, und zwar mit den Bezugstemperaturen von 51.5°C und 66.5°C seitMai 1963 und von 36.50C seit März 1964. Die drei Instrumente wurden in der Werkstätte des Phy-sikalisch-Meteorologischen Observatoriums in Davos gebaut. Die Frigorimeterkugeln sind aufHolzpfosten in einer Höhe von 1.60 m über einer ebenen Wiese montiert (Abb. 1). In gleicher Höhebefinden sich in geringer Entfernung ein Schalenkreuzanemometer zur Registrierung der Windge-schwindigkeit und ein Kugelpyranometer nach Bellani zur Messung des kurzwelligen Strahlungsan-gebotes. Diese Art der Aufstellung wurde aus bioklimatologischen Gründen gewählt. Die Aufzeich-nungen der Messwerte erfolgen mit registrierenden Wattstundenzählern der Firma Landis & Gyr.Dabei werden die stündlichen Mittelwerte der Abkühlungsgrösse vom sogenannten Printo-Maxi-graphen nicht nur gedruckt, sondern auch graphisch dargestellt, sodass man sofort ein Bild desVerlaufes der Abkühlungsgrösse bekommt.

AUSWERTUNG DER REGISTRIERUNGEN UND MESSGENAUIGKEIT

In dieser Arbeit werden die Messungen bis Ende Dezember 1966 verwendet. Als Ausgangs-werte dienen die stündlichen Mittel der Abkühlungsgrösse in mcal/cm2. sec. Obgleich die Formelzur Berechnung der Aufwärmungs- bezw. Abkühlungsgrösse relativ einfach ist, beansprucht dieAuswertung doch viel Zeit, vor allem da die Bezugstemperaturen der Frigorimeterkugeln um eini-ge Zehntelgrade schwanken können und daher bei der Berechnung berücksichtigt werden müssen.Wie bereits erwähnt, wurde ab März 1964 auch die Abkühlungsgrösse einer Frigorimeterkugelmit einer Bezugstemperatur von 36.50C gemessen. Diese Parallelregistrierungen geben uns nundie Möglichkeit, eine ungefähre Angabe über die Genauigkeit der Bestimmung der Abkühlungsgrös-se mit zwei Frigorimetern, deren Bezugstemperatur höher als 36.50C liegen, zu machen.

Abb. 1. Die Versuchsanlage am Osservatorio Ticinese in Locarno-Monti. In der ersten Reihe befinden sich die drei Frigorimeter, da-hinter ungeheizte Frigorimeterkugeln und Schalenkreuzanemometer.

In der Abb. 2 sind die stündlichen Monatsmittelwerte der aus den höher temperierten Fri-gorimetern berechneten Abkühlungsgrösse als Funktion jener der direkt gemessenen für das Jahr1965 dargestellt. Dabei wurden die Werte der Stunden, in denen Aufwärmung auftrat, natürlichnicht einbezogen. Die Niederschlagsstunden wurden jedoch nicht eliminiert, was die Streuung derWerte ohne Zweifel vergrössert hat. Die einzelnen Punkte weichen nur wenig von der Geraden ab,die durch den Nullpunkt geht und unter 450 geneigt ist. Dieser Vergleich der beiden Methoden zurBestimmung der Abkühlungsgrösse Wurde auch für das gesamte Material (März 1964 bis Dezember1966) durchgeführt. Die mittlere Abweichung beträgt + 7%. Dieser Fehler ist allerdings insofernnur relativ, als wir nicht wissen, wie genau die Messwerte eines Frigorimeters mit einer Bezugs-temperatur von 36.5°C im Grunde sind. Berücksichtigt man die doch immerhin zahlreichen Feh-lerquellen der Frigorimeter, z.B. die Einhaltung des Temperaturintervalles, die Zuverlässig-keit der Kontakte, den Schwärzungszustand der Kugel, die Ungenauigkeiten des Registriergerätesusw., dann darf eine Uebereinstimmung der Messwerte zweier Frigorimeter mit gleicher Bezugs-temperatur auf einige Prozente wohl als gut bezeichnet werden. Auch werden bei der Berechnungder Abkühlungsgrösse aus den Werten zweier verschieden temperierter Frigorimeter Annahmengemacht, die nur in erster Näherung gelten und daher das Resultat beeinflussen. In Anbetrachtdieser Tatsachen darf die hier gefundene Uebereinstimmung als befriedigend angesehen werden.

ERGEBNISSE

Mittlere Tagesgänge. Auf die Durchschnittswerte der Abkühlungsgrösse in Locarno seihier nicht näher eingegangen, da dieses Thema bereits von BIDER und TRAMS [ 3] behandeltworden ist. Ein Vergleich dieser Mittelwerte, wie sie aus den Ablesungen an den in der Klimato-logie üblichen Terminen berechnet wurden, mit den jetzt registrierten ergab eine gute Ueberein-

stimmung der Werte, obwohl es sich um zwei verschiedene Perioden und nicht identische Aufstel-lung handelt. In der vorliegenden Arbeit interessiert vor allem der Tagesgang der Abkühlungsgrös-se, da nur bei diesem das Ausmass an Aufwärmung gut zum Ausdruck kommt.

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Abb. 2. Zusammenhang zwischen der mit einem Davoser Frigorimeter (Bezugstemperatur 36. 5°C)gemessenen und der aus den Abkühlungswerten der höher temperierten Frigorimeter berechnetenAbkühlungsgrösse für das Jahr 1965.

Die mittleren monatlichen Tagesgänge der Abkühlungs- bezw. Aufwärmungsgrösse sindfür jeden einzelnen Monat in Tabelle 1 aufgeführt und in der Abb. 3 nach Jahreszeiten zusammen-gestellt. Wie wir aus der Abbildung entnehmen können, bleibt der Typus des Tagesganges währenddes ganzen Jahres unverändert mit hohen Werten in den Nacht stunden und niedrigen am Tag.

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Abb. 3. Mittlere monatliche Tagesgänge der Abkühlungs- bezw.Aufwärmungsgrösse in Locarno-Monti.

Die Kurven der drei Wintermonate wie auch jene der Sommermonate weichen nur sehr wenig von-einander ab, sodass für diese Jahreszeiten nur je eine Kurve genügen würde, um die Verhältnissewiederzugeben. Im Frühling und Herbst dagegen zeigen die Werte der einzelnen Monate relativgrosse Differenzen. Die Mittagswerte der Abkühlungsgrösse im Winter entsprechen etwa dennächtlichen Sommerwerten. Im Sommer liegen alle stündlichen Monatsmittelwerte zwischen 8 und17 Uhr unter 5 mcal/cm2.sec, was, wie wir später sehen werden, durch häufiges Auftreten vonAufwärmung erklärt werden kann. Der Tagesgang ist im Winter mit einer Amplitude von nur4 mcal/cm2.sec gegenüber jenem im Sommer mit einer Tagesschwankung von 9 mcal/cm2. secstark ausgeglichen.

Von besonderem Interesse ist die Abkühlungsgrösse an praktisch wolkenlosen Tagen. InTabelle 2 sind die stündlichen Monatsmittelwerte der Abkühlungs- bezw. Aufwärmungsgrösse fürdie Tage aufgeführt, an denen die relative Sonnenscheindauer grösser als 95% war. Vergleichtman diese Werte (Abb. 4) mit jenen im Durchschnitt aller Tage so zeigen sich grössere Differen-zen abgesehen vom Winter nur während des Tages. Durch den Einfluss der Strahlung sind hier dieAbkühlungswerte kleiner, in den Sommermonaten tritt sogar im Mittel aller wolkenlosen Tagevon 10 bis 17 Uhr Aufwärmung auf.

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Abb. 4. Mittlere monatliche Tagesgänge der Abkühlungs- bezw. Aufwär-mungsgrösse an wolkenlosen Tagen in Locarno-Monti.

Es war nicht möglich, repräsentative mittlere Tagesgänge der Abkühlungsgrösse fürvollkommen bedeckten Himmel anzugeben, da einmal die Anzahl der Tage mit bedecktem Himmelin Locarno klein ist, zum anderen der Grossteil dieser Tage mit Niederschlag verbunden ist unddieser die Abkühlungsgrösse in hohem Masse verändert. Wir haben die wenigen bedeckten Tageohne Regen in den Monaten März, April, Mai, Oktober und November, bezw. Dezember, Januarund Februar zusammengefasst (Tab. 3) und die mittleren Tagesgänge in Abb. 5 dargestellt. Da-für standen von den Frühjahrs- und Herbstmonaten für die ganze Messperiode von 3 3/4 Jahrennur 11 bedeckte Tage ohne Niederschlag zur Verfügung, von den Wintermonaten 19. Im Juni, Juli,August und September gab es keinen solchen Tag. Die Amplitude der Tagesgänge ist, wie zu er-warten war, klein und das Tagesmittel liegt im Frühjahr und Herbst bei ungefähr 11 mcal/cm2.sec,im Winter bei 14 mcal/cm2.sec, als9 in beiden Fällen praktisch gleich hoch.

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Tab. 3. Mittlerer Tagesgang der Abkühlungsgrösse [ mcal/cm2. sec] bei vollkommen bedecktemHimmel ohne Niederschlag im Frühjahr und Herbst (März, April, Mai, Oktober undNovember), bezw. im Winter (Dezember, Januar und Februar) in Locarno-Monti (Mess-periode: Mai 1963 bis Dezember 1966).

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Abb. 5. Mittlerer monatlicher Tagesgang der Abkühlungsgrössebei vollkommen bedecktem Himmel ohne Niederschlag im Früh-jahr und Herbst (F + H), bezw. im Winter (W) in Locarno-Monti.

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EINFLUSS VON WIND UND NIEDERSCHLAG AUF DIE ABKUEHLUNGS- BEZW. AUFWAERMUNGS-

GROESSE

Obgleich man bei der Messung der Abkühlungsgrösse in erster Linie die integrale Wir-kung der verschiedenen meteorologischen Elemente erfassen möchte, hat man doch immer wiederversucht, die Grösse des Einflusses der einzelnen Parameter, wie Windgeschwindigkeit, Lufttem-peratur, Ein- und Ausstrahlung und Niederschlag zu bestimmen. Hier soll auf dieses Problemnicht näher eingegangen werden, doch stellt sich die Frage, unter welchen Bedingungen in LocarnoAufwärmung zustande kommt. Das lässt sich zwar anhand des vorliegenden Materials nicht quanti-tativ beantworten, doch können einige qualitative Angaben gemachtwerden. Das Auftreten von Auf-wärmung wird vornehmlich durch folgende Faktoren begünstigt: kleine Windgeschwindigkeiten,hohe Lufttemperatur und grosse Einstrahlung.

In der Abb. 6 sind die Tagesgänge der Abkühltugs- bezw. Aufwärmungsgrösse an zweipraktisch wolkenlosen Sommertagen, und zwar am 2. und 16. Juli 1964, einander gegenübergestellt,an denen sich die Wirkung zweier Komponenten, welche die Abkühlungsgrösse bestimmen, zeigt.Die kurzwellige Einstrahlung von Sonne und Himmel auf einen nach Süden orientierten Würfel ohneGrundfläche, die seit Jahren am Osservatorio Ticinese gemessen wird und die dem Strahlungsge-nuss einer Kugel in guter Annäherung entspricht, zeigt zwischen den beiden Tagen praktisch keineUnterschiede. Hingegen liegt die Lufttemperatur am 16. Juli von ca. 10 Uhr an wesentlich höherals am 2. Juli, die Windgeschwindigkeit verhält sich umgekehrt, sie ist am 2. Juli grösser alsam 16. Juli. Die hohe Lufttemperatur und die kleine Windgeschwindigkeit hatten am 16. Juli von8 bis 18 Uhr eine Aufwärmung bis zu 4 mcal/cm2. sec zur Folge, während bei gleicher Einstrah-lung am 2. Juli die Zeit mit Aufwärmung auf zwei Stunden beschränkt war. Gleichzeitig mit derRegistrierung der Abkühlungs- und Aufwärmungsgrösse wurde die Temperatur einer ungeheiztenFrigorimeterkugel gemessen. Die Temperatur dieser Kugel verläuft nicht nur spiegelbildlich zurAbkühlungs- bezw. Aufwärmungsgrösse, auch die Dauer von Aufwärmung stimmt mit dem Zeit-abschnitt, in welchem die Kugeltemperatur höher als 36.5°C lag, gut überein.

Besondere Aufmerksamkeit ist dem Einfluss von Niederschlag in flüssiger bezw.fester Form zu schenken. Obgleich sich alle Bioklimatologen darin einig sind, dass man die Ab-kühlungsgrösse in Stunden mit Niederschlag nicht verwerten sollte, wird diese meistens nicht eli-miniert. An einzelnen Beispielen sei nun gezeigt, in welchem Masse die Abkühlungsgrösse durchNiederschlag verändert werden kann.

Aus dem umfangreichen Material wurden zwei Tage herausgegriffen, und zwar der23. Mai 1963 und der 22. Juli 1965. An beiden Tagen waren die Windgeschwindigkeit, die Luft-temperatur und auch die Strahlung praktisch gleich (Abb. 7). Am 23. Mai 1963 fiel kein Regen,der 22. Juli 1965 hingegen war ein niederschlagsreicher Tag, wobei die Verteilung der Nieder-schlagsmenge über den Tag für unseren Fall insofern besonders lehrreich war, als nach grösserenRegenmengen immer wieder Perioden mit kleiner Intensität folgten. Der Tagesgang der Abkühlungs-grösse am 22. Juli 1965 zeigt eine auffallende Parallelität mit der Regenintensität. Verbindet mandie Abkühlungswerte bei sehr kleinen Intensitäten oder in regenlosen Stunden miteinander, dannerhält man eine Kurve, die praktisch denselben Verlauf hat wie jene am 23. Mai 1963. Der Tages-mittelwert der Abkühlungsgrösse ist im Falle vom 22. Juli 1965 doppelt so gross als er ohne denEinfluss des Niederschlages wäre.

Wir haben einmal versucht, die Abkühlungsgrösse in allen Stunden mit Niederschlagund schwachem Wind zusammenzustellen und erhalten eine Beziehung zwischen Abkühlungsgrösseund Niederschlag, wie sie in der Abb. 8 dargestellt ist. Die Kurve, die natürlich nicht durch denNullpunkt gehen kann, nähert sich bei grossen Niederschlagsintensitäten assymptotisch einemGrenzwert von ungefähr 80 mcal/cm2-sec. Das ist der höchste Wert, der mit dem Frigorimetergemessen werden kann, da er der Leistung bei ständig eingeschalteter Heizung entspricht [ 12] .

Natürlich ist die Streuung der Einzelwerte ziemlich gross, vor allem wegen der unterschiedlichenWindgeschwindigkeiten und Lufttemperaturen, doch lässt sich durch die Punkteschar eine eindeu-tige Kurve ziehen. Ch. HENNEBERGER [ 6] hat dieses Problem des Einflusses von Niederschlagauf die Abkühlungsgrösse sehr eingehend untersucht, allerdings nur für Regenintensitäten bis zu8 mm/h. Die von ihr gefundenen Werte stimmen mit dem ersten Teil der Kurve in Abb. 8 sehrgut überein.

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Abb. 6. Tagesgang der Abkühlungs- bezw. Aufwärmungsgrösse (AA), der Temperatur einer unge-heizten Frigorimeterkugel (Tk), der Windgeschwindigkeit (v), der Lufttemperatur (TL) und derkurzwelligen Strahlung von Sonne und Himmel auf einen nach Süden orientierten Würfel ohne Grund-fläche (Gw) am 2. ( ) und 16. (- - - -) Juli 1964 in Locarno-Monti.

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Abb. 7. Tagesgang der Abkühlungsgrösse und der Regenintensität (a), der Windgeschwindigkeit (b),der Lufttemperatur (c) und der kurzwelligen Strahlung von Sonne und Himmel auf eine horizontaleFläche (d) am 23. Mai 1963 und am 22. Juli 1965 in Locarno-Monti.

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Abb. 8. Zusammenhang zwischen der Abkühlungsgrösse eines Frigorimeters mit der Bezugstempe-ratur 36.50C, 51.50C bezw. 66.50C und der Regenintensität (die einzelnen Punkte beziehen sichauf die Kurve 36.5°C).

In der Abb. 8 sind auch die Beziehungen zwischen Abkühlungsgrösse und Regenintensi-tät für die Frigorimeter mit den Bezugstemperaturen von 51.50C bezw. 66.50C dargestellt. DieEinzelwerte wurden in dieser Darstellung weggelassen, ihre Streuung entspricht etwa jener desFrigorimeters mit der Bezugstemperatur von 36.5°C. Entsprechend den höheren Temperaturender Kugeln ist auch die Abkühlungsgrösse bei bedecktem Himmel ohne Regen grösser und der An-stieg der Kurven steiler als bei der Bezugstemperatur von 36. 5°C. Auch diese Kurven strebendem instrumentell gegebenen Grenzwert von 80 mcal/cm2. sec zu. Allerdings muss man bei allendrei Kurven beachten, dass die Anzahl der Messpunkte wohl nur für eine erste Näherung genügendgross ist.

Die Forderung der Bioklimatologen nach Eliminierung der Werte der Abkühlungsgrös-se, die durch Niederschlag beeinflusst sind, würde auf jeden Fall zu erheblichen Korrekturen füh-ren. Die Grösse dieser Korrekturen hängt selbstverständlich von der Anzahl der Niederschlags-stunden und von der Intensität des Niederschlages ab. In der Tabelle 4 sind für das Jahr 1965 diemittleren monatlichen Tagesgänge angegeben, einmal unter Verwendung aller Stunden und dannbei Eliminierung der Niederschlagsstunden. Wie man aus dieser Tabelle ersieht, können sichbedeutende Unterschiede ergeben. Besonders gross ist die Differenz im September 1965 (Abb. 9).

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Abb. 9. Mittlerer monatlicher Tagesgang der Abkühlungs- bezw.Aufwärmungsgrösse im September 1965 ohne und mit Berücksich-tigung der Niederschlags stunden in Locarno-Monti.

Hier mussten 235 Stunden mit Niederschlag eliminiert werden, also ein Drittel aller Stunden. Dasmonatliche Tagesmittel fiel von 12. 0 auf 8.4 mcal/cm2. sec. Hierbei handelt es sich nicht einmalum den extremsten Wert, wurden doch in Locarno-Monti schon 290 Niederschlagsstunden in einemMonat gezählt [ 1] . Auf der Alpennordseite liegen die extremen Werte ungefähr gleich hoch, inZürich betrug die Anzahl der Stunden mit Niederschlag im Oktober 1939 sogar 294 [i1].

Von vielen Stationen, an denen die Abkühlungsgrösse gemessen wird, liegen keineDaten über die Anzahl der Niederschlagsstunden vor, sodass hier kein anderer Ausweg bliebe,als alle Tage, an denen Regen auftrat, zu eliminieren. Das wären in Locarno-Monti. im Mittelungefähr 120 Tage pro Jahr, in Zürich 161. Dabei wurden jene Tage als Niederschlagstage ge-zählt, an denen die Niederschlagsmenge =- 0.3 mm war. Die Korrekturen der Abkühlungsgrössedurch Eliminierung der Werte der Niederschlagsstunden bezw. -tage ist aber etwas unbefriedigend,besteht sie doch nur darin, dass ein bestimmter Prozentsatz der Werte gestrichen wird. Ob dieübrigbleibenden Werte dann noch repräsentativen Charakter haben, darf wohl mit Recht bezweifeltwerden. Im Durchschnitt vieler Jahre verringern sich diese Differenzen ohne Zweifel, da die Eli-minierung der Werte bei Niederschlag, wie aus der Tabelle 4 hervorgeht, *durchaus nicht immerzu kleineren Mittelwerten der Abkühlungsgrösse führt.

DIE HAEUFIGKEIT DER STUNDENWERTE DER ABKUEHLUNGS- BEZW. AUFWAERMUNGSGROESSE

So wichtig Mittelwerte der Abkühlungsgrösse für die Beschreibung des Bioklimas einesOrtes sind, so wenig vermögen sie ein genügend vollständiges Bild zu geben, kann sich doch der

6 12 18 MEZ 240

- 16 -

Mittelwert aus sehr verschiedenen Einzelwerten zusammensetzen. Die Kenntnis der Häufigkeit desAuftretens bestimmter Klassen von Werten der Abkühlungsgrösse ist darum besonders wertvoll.Im Gegensatz zu den meisten Darstellungen der Abkühlungsgrösse, die sich auf das Zeitintervallvon einem Ablesetermin (meistens handelt es sich hier um die in der Klimatologie gebräuchlichenTermine) zum anderen erstreckt, gehen wir hier von den einzelnen Stundenwerten aus. Das warschon darum geboten, da es uns daran lag, die Aufwärmungsgrösse in den Vordergrund zu rücken,die natürlich bei Tagesmittelwerten kaum in Erscheinung tritt.

Von den vielen sogenannten "Empfindungsskalen" verwenden wir hier die von W.MOERIKOFER [ 4, 7] , wobei wir uns sehr wohl bewusst sind, dass alle derartigen Skalen mehroder minder subjektiv sind. Vor allem tragen sie der Anpassung keine Rechnung. So wird derSüdländer eine Abkühlungsgrösse, die der Nordländer als angenehm empfindet, schon als kalt ta-xieren.

Die Skala von MOERIKOFER wurde von uns um eine Klasse erweitert, eben die derAufwärmungsgrösse, das ist die Abkühlungsgrösse 0. 0 mcal/cm2. sec. Die von uns verwendeteSkala sieht also folgendermassen aus:

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0 ---5 0.0 Aufwärmung1 0. 1 - 5. 0 unangenehm heiss2 5. 1 - 10. 0 angenehm3 10.1 - 15.0 leicht kalt4 15. 1 - 20. 0 kalt5 =... 20. 1 unangenehm kalt

Um zunächst eine Uebersicht zu gewinnen, haben wir in der Tabelle 5 die Häufigkeitder Stundenmittelwerte der Abkühlungs- bezw. Aufwärmungsgrösse in jeder der oben angeführtensechs Klassen für jeden Monat zusammengestellt, und zwar in Prozenten der Anzahl aller Stundenpro Monat. Es überrascht, dass z. B. im Juli die Häufigkeit von Aufwärmung fast 20% ausmacht.

Tab. 5. Die Häufigkeit der Werte der stündlichen Abkühlungs- bezw. Aufwärmungsgrösse in denKlassene0. 0, 0.1 - 5. 0, 5.1 - 10. 0, 10.1 - 15. 0, 15.1 - 20.0 et 20.1 mcal/cm2. secin Prozenten der Anzahl aller Stunden pro Monat in Locarno-Monti.

Klasse e 0.0 0.1 - 5.0 5.1 - 10.0 10.1 - 15.0 15.1 - 20.0 20.1

Monat

I 0 13 40 40 7II 1 12 42 34 11III 4 19 42 30 5IV 1 13 - 26 47 11 5V 5 24 33 30 5 3VI 14 22 42 17 2 3VII 19 23 42 11 2 3VIII 14 22 42 17 2 3IX 5 22 40 24 3 6

X 0 12 31 44 9 4XI 2 16 47 26 9XII 0 11 36 47 6

Bemerkenswert ist auch, dass in den Sommermonaten immer noch 3% aller Stunden als "unangenehmkalt" bezeichnet werden müssen. Die Jahresgänge der Häufigkeit (Abb. 10) sind natürlich für dieeinzelnen Klassen verschieden.

60

oh)

40

20

060

0/0

40

20

- 17 -

3

5I I

4

JFMAMJJ ASONDAbb. 10. Jahresgang der Häufigkeit der Stundenmittelwerte der Abkühlungs- bezw. Aufwärmungs-grösse in den Klassen: (0) ..er 0.00, (1)0.1 - 5.0, (2)5.1 - 10. 0, (3)10.1 - 15. 0, (4)15.1 - 20.0und (5) 'et 20.1 mcal/cm2. sec ausgedrückt in Prozenten der Anzahl aller Stunden pro Monat inLocarno-Monti.

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So zeigen die Klassen "Aufwärmung", "unangenehm heiss" und "angenehm" insofern gleiche Jahres-ginge, als das Maximum jeweils in den Sommermonaten auftritt, das Minimum im Winter. Einenumgekehrten Jahresgang haben die Klassen "leicht kalt", "kalt" und "unangenehm kalt", wobeiletztere Klasse nur einen sehr schwach ausgebildeten Jahresgang hat. "Unangenehm kalt" wird esin Locarno in höchstens 11% aller Stunden pro Monat, und zwar im Februar.

Die Abb. 11 gibt uns ein Bild von der Verteilung der Häufigkeit der Stundenwerte derAbkühlungs- bezw. Aufwärmungsgrösse während des ganzen Tages.

A 0.0 A = 0.1-5.0 A = 5.1 -10.0

Abb. 11. Tagesgang der Häufigkeit [ %] der Stundenmittelwerte der Abkühlungs- bezw. Aufwär-mungsgrösse für jede der Klassen: 'Mg 0. 0, 0. 1 - 5. 0, 5.1 - 10. 0, 10.1 - 15. 0, 15.1 - 20. 0und 20.1 mcal/cm2. sec und für jeden Monat.

Es sind hier die Tagesgänge der Häufigkeit für jede der sechs Klassen und für jeden Monat in Pro-zenten dargestellt. Aufwärmung tritt nur in den Monaten April bis September auf, wobei die gröss-te Häufigkeit in den Mittagsstunden liegt. "Unangenehm heiss" ist es auch nur während des Tages,während die grösste Häufigkeit der Klasse "angenehm", abgesehen von den Wintermonaten, in dennächtlichen Stunden liegt. Ein ähnliches Bild gewinnen wir bei der Abkühlungsgrösse "leicht kalt".

6 12 18 MEZ 24 0 12 16 MEZ 24 0 6 12 18 MEZ 24

A = 10.1 -15.1 A = 15.1 - 20.0 A 20.1

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Auffallend ist, dass die Klasse "kalt" sogar im Winter um die Mittagszeit relativ selten auftritt,auch hier sind die Nachtstunden dominierend. Von April bis Oktober ist die Häufigkeit in dieserKlasse sehr klein. Eine sehr geringe Häufigkeit das ganze Jahr hindurch zeigt sich auch bei derAbkühlungsgrösse 20.1 mcal/cm2. sec, d. h. "unangenehm kalt" ist es am Alpensüdfuss nur sel-ten.

Wie wir aus den vorliegenden Daten gesehen haben, spielt die Aufwärmungsgrösse be-reits im Süden Europas eine nicht zu unterschätzende Rolle. Ueber ihre bioklimatische Bedeutungwissen wir allerdings nur sehr wenig. Gegen die Abkühlung kann sich der Mensch durch geeigneteKleidung weitgehend schützen, bei der Aufwärmung aber sind die Möglichkeiten sehr begrenzt. Hin-zu kommt noch der Umstand, dass hier die Feuchtigkeit der Luft das Wohlbefinden entscheidendstören kann, entsteht doch schon bei kleiner Aufwärmungsgrösse rasch das Gefühl der Schwüle.Werden bei der bioklimatischen Beurteilung eines Ortes hinsichtlich der Abkühlungsgrösse im all-gemeinen windschwache Regionen als vorteilhaft betrachtet, so müsste man bei der Aufwärmungs-grösse ein gewisses Mass von Luftbewegung bevorzugen.

Auch die Orientierung und Ausführung von Bauten (z. B. Sanatorien) sollte in Gegenden,in denen die Aufwärmungsgrösse häufig vorkommt, sehr sorgfältig überprüft werden, ist doch dieIntensität und Dauer der Atmosphärischen Strahlung ein entscheidender Faktor für das Auftretender Aufwärmungsgrösse. So sollte man im Süden Europas in windschwachen und strahlungsreichenRegionen die Hauptfront eines Hauses nicht nach Süden orientieren. Dass in den ganz bodennahenSchichten sehr extreme und, z. B. bei Sonnenkuren in südlichen Ländern, für die Gesundheit ge-fährliche Zustände auftreten können, wurde in einer kürzlich erschienenen Arbeit gezeigt [ 8] .

Wir möchten diese Arbeit nicht abschliessen, ohne Herrn Fl. Ambrosetti vor allemfür die Bereitstellung des Grundmaterials zu danken.

LITERATUR

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BIDER M. und THAMS J.C. , Messungen der Abkühlungsgrösse nord- und südwärts derAlpen.Annalen der Schweizerischen Meteorologischen Zentralanstalt, Jahr-gang 1945

[4] FLACH E., Grundbegriffe und Grundtatsachen der Bioklimatologie.Linkes Meteorologisches Taschenbuch, Bd. III, S. 178 - 271, 1957

[ 5] FLACH E. and MOERIKOFER W., Comprehensive climatology of cooling power as mea-sured with the Davos Frigorimeter.Part I: General results of the climatology of cooling power.Davos Platz, August 1962.Part II: Special features of the annual variation of cooling power.Davos Platz, October 1965

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Part III: Special features of the diurnal variation of cooling power.Davos Platz, February 1966

HENNEBERGER Ch. , Tagesgang und Komponenten der Abkühlungsgrösse.Archiv für Meteorologie, Geophysik und Bioklimatologie, 13, Bd. II,S. 86 - 119, 1950

MOERIKOFER W , Zur Klimatologie der Abkühlungsgrösse mit neuen Beobachtungser-gebnissen aus der Schweiz.Acta Davosiana, Jahrg. 1, Nr. 3, 1933

SCHRAM Karin and THAMS J.C. , The Temperature of Physically Well-Defined Bodiesunder the Influence of various Meteorological Elements, ParticularlyRadiation.Sveriges Meteorologiska och Hydrologiska Institut, Meddelanden,Serie B. Nr. 28, 1968. Scientific Papers Dedicated to Dr. A. Ängström

I THAMS J.C. , Zum Problem der Messung der Abkühlungsgrösse in warmen Klima-ten.Archiv für Meteorologie, Geophysik und Bioklimatologie, Bd. 11,S. 292 - 300, 1962

[101 THILENIUS R. und DORNO C., Das Davoser Frigorimeter (ein Instrument zur Dauerre-gistrierung der physiologischen Abkühlungsgrösse).Meteorologische Zeitschrift 42, S. 57, 1925

UTTINGER H. , Die Niederschlags stunden in Zürich.Veröffentlichungen der Schweizerischen Meteorologischen Zentral-anstalt, Nr. la, 1962

WIER ZEJEWSKI H., Theoretisches und Konstruktives zur Messung der Abkühlungsgrösse.Archiv für Meteorologie, Geophysik und Bioklimatologie, B, Bd. II,S. 66 - 85, 1950

[ 13] WIER ZEJEWSKI H., Erweiterung des Frigorimeterbereiches zur Miterfassung der Auf-wärmungsgrösse.Verhandlungen der Schweizerischen Naturforschenden Gesellschaft,S. 153 - 154, Davos 1950