Elementary Derivation of the Chiral Anomaly

An elementary derivation of the chiral gauge anomaly in all even dimensions is given in terms of noncommutative traces of pseudo-differential operators.Comment: Minor errors and misprints corrected, a reference added. AmsTex file, 12 output pages. If you do not have preloaded AmsTex you have to \input amstex.te

Algorithms to solve the Sutherland model

We give a self-contained presentation and comparison of two different algorithms to explicitly solve quantum many body models of indistinguishable particles moving on a circle and interacting with two-body potentials of $1/\sin^2$-type. The first algorithm is due to Sutherland and well-known; the second one is a limiting case of a novel algorithm to solve the elliptic generalization of the Sutherland model. These two algorithms are different in several details. We show that they are equivalent, i.e., they yield the same solution and are equally simple.Comment: 15 pages, LaTe

The chemistry of the polluted atmosphere over europe: Simulations and sensitivity studies with a regional chemistry-transport-model

A model environment has been established, which allows an estimation of the influence of global climate change on the chemistry of the polluted atmosphere over Europe. For this purpose the regional chemistry-transport-model of the EURAD-system has been modified and made adaptable for input data from a regional climate model, which is nested in a global atmospheric circulation model. Thus, the dynamical aspect of a possible global temperature increase as well as enhanced water vapour concentrations and background concentrations of carbon monoxide and methane can be considered. By substituting the meteorological driver model the main problems arise from different vertical grids and physical parameterization schemes. In particular, the parameterization of cloud processes has to be checked to avoid inconsistencies between the chemistry-transport-model and its meteorological driver model. As the length of a simulation period is mainly limited by the large amount of computer time spent for the determination of chemical transformation rates, the gas-phase chemistry module has been optimized concerning computer time and numerical stability. For validation studies of the new model system two episodic simulations were investigated, one for a summer photo-oxidants period in July 1990, the other one for January 1991

Explicit solution of the (quantum) elliptic Calogero-Sutherland model

We derive explicit formulas for the eigenfunctions and eigenvalues of the elliptic Calogero-Sutherland model as infinite series, to all orders and for arbitrary particle numbers and coupling parameters. The eigenfunctions obtained provide an elliptic deformation of the Jack polynomials. We prove in certain special cases that these series have a finite radius of convergence in the nome $q$ of the elliptic functions, including the two particle (= Lam\'e) case for non-integer coupling parameters.Comment: v1: 17 pages. The solution is given as series in q but only to low order. v2: 30 pages. Results significantly extended. v3: 35 pages. Paper completely revised: the results of v1 and v2 are extended to all order

Simulation of stable water isotopes in precipitation over South america: Comparing regional to global circulation models

A simulation of the stable water isotope cycle over South America by the regional circulation model REMOiso is discussed. The performance of the regional model, with a resolution of 0.5° (∼55 km), is compared to simulations by the global circulation model ECHAMiso at two coarser resolutions and evaluated against observations of precipitation and δ18O. Here REMOiso is demonstrated to reproduce reasonably well climatic and isotopic features across South America. This paper explores further insights of δ18O as a climate proxy, based on REMOiso’s improvements as compared to ECHAMiso. In particular, the authors focus on the seasonal variation of the amount effect (δ18O decrease with precipitation amounts) and the anomalous δ18O continental gradient across the Amazon basin, as inferred from the REMOiso, ECHAMiso, and GNIP datasets. The finer resolution of topography in REMOiso enables a detailed analysis of the altitude effect: not only the first, but also the second derivative of δ18O with altitude is considered. It appears that high-altitude grid cells show an isotopic signature similar to Rayleigh distillation, in accordance with experimental studies. Finally, a Lagrangian reference frame is adopted to describe the evolution of δ18O in precipitation along its trajectory, in order to relate the simulation analysis to the fractionation mechanisms. This confirms that the amount effect, via Rayleigh distillation processes, is dominant during the wet season. During the dry season, the δ18O in precipitation is controlled by isotopic reequilibration of rain droplets with surrounding vapor, reflecting the impact of nonfractionating transpiration by the vegetation

Volcanic sulfur emissions: Estimates of source strength and its contribution to the global sulfate distribution

Anthropogenic emission of SO2 and conversion into SO42- is argued to be the most important factor damping and modulating the global greenhouse effect. Recent estimates of the relative strength of the three important sources of volatile sulfur (SO2 from fossil fuel combustion ∼78 Tg S/yr, from biomass burning ∼2 Tg S/yr, and from natural sources ∼25 Tg S/yr) suggest an overwhelming effect of the anthropogenic emissions for climate forcing. However, the radiatively relevant product SO42- may have different patterns due to the distribution of the sources (some very dense areas near the surface for anthropogenic SO2, formation of SO2 from dimethylsulfide in the marine boundary layer, and emission of volcanic SO2 mostly in the free atmosphere in rural areas). In this paper we study the relative contribution of volcanic SO2 emissions to the atmospheric sulfur budget applying an atmospheric general circulation model including a full sulfur cycle and prescribed source distributions. An off-line analysis tool is applied to determine the radiative forcing of sulfate aerosols. The results show that natural S sources are at least as important as the anthropogenic ones, even though their source strength is much smaller. The reasons are different lifetimes due to different production and emission processes. Therefore, we should improve our knowledge about the volcanic volatile sources and their time-space variability

The influence of the global photochemical composition of the troposphere on European summer smog, Part I: Application of a global to mesoscale model chain

Elevated mixing ratios of ozone in the lower troposphere are a major summer time air pollution issue in Europe. Photochemical in-situ production is the most important source of ozone in the planetary boundary layer and has been studied extensively. However, the contributions of background ozone due to stratospheric intrusions, lightning nitrogen oxide followed by ozone production, convective mixing and intercontinental transport are still poorly quantified. We analyze in this paper the influence of the large-scale ozone background on near-surface ozone throughout a summer smog period in July 1994 over Europe. For this purpose a chain of global to mesoscale models is applied with a nesting procedure coupling the individual model simulations. It is found that background ozone as determined by the global model dominates the results of the higher resolution limited area models increasingly with height. But improvements of limited area model results are not only restricted to the free troposphere. Strong convective events like thunderstorms couple free tropospheric and planetary boundary layer air masses so that ozone from above is injected into the planetary boundary layer contributing an amount of 5-10 ppbv to near-surface ozone in the afternoon hours. A decrease in the same range of 5-10 ppbv in maximum near-surface ozone over Central Europe is found in a model simulation where European anthropogenic emissions are reduced by 25%, an amount equal to the reported emission trends in Germany from 1994 to 2000. We conclude that intercontinental transport of pollution can obscure the results of local efforts to reduce critical exposure levels of ozone

Einbindung der regionalen troposphärischen Chemie in die Hamburger Klimamodellumgebung: Modellrechnungen und Vergleich mit Beobachtungsdaten

In der vorliegenden Arbeit wurde eine Modellumgebung geschaffen, die es ermög- licht den Einfluß einer zu erwartenden globalen Klimaänderung auf die Chemie der belasteten Atmosphäre über Europa zu untersuchen. Dazu wurde das an der Universi- tät Köln betriebene Chemie-Transport-Modell des EURAD-Systems mit einem ande- ren meteorologischen Treibermodell, dem regionalen Klimamodell HIRHAM des Max-Planck-Instituts, ausgestattet. Durch die Einbettung des regionalen Klimamo- dells in das globale Klimamodell ECHAM können meteorologische Daten von Klima- änderungsexperimenten in ausreichender horizontaler Aufl ösung als Eingabedaten für das Chemie-Transport-Modell zu Verfügung gestellt werden. Da die Berechnung der chemischen Umsetzungsraten in einer stark verschmutzten Atmosphäre in einem dreidimensionalen Modell den Hauptteil der Rechenzeit bean- sprucht und somit auch die Länge einer zu simulierenden Periode einschränkt, wurde das Gasphasenchemiemodul so optimiert, daß unter Stabilitätsgewinn etwa die Hälfte der Rechenzeit eingespart werden konnte. Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der Parametrisierung der subskaligen Wolkenpro- zesse. Der durch einen möglichen Treibhauseffekt veränderte Wasserdampf- und Flüssigwassergehalt der Atmosphäre kann durch eine unterschiedliche Wolkenbe- schreibung im meteorologischen Treibermodell und im Chemie-Transport-Modell verfälscht werden und somit zu anderen Spurenstoffkonzentrationen führen. Zw Yer- meidung von Inkonsistenzen wurde dem Chemie-Transport-Modell zusatzlich zu den anderen meteorologischen Größen die Information des von HIRHAM prognostizier- ten Flüssigwassergehalts und des berechneten Bedeckungsgrades übergeben. Um eine aussagekräftige Beurteilung von Klimaänderungsexperimenten zu ermögli- chen, helfen Modelläufe unter heutigen Bedingungen und Vergleiche mit gemessenen Daten. Deshalb wurden zur Bewertung des neuen Modellsystems simulierte Spuren- gaskonzentrationen einer Sommer- und einer'Winterepisode mit Beobachtungsdaten verglichen

Rauchpartikel in der Atmosphäre: Modellstudien am Beispiel indonesischer Brände

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den indonesischen Vegetations- und Torfmoorfeuern während des stärksten El Niño Ereignisses des 20. Jahrhunderts in den Jahren 1997/1998. Diese haben aufgrund der massiven Rauchbelastung &uumlber Südostasien weltweit starkes öffentliches Aufsehen erregt und zahlreiche Untersuchungen angeregt. Die veröffentlichten Abschätzungen der durch die Feuer in die Atmosphäre freigesetzten Spurenstoffemissionen weisen jedoch erhebliche Differenzen auf. Zudem ist &uumlber die Ausbreitung und Wirkung der Rauchpartikel in der Atmosphäre nur lückenhaft Information verfügbar. In der hier vorgestellten Arbeit werden diese Fragestellungen mit einem gekoppelten regionalen Klima-Chemie-Modell (REMOTE) untersucht. Dazu wurde zunächst ein Inventar der Vegetations- und Torfmoorfeueremissionen Indonesiens f&uumlr 1997/1998 unter Berücksichtigung des Brennmaterials und der verbrannten Fläche in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung erstellt, da kein vergleichbar detailliertes Emissionsinventar veröffentlicht und verfügbar war. Mit diesem Emissionsinventar wurden regionale Modellrechnungen zur Ausbreitung der Rauchpartikel in der Atmosphäre über Indonesien durchgeführt und im Vergleich mit Messdatensätzen bewertet. REMOTE kann die beobachteten Partikelkonzentrationen in Feuernähe gut reproduzieren, unterschätzt diese aber weit in Lee der Feuer. Auch die zeitliche Entwicklung des Niederschlags wird mit REMOTE gut erfasst, allerdings mit zu hohen Niederschlagsraten. Die damit verbundene nasse Deposition, die den Hauptverlustprozess der Rauchpartikel aus der Atmosphäre darstellt, wird so &uumlberschätzt und führt zu einer Reduktion der in der Atmosphäre verweilenden Rauchpartikel. Eine Verbesserung der Modellergebnisse bezüglich der atmosphärischen Rauchpartikelkonzentrationen wird durch eine bessere Prognose des Niederschlags sowie bessere Emissionsinventare erwartet. Rauchpartikel können Wolkenkondensationskerne bilden und zu Veränderungen der Wolkeneigenschaften, Strahlungsbilanz und Niederschlagsraten f&uumlhren. In einer ersten regionalen interaktiven Modellsimulation wurde die Niederschlagsbildung in Schichtwolken und in konvektiven Wolken in Abhängigkeit von der berechneten Partikelkonzentration bestimmt. In den rauchbelasteten Gebieten Indonesiens treten durch diese Aerosol-Wolken- Wechselwirkungen sowohl Ereignisse mit Niederschlagsunterdr&uumlckung als auch -verstärkung auf, wobei die Effekte der Niederschlagsunterdrückung überwiegen. Niedrigere konvektive Wolkenobergrenzen sind gekoppelt mit Niederschlagsunterdr&uumlckung und umgekehrt, wobei den mit der Eisphase gekoppelten mikrophysikalischen Prozessen eine besondere Bedeutung zukommt. Die REMOTE Ergebnisse stellen eine mögliche Erklärung f&uumlr die während El Niño Perioden beobachteten Veränderungen der Atmosphäre über Indonesien dar. Der berechnete Gesamtniederschlag über Indonesien zeigt allerdings nur geringfügige Veränderungen