Intensität und Spektralverteilung der Globalstrahlung bei klarem Himmel

Zusammenfassung Die Arbeit geht aus von den empirischen Feststellungen des Verfassers von 1935, daß die Globalstrahlung bei klarem Himmel und der Sonnenhöhe durch eine Formel (1) mit zwei Konstanten dargestellt werden kann, und daß die Spektralverteilung der Globalstrahlung bei klarem Himmel konstant und in erster Näherung unabhängig von der Sonnenhöhe ist; diese beiden Feststellungen entbehrten bisher einer theoretischen Begründung. Um zu einer solchen zu gelangen, wurde die bereits vonBerlage jr. gemachte Annahme benutzt, daß die Globalstrahlung gleich sein muß der auf die Horizontale fallenden extraterrestrischen Strahlung, vermindert um die Wasserdampfabsorption und um ein Abzugsglied, das der Rückstrahlung der Atmosphäre in den Raum entspricht. Es werden die Beziehungen der für die Globalstrahlung repräsentativen Rückstrahlungskonstante zum Trübungsfaktor festgestellt.Wegen der besonderen Wichtigkeit des Verhältnisses zwischen der von der Atmosphäre nach oben und nach unten gestreuten Strahlung wurde die Zerstreuungsfunktion verschiedener Partikel, die vermutlich das Aerosol bilden, betrachtet und gefunden, daß die fast stets beobachteten erheblichen Werte der Rückstrahlung der Atmosphäre nicht ohne die Anwesenheit von undurchsichtigen Partikeln zustande kommen können, die bei hoher Luftfeuchtigkeit vermutlich aufquellen. Auch für die annähernde Unabhängigkeit der Spektralverteilung der Globalstrahlung von der Sonnenhöhe wurde die theoretische Begründung in dem Effekt gefunden, daß bei tiefem Sonnenstand die dann relativ viel stärkere Himmelsstrahlung, bei hohem vorwiegend die Sonnenstrahlung die Spektralverteilung der Globalstrahlung bestimmt. Diese Tatsache wurde sowohl bei der Extinktion der natürlichen Sonnenstrahlung in der Atmosphäre als gültig festgestellt als auch bei Annahme einer extraterrestrischen Energieverteilung nach der Planckschen Formel für einen schwarzen Strahler von 6000 °K und für verschiedene Annahmen für die Zerstreuung.Im zweiten Teil der Arbeit wurden für alle dem Verfasser gegenwärtig erreichbaren Monatsmittel der Globalstrahlung bei klarem Himmel die Rückstrahlungskonstanten berechnet und festgestellt, daß, wie zu erwarten, mit zunehmender Luftfeuchtigkeit die nach unten gestreute Strahlung gegenüber der nach oben gehenden vergrößert wird. Aus den in der Wüste Gobi im Mai 1931 vonHaude beobachteten Sonnen- und Globalstrahlungswerten an klaren Tagen wurde das Verhältnis der nach oben und nach unten gehenden Strahlungen für die einzelnen Beobachtungen bestimmt und gefunden, daß das Aerosol von einem Tag zum anderen seine Rückstrahlungsfähigkeit erheblich ändern kann. Der Vergleich der mittleren beobachteten Spektralverteilung mit der theoretischen ergab bei etwa gleicher Wellenlänge des Maximums der Intensität höhere Werte bei längeren und niedrigere Werte bei kürzeren Wellen für die Beobachtung gegenüber der Theorie.

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Summary The paper commences with the auther's conclusions 15 years ago, that the global radiation with a clear sky can be expressed as function of the height of the sun by a formula (1) with two constants, and secondly, that the spectral distribution of the global radiation with a clear sky is constant and approximately independent of the height of the sun. Both statements lackened a theoretical explanation at yet. In order to obtain that the assumption made byBerlage jr. is used, namely that the global radiation must be equal to the extraterrestrial radiation falling on the horizontal plane diminished by the absorption of the water vapor and by a subtractive term which corresponds to the radiation reflected from the atmosphere into the space. The constant of reflected radiation is representative for the global radiation, its relations to the turbidity factor are examined.The diffusion function of different particles probably forming the aerosol were considered because of the particular importance of the proportion between the radiations diffused upwards and downwards by the atmosphere. It is found that the considerable figures of the reflected radiation of the atmosphere mostly observed cannot take place without presence of opaque particles which probably swell with a high atmospheric humidity. It is theoretically explained that the spectral distribution of the global radiation must be approximately independent of the height of the sun by means of the effect that with a low height of the sun the then relatively large sky radiation controls the spectral distribution of the global radiation while with a large height of the sun the global radiation is controlled in the first place by the solar radiation.This fact is valid in the extinction of natural sun radiation in the atmosphere and in the extinction with different diffusion laws for an extraterrestric energy distribution according toPlanck's formula for a black radiator of 6000° K, as well.In the second part of the paper the constant of the back radiation is calculated for all monthly means of the global radiation with clear sky, at present available to the author. Therefrom it can be established that the radiation diffused downwards is enlarged in relation to the radiation going upwards with increasing atmospheric humidity, as expected. The proportion of the radiations going upwards and downwards is calculated for the single observations from the values of solar and global radiation observed on clear days in the Gobi in May 1931 byHaude. It is found that the aerosol can considerably change its radiation reflective power from one day to another. The comparison of the observed average spectral distribution of the global radiation with the theoretical one yields higher values with longer waves and lower values with shorter waves for the observations in relation to the theory while the wave-length of the intensity maximum is almost the same for the observed and the theoretical spectral distribution.

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Résumé L'auteur avait constaté en 1935 que par ciel clair le rayonnement global peut être représenté, comme fonction de la hauteur solaire, par une formule empirique (1) à deux constantes; il avait constaté en outre que la répartition spectrale du rayonnement global par ciel serein est constante et ne dépend pas de la hauteur solaire en première approximation. Ces deux constatations manquaient jusqu'ici de fondement théorique. Pour établir ce dernier on a suivi la voie prise parBerlage jr. qui admet que le rayonnement globall doit être égal au rayonnement extra-terrestre tombant sur le plan horizontal, diminué de l'absorption par la vapeur d'eau et d'un terme soustractif correspondant au rayonnement renvoyé par l'atmosphère dans l'espace. La constante du rayonnement réfléchi est représentative du rayonnement global et on a établi ses relations avec le facteur de trouble.Vu l'importance particulière du rapport entre le rayonnement émis par l'atmosphère vers le haut et vers le bas, on a considéré la fonction de dispersion de différentes particules composant probablement l'aérosol, et on a trouvé que les valeurs relativement considérables que fournit l'observation du rayonnement renvoyé par l'atmosphère ne peuvent s'expliquer que par la présence de particules opaques se gonflant lorsque l'humidité est forte. En ce qui concerne l'indépendance relative de la distribution spectrale du rayonnement global à l'égard de la hauteur solaire, on en a recherché l'explication dans le fait que le soleil étant bas sur l'horizon le rayonnement céleste est alors prédominant et détermine la répartition spectrale du rayonnement global, alors que par grande hauteur solaire c'est essentiellement le rayonnement du soleil qui est déterminant. On a vérifié ce fait tant pour l'extinction du rayonnement naturel du soleil dans l'atmosphère que pour le cas d'une répartition de l'énergie extra-terrestre conforme à la formule dePlanck pour un radiateur noir de 6000° K et pour différentes hypothèses concernant la dispersion.Dans la seconde partie du travail, l'auteur a utilisé toutes les moyennes mensuelles du rayonnement global par ciel serein dont il pouvait disposer pour calculer la constante du rayonnement réfléchi; à l'aide d'un diagramme il a constaté, comme il fallait s'y attendre, que le rayonnement dispersé vers la bas augmente avec l'humidité par rapport au rayonnement diffusé vers le haut. Sur la base des observations deHaude dans le désert de Gobi en mai 1931, il a calculé le rapport des rayonnements allant vers le haut et vers le bas pour chaque observation isolée aux jours sereins, et il a trouvé que l'aérosol peut modifier notablement d'un jour à l'autre son pouvoir réfléchissant. La comparaison des répartitions spectrales moyennes observées avec les valeurs théoriques a montré que les longueurs d'onde du maximum d'intensité sont à peu près identiques, mais que les valeurs observées sont plus élevées que les valeurs théoriques pour les grandes longueurs d'onde, et plus faibles pour les petites longueurs d'onde.

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Mit 7 Textabbildungen.     

Die Intensität der direkten Sonnenstrahlung bei Nordföhn auf der Alpensüdseite

Zusammenfassung Aus langjährigen Messungen der Intensität der direkten Sonnenstrahlung in Locarno-Monti (380 m/M) wurden die Tage ausgezogen, an denen Nordföhn herrschte. Es zeigte sich, daß bei dieser Wetterlage außerordentlich hohe Intensitäten auftreten. Sie entsprechen etwa den mittleren Werten einer Höhenlage von 1600 m, haben also durchaus Hochgebirgscharakter. Da klare Tage mit Nordföhn unvermittelt mit dunstigen abwechseln, hat der Alpensüdfuß eine große interdiurne Veränderlichkeit der Strahlung, die eine Mittelbildung zu sogenannten Normalwerten höchst problematisch erscheinen läßt.

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Summary From the measurements of the intensity of direct solar radiation covering many years at Locarno-Monti (380 m above sea level) all those days, in which the North foehn prevailed, have been extracted. It appears that exrraordinarily high intensities are found at this weather situation. They nearly correspond to the mean values of an altitude of 1600 m above sea level; thus they have straight Alpine character. Because clear days with North foehn change abruptly with hazy ones, the interdiurnal variation of the radiation is very great on the South foot of the Alps; therefore it appears very problematic to calculate averages for so-called standard values.

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Résumé D'une série de mesures d'intensité de la radiation solaire directe qui ont été faites pendant de nombreuses années à Locarno-Monti (380 m.s/mer), on a extrait les jours pendant lesquels le foehn du nord dominait. On a trouvé par cette situation du temps des intensités extraordinairement élevées. Elles correspondent à peu près aux moyennes d'une altitude de 1600 m, c'est-à-dire qu'elles ont absolument le caractère alpin. Comme les jours clairs avec foehn du nord alternent brusquement avec des jours brumeux, le versant sud des Alpes montre une très grande variation interdiurne de la radiation. Par conséquent, il est très problématique de calculer des moyennes des valeurs normales.

     

Actinometric measurements and the radiation climate of South-West Africa

Summary In the paper two records of solar radiation obtained on the high plateau of South-West Africa are analysed. One of them contains about 6000 observations (until recently unpublished) of the intensity of direct radiation made, at Brukkaros, over the five-year period from 1927 to 1931, by the solar-constant observing-team of the Smithsonian Institution. The other is a double record of total and of diffuse hemispherical radiation at Windhoek. This latter station has been operating since August 1951 and is one of a number maintained by the Weather Bureau of South Africa. An account is included of the techniques which have been adopted for the operation of such radiation stations in the Union's network.For Brukkaros not only are various aspects of the basic intensity record discussed but an attempt has been made to build up a set of representative data for the total radiation which would be received on a horizontal plane at all times of the year from a cloudless sky. Sections of the paper are devoted to a preliminary investigation of the turbidity and the absorptive and reflective properties of the atmosphere over this semi-desert sub-tropical highland. The Windhoek material, especially, has been subjected to statistical analysis and a number of summaries are presented of the salient features of the record. A comparison is drawn between the two assemblages of values and generalizations are made regarding the solar radiation climate of the territory.As this would appear to be the first comprehensive study to be undertaken of the distribution of solar radiation in an arid zone of Africa, detail which has been considered of importance, particularly from the viewpoint of the future utilization of solar energy, has been included. The perfect integration of the two distinctly different records places a very high degree of confidence upon their interpretation.

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Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit werden zwei Registrierreihen der Sonnenstrahlung untersucht, die auf dem Hochplateau von Südwestafrika gewonnen wurden. Die eine davon umfaßt etwa 6000 erst kürzlich veröffentlichte Beobachtungen der Intensität der direkten Sonnenstrahlung, die während der fünfjährigen Periode 1927 bis 1931 von der Solarkonstanten-Beobachtungsgruppe der Smithsonian Institution in Brukkaros angestellt wurden. Das andere ist eine Parallelregistrierung der globalen und der diffusen Strahlung auf Horizontalfläche in Windhoek, wo im Strahlungsnetz des Weather Bureau von Südafrika seit August 1951 eine Station in Betrieb ist. Es wird auch über die in diesem Strahlungsnetz angewandten instrumentellen Einrichtungen berichtet.Für Brukkaros werden nicht nur verschiedene Gesichtspunkte der grundlegenden Intensitätsmessungen erörtert, sondern es wurde auch der Versuch gemacht, eine Serie der repräsentativen Größen für die Globalstrahlung zu berechnen, die von einer horizontalen Ebene zu jeder Zeit des Jahres von einem wolkenlosen Himmel erhalten werden. Weiterhin wurde eine vorläufige Untersuchung über die Trübung und die Absorptions- und Reflexionseigenschaften der Atmosphäre über diesem subtropischen Steppenhochland durchgeführt. Speziell das Material von Windhoek wurde einer statistischen Analyse unterzogen und in einigen zusammenfassenden Darstellungen wurden die wesentlichen Resultate der Registrierungen herausgearbeitet. Zwischen den Ergebnissen der beiden Stationen wird eine Vergleichung durchgeführt und es werden die allgemeinen Züge des Strahlungsklimas des Landes abgeleitet.Da es sich hierbei offenbar um eine erste zusammenfassende Untersuchung über die Verteilung der Sonnenstrahlung in einer Trockenzone von Afrika handelt, werden Einzelheiten erörtert, denen speziell im Hinblick auf eine zukünftige Ausnützung der Sonnenenergie eine besondere Bedeutung zugeschrieben werden muß. Die gute Übereinstimmung der zwei deutlich verschiedenen Beobachtungsreihen verleiht ihrer Deutung einen hohen Grad von Zuverlässigkeit.

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Résumé L'auteur analyse deux séries d'enregistrements du rayonnement solaire obtenues sur le haut plateau du Sud-Ouest africain; l'une comprend 6000 mesures de l'intensité du rayonnement solaire direct faites de 1927 à 1931 par un groupe d'observateurs de la constante solaire de la Smithsonian Institution à Brukkaros et publiées récemment; l'autre comprend un enregistrement parallèle du rayonnement global et diffus sur une surface horizontale à Windhoek où se trouve une station de rayonnement du Weather Bureau de l'Afrique du Sud depuis août 1951. Il décrit l'appareillage utilisé dans ce réseau pour l'étude du rayonnement.Pour Brukkaros, l'auteur ne se borne pas à discuter les mesures d'intensité de base, mais il tente de calculer une série de grandeurs représentatives du rayonnement global reçu par une surface horizontale à tout moment de l'année par ciel sans nuages. Il étudie provisoirement le trouble atmosphérique et les propriétés absorbantes et réfléchissantes de l'atmosphère de ce haut plateau semi-désertique subtropical. Le matériel de Windhoek spécialement a été soumis à l'examen statistique et les résultats essentiels des enregistrements mis en évidence par quelques condensés. Il compare ensuite les résultats des deux stations et esquisse le climat radiatif du pays.Dans cette première synthèse de la distribution du rayonnement dans une région sèche d'Afrique on mentionne aussi des détails importants pour l'utilisation future de l'énergie solaire. Le bon accord de ces deux séries différentes de mesures leur confère un degré élevé de crédibilité.

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With 9 Figures.     

Energy blance of the Arctic

Summary In climatology and general circulation studies all the energy available at the surface is important and not only the short wave component. Reliable observations are available only for short wave radiation, and long wave components must be obtained by the application of radiation laws to the known state of the atmosphere. The present paper contains first the calculation of long wave radiation components and then the radiation balance derived by the combination of all components.The long wave radiation emitted from the ground was calculated with theStefan-Boltzmann formula. Long wave radiation received at the gound was determined from the temperature and humidity condition of the atmosphere first for clear sky conditions (usingElasser radiation diagram) and then for 10/10 cloudiness with low, medium and high clouds. These values were then corrected to actual cloud amounts and types.An analysis of the individual grid points shows that there are a few quite distinct types of radiation regime: Norwegian Sea type, Continental type, Pack Ice type. These are discussed in turn, and the radiation balance for the Arctic is presented in sections along 0°E and 120°E, as well as in twelve monthly maps.

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Zusammenfassung Bei Betrachtungen über die Strahlungsbilanz in Klimatologie und Zirkulationsstudien ist nicht nur die kurzwellige, sondern auch die langwellige Strahlung zu berücksichtigen. Während für kurzwellige Strahlung zumindest ein grobes Netz von Beobachtungsstationen besteht, kann die langwellige Strahlung klimatologisch nur durch Berechnung auf Grund der Strahlungsgesetze ermittelt werden. Die vorliegende Untersuchung enthält einerseits die Berechnung der langwelligen Strahlungsströme, andrerseits die Strahlungsbilanz unter Berücksichtigung sämtlicher Strahlungskomponenten.Die langwellige Ausstrahlung des Bodens wurde mit Hilfe der Formel vonStefan-Boltzmann errechnet. Die langwellige Gegenstrahlung der Atmosphäre wurde mit Hilfe desElsasser-Diagramms bestimmt untere Benutzung neu konstruierter Karten für Temperatur und Feuchte in den Hauptisobarenflächen, und zwar sowohl für wolkenlosen wie für bedeckten Himmel mit tiefen, mittleren und hohen Wolken. Aus diesen Zahlen wurde dann die Strahlung für die tatsächlich beobachteten bewölkungsverhältnisse ermittelt.Die Analyse der berechneten Werte für die verschiedenen Netzpunkte ergab einige klar umrissene Typen des Strahlungsregimes: den Typ der Norwegischen See, den Kontinentaltyp und den Packeistyp. Schließlich werden Monatskarten der Strahlungsbilanz in der Arktis sowie Meridianschnitte für 0 und 120°E wiedergeben.

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Résumé Lorsque l'on considère le bilan radiatif tant en climatologie que dans les études de la circulation générale, il ne faut pas seulement tenir compte des ondes courtes, mais aussi des longues ondes. Alors que l'on dispose d'un réseau aux mailles, assez espacées il est vrai, pour les observations du rayonnement à ondes courtes, on ne peut que calculer le rayonnement à longues ondes au moyen des lois du rayonnement. La présente étude contient d'une part le calcul des flux de rayonnement à longues ondes, d'autre part le bilan radiatif, compte tenu de toutes les composantes du rayonnement.Le rayonnement à longues ondes émis par le sol fut calculé au moyen d la formule deStefan-Boltzmann. Le rayonnement de l'atmosphère fut déterminé au moyen du diagramme d'Elsasser en utilisant de nouvelles cartes de la température et de l'humidité pour les principaux niveaux isobariques et cela aussi bien pour un ciel serein que pour des ciels couverts par nuages bas, moyens ou supérieurs. Partant de ces chiffres, on a alors calculé le rayonnement correspondant à la nébulosité effectivement observée.L'analyse des valuers calculées pour les différents points du réseau a montré l'existence de quelques types de régimes particuliers du rayonnement pouvant être clairement définis: Le type propre à la Mer de Norvège, le type continental et celui du pack. Enfin, on donne des cartes mensuelles du bilan radiatif dans l'Arctique ainsi que des coupes méridiennes pour 0° et 120° de longitude est.

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With 17 Figures

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The research reported in this paper was sponsored in part by the Air Force Cambridge Research Laboratories, Office of Aerospace Research, under Contract AF 19 (604)-7415.     

Remarks on the distribution of solar radiation over the surface of the Earth

Summary The total amount of incoming radiation to the Earth' surface, for particular latitudes and for selected months, has been computed from recent investigations regarding the distribution of solar radiation penetrating the atmosphere. The charts constructed byBudyko andBerliand [1955] and byBlack [1956] under different theoretical assumptions are compared and discussed.The seasonal change in the amount of radiation has been investigated and the influence of prevailing cloudy conditions upon these amounts of heat has been illustrated by examples of desert and ocean regions. In desert regions the amount of radiation penetrating to the surface may reach a monthly mean of 74 per cent of the extraterrestrial solar radiation. Over ocean regions this percentage during months of maximum may reach only 50 per cent.The results give new evidence for two statements formulated elsewhere by the author (Burdecki [1955, 1957]) that (1) the thermal rhythm of the whole atmospheric ocean is dominated by the rhythm of the Northern Hemisphere; (2) the heat circulation over both hemispheres appears to be quite asymmetric.

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Zusammenfassung Die durch die Atmosphäre bis zur Erdoberfläche gelangenden Globalstrahlungsmengen werden auf Grund neuer Forschungen über die Verteilung der Sonnenstrahlung für die einzelnen Breitengrade und für ausgewählte Monate berechnet. VonBudyko undBerliand [1955] und vonBlack [1956] unter Zugrundelegung verschiedener theoretischer Voraussetzungen konstruierte Karten werden verglichen und näher erörtert.Die jahreszeitliche Änderung der globalen Strahlungssummen wird untersucht und der Einfluß der vorherrschenden Bewölkung auf diese Wärmemengen wird durch Beispiele von Wüstenregionen und ozeanischen Gebieten näher erläutert. Im Wüstenklima kann die zur Erdoberfläche gelangende Wärmestrahlung im Monatsmittel sogar 74% der extraterrestrischen Sonnenstrahlung überschreiten. Für ozeanische Gebiete erreicht dieser Betrag in Monaten der Maxima höchstens 50%.Die Resultate weisen erneut auf zwei Feststellungen hin, die schon zuvor vom Verfasser (Burdecki [1955, 1957]) formuliert sind: 1. Die Wärmeschwankung des gesamten atmosphärischen Ozeans wird von der Schwankung der Nordhemisphäre beherrscht; 2. die Wärmezirkulation über beiden Hemisphären scheint in völliger Asymmetrie zu verlaufen.

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Résumé Les résultats de récentes recherches sur la répartition du rayonnement solaire ont permis de calculer, pour différentes latitudes et pour certains mois, la quantité de rayonnement global qui, à travers l'atmosphère, parvient à la surface de la terre. L'auteur compare et discute les cartes qui ont été destinées parBudyko etBerliand en 1955 et parBlack en 1956 à partir de différentes hypothèses théoriques.On étudie en outre les variations saisonnières des sommes du rayonnement global; l'influence de la nébulosité dominante sur ces quantités de chaleur est discutée à l'aide d'exemples de régions à climat désertique et à climat maritime. Dans le climat désertique le rayonnement calorifique parvenant à la surface de la terre peut dépasser 74% du rayonnement solaire extraterrestre, tandis que dans les régions océaniques il atteint au maximum 50% pendant les mois les plus favorables.Les constatations que l'auteur avait faites ces dernières années (Burdecki [1955, 1957]) se voient confirmées: 1) le rythme thermique de tout l'océan atmosphérique est dominé par le rythme de l'hémisphère nord; 2) la circulation thermique au-dessus des deux hémisphères semble être tout à fait asymétrique.

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With 5 Figures     

Ozone measurements during sudden ionospheric disturbances

Summary In order to investigate the effect of increased solar ultraviolet radiation on total atmospheric ozone, ozone observations have been made during sudden ionospheric disturbances (S. I. D.). If one can assume that the ratio of the extraterrestrial intensity of sunlight at 3110 Å to that at 3300 Å (the wavelengths observed by the measuring instrument) remains unchanged during days with S. I. D., it is found that ozone changes associated with S. I. D. s are small or absent, in agreement with qualitative theoretical expectation.

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Zusammenfassung Um die Auswirkung einer Zunahme der ultravioletten Sonnenstrahlung auf das atmosphärische Ozon zu untersuchen, wurden beim Auftreten desMögel-Dellinger-Effekts (Sudden Ionospheric Disturbances, S. I. D.) Ozonmessungen angestellt. Unter der Annahme, daß an den Tagen mit S. I. D. das Verhältnis der Intensität der extraterrestrischen Sonnenstrahlung bei 3110 Å zu der bei 3300 Å konstant bleibt, findet man, daß die gleichzeitigen Ozonänderungen entweder sehr klein sind oder ganz fehlen, was in Übereinstimmung mit dem theoretisch zu erwartenden Verhalten ist.

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Résumé Pour examiner l'effet de croissance de la radiation solaire ultraviolette sur l'ozone total atmosphérique, des mesures de l'ozone ont été faites pendant certains jours avec des perturbations ionosphériques brusques (Sudden Ionospheric Disturbances, S. I. D.) qui apparaissent ordinairement simultanément avec une éruption solaire. Si l'on suppose que le quotient de l'intensité extra-terrestre du rayonnement solaire pour -3110 Å à celle pour =3300 Å est constant, on constate que les variations de l'ozone coïncidentes avec les S. I. D. sont petites ou manquent complètement ce qui est en bon accord qualitatif avec la théorie.

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With 4 Figures.     

A method of automatic solar radiation integration with printed records including an assessment of its reliability

Summary Solar radiation intensity has been recorded on a single trace strip chart potentiometer and integrated automatically. The integral can be printed at frequencies from minutes to hours as required. The performance of the integration equipment has been assessed by (1) comparing chart area expected from a calibration of the printed digital output with the area as measured by planimeter and (2) estimating the scatter in the relation of chart area to printed output per hour on a number of days over periods up to a month. The errors (95% limits) are about ±1 cal cm^–2 for hourly values and ±4 cal cm^–2 for daily values.

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Zusammenfassung Die Intensität der Sonnenstrahlung wurde mit einem selbstabgleichenden Millivoltschreiber registriert und automatisch integriert. Das Integral kann nach Bedarf über Zeiten von der Größenordnung von Minuten bis Stunden gebildet werden. Die Leistungsfähigkeit des Integrators wurde abgeschätzt 1. durch Vergleich der auf Grund der Eichung des Integrators aus seinen Angaben errechneten Fläche unter der Registrierkurve mit der planimetrierten Fläche und 2. durch Abschätzung der Streuung der Werte des Zusammenhanges zwischen den pro Stunde angegebenen Integratorwerten und der Fläche auf dem Registrierstreifen an einer Anzahl von Tagen aus Perioden von einer Dauer bis zu einem Monat. Der Fehler (bei einer Genauigkeitsgrenze von 95%) liegt bet ±1 cal cm^–2 für Stundensummen und bei ±4 cal cm^–2 für Tagessummen.

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Résumé L'intensité du rayonnement solaire fut enregistrée par un millivoltmètre compensateur et intégrée automatiquement. L'intégration peut s'étendre à des temps allant de la minute à plusieurs heures. L'exactitude de l'intégrateur fut estimée 1) en comparant la surface résultant de ses indications à celle que l'on planimètre, et 2) en calculant la dispersion des écarts entre les valeurs données par heure par l'intégrateur et celles qui résultent de la planimétrie, cela pour un certain nombre de jours choisis dans des périodes pouvant atteindre le mois. L'erreur (pour un domaine de validité de 95%) est de ±1 cal cm^–2 pour des sommations horaires, de ±4 cal cm^–2 pour des sommations diurnes.

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With 4 Figures     

Der Anteil der Strahlung an der Ablation von Hintereis- und Kesselwandferner (Ötztaler Alpen,Tirol) im Sommer 1958

Zusammenfassung Der vorliegende Bericht befaßt sich mit der Berechnung des Anteils der Strahlungsbilanz an der Ablation auf 15,5 km² Gletscherflächen während der Ablationsperiode 1958. Die Gletscherflächen wurden in 175 Flächenelemente bestimmter Neigung und Richtung zerlegt und die direkte Sonnenstrahlung relativ zur horizontalen Fläche wurde für die Gletscher ermittelt. Die effektiv mögliche Sonnenscheindauer wurde für 177 Punkte auf den Gletscherflächen durch Vermessung bestimmt und daraus die Reduktion der Sonnenstrahlung durch die Horizontabschirmung berechnet. Der Gesamtverlust an direkter Sonnenstrahlung durch Neigung, Exposition und Horizontabschirmung betrug für alle Gletscher in der Ablationsperiode Mai bis September etwa acht Prozent. Durch die Wirkung der diffusen Strahlung verringert sich der Verlust auf etwa sechs Prozent für die Globalstrahlung der Ablationsperiode 1958. Ausgehend von der registrierten Sonnenscheindauer in Vent (1900 m), und der registrierten Globalstrahlung beim Hochjochhospiz (2410 m) sowie am Kesselwandferner (3240 m) wurde die Globalstrahlung für alle Gletscher berechnet. Aus der beobachteten Schneebedeckung der Gletscher und aus Messungen wurde die Albedo für die einzelnen Monate ermittelt und damit die kurzwellige Strahlungsbilanz abgeschätzt. Zusammen mit der von der Bewölkung abhängigen langwelligen Strahlungsbilanz wurde die gesamte Strahlungsbilanz für verschiedene Albedowerte in der Ablationsperiode 1958 berechnet. Für jeden Tag wurde die Höhe der Null-Grad-Isotherme ermittelt und damit die Größe der Gletscherfläche, auf der Schmelzung möglich war.Die durch die Strahlungsbilanz verursachte Schmelzung wurde zu 21,4·10⁶ m³ Wasser berechnet oder zu 64% der beobachteten Gesamtablation von 33,5·10⁶ m³ Wasser. Der Anteil der Strahlung an der Eisablation ergab sich zu 61%, der an der Schneeablation zu 66%, was gut mit den Ergebnissen detaillierter Studien des Wärmehaushaltes an einzelnen Punkten auf Gletschern übereinstimmt. Es wird somit auch für die gesamte Gletscherfläche und die gesamte Ablationsperiode bestätigt, daß die Strahlung die wichtigste Energiequelle für die Ablation auf den Gletschern der Alpen ist.

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Summary The present report deals with the calculation of the contribution of net radiation towards ablation on 15.5 km² of glacier surface during the ablation period 1958. The glaciers were subdivided into 175 surface elements of specific slope and exposure, and direct solar radiation calculated in relation to a horizontal surface for all glaciers. The local duration of bright sunshine throughout the year was surveyed for 177 points on the glaciers, and reduction of solar radiation owing to screening of the horizon by mountains calculated. The total loss in direct solar radiation owing to slope, exposure and screening, amounted to about eight per cent on an average for all glaciers in the ablation period May to September. Due to the contribution of diffuse radiation this loss is reduced to about six per cent of total short-wave radiation in the ablation period 1958. Based on the recorded duration of bright sunshine in Vent (1900 m), on the recorded total short-wave radiation at Hochjochhospiz (2410 m), and on the Kesselwandferner (3240 m), total short-wave radiation was calculated for all glaciers. Observations of snow cover on glaciers and measurements of albedo allowed an estimate to be made of the short-wave radiation budget in single months. Together with the long-wave radiation budget the total radiation budget for typical values of albedo during the ablation period 1958 could be calculated. For each day the height of the freezing level was determined, and the size of the glacier surface with possible melting.The ablation caused by net radiation was calculated as 21.4·10⁶ m³ of water, i. e. 64 per cent of the observed total ablation of 33.5·10⁶ m³ of water. The contribution of radiation towards melting of ice was 61 per cent, towards melting of snow 66 per cent. This is in fair agreement with the results of detailed investigations of heat budget on single spots of glaciers. The present results, which are valid for the whole glacier surface and the total ablation period, confirm that solar radiation is the most important source of energy for ablation on glaciers in the Alps.

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Résumé Le présent mémoire se rapporte au calcul de la part du bilan de radiation revenant à l'ablation d'une surface de glaciers de 15.5 km² durant la période d'ablation de 1958. On a divisé les glaciers en 175 éléments de surface selon leur exposition et leur pente. On a alors déterminé pour les glaciers le rayonnement solaire direct relativement à une surface horizontale. On a en outre déterminé par mensuration la durée d'insolation maximum possible pour 177 points des glaciers et on en a tiré la réduction du rayonnement solaire par suite de l'ombre portée par l'horizon. La perte totale en rayonnement solaire direct due à la pente, à l'exposition et à l'ombre portée par l'horizon représente environ 8% pour tous les glaciers durant la période d'ablation de mai à septembre. Par suite du rayonnement diffus, la perte se réduit à environ six pour-cent par rapport à la radiation globale pour la période d'ablation de l'année 1958. La radiation globale a été calculée pour tous les glaciers en partant de l'insolation mesurée à Vent (1900 m d'altitude) et de la radiation globale enregistrée à l'hospice du Hochjoch (2410 m) ainsi qu'au Kesselwandferner (3240 m).On a estimé ensuite l'albédo mensuel par des mesures et des observations de la couverture de neige et on en a tiré le bilan de radiation à ondes courtes. En y ajoutant le bilan de radiation à longues ondes dépendant de la nébulosité, on a calculé le bilan total de radiation pour la période d'ablation 1958 et cela pour diverses valeurs de l'albédo. Pour chaque jour, on a déterminé l'altitude de l'isotherme de zéro degré ainsi que la grandeur de la surface du glacier qui en découle et où la fonte fut possible. L'eau de fonte due au bilan de radiation fut calculée à 21.4·10⁶ m³, c'est à dire 64% des 33.5·10⁶ m³ d'eau d'ablation mesurée. La part d'ablation due au rayonnement est de 61% pour la glace, de 66% pour la neige, ce qui correspond très bien aux résultats d'études détaillées de l'économie thermique faites à certains points de glaciers. Par là, on confirme que pour la période d'ablation totale ainsi que pour la surface totale du glacier, le rayonnement est la source d'énergie la plus importante pour l'ablation sur les glaciers des Alpes.

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Mit 10 Abbildungen     

Untersuchungen der Strahlungsbilanz von Wien auf Grund langjähriger Radiosondenmessungen

Zusammenfassung Unter Verwendung der Ergebnisse der Radiosondenmessungen der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik in Wien-Hohe Warte wurde mit Hilfe des Strahlungsdiagrammes vonW. M. Elsasser ein mittlerer Jahresgang der Strahlungsbilanz von Wien für das Jahr 1956 und ein fünfjähriges Mittel für die Periode 1953 bis 1957 berechnet. Ferner wurde die Strahlungsbilanz bei typischen Wetterlagen und Luftmassen im Jahre 1956 untersucht.

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Summary Using radiosonde observations of the Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, Vienna, Hohe Warte, the mean annual variation of radiation balance in 1956, and the 5-year mean for the period 1953 to 1957 were determined by means ofElsasser's radiation chart. The total net radiation for typical weather situations and air masses is investigated.

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Résumé Utilisant les résultats des radiosondages de la Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik à Vienne, l'auteur a établi la marche annuelle moyenne du bilan de rayonnement à Vienne pour 1956 et une moyenne pour la période de 1953 à 1957 à l'aide des diagrammes deW. M. Elsasser. Il a étudié en outre ce même bilan pour des situations météorologiques typiques et des masses d'air particulières en 1956.

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Mit 2 Textabbildungen     

Über den Strahlungshaushalt der Ozeane auf der Nordhalbkugel

Zusammenfassung Unter Verwendung vorliegender Ergbbnisse von Strahlungsmessungen und kartenmäßiger Darstellungen über Lufttemperatur, Psychrometerdifferenz, Wassertemperatur und Bewölkung wurde eine Abschätzung der Strahlungsbilanz der Ozeane der Nordhalbkugel vorgenommen. Hierbei wurde schrittweise aus Sonnen- und Himmelsstrahlung unter Berücksichtigung der Reflexion und Bewölkung die kurzwellige Strahlungsbilanz und aus der Ausstrahlung und der in einfacher Weise berechneten Gegenstrahlung die langwellige Bilanz gebildet, worauf aus beiden die Gesamtstrahlungsbilanz hergeleitet wurde. Die Karten der Verteilung der Strahlungsbilanz über die Ozeane zeigen, daß im Winter der Einfluß der geographischen Breite vorherrscht, im Sommer hingegen die Bewölkungsverhältnisse bestimmend sind. Im Westen der nördlichen Teile beider Ozeane spiegeln sich die stark abweichenden Wassertemperaturen in der Strahlungsbilanz wider.Ein Vergleich mit den vonAlbrecht für einige Punkte berechneten Strahlungsbilanzen ergibt in unserem Fall meist um 80 bis 120 cal/cm² pro Tag höhere positive Bilanzwerte.

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Summary On the basis of available results of radiation measurements and maps of air temperature, psychrometer difference, water temperature, and cloudiness, the radiation balance of the oceans of the northern hemisphere is estimated. The short-wave radiation balance is gradually determined from solar and sky radiation with due consideration of reflection and cloudiness, whereas the long-wave balance is deduced from outgoing terrestrial radiation and atmospheric radiation, the latter one calculated by a simple method; from both is then derived the total radiation balance. Maps of the distribution of radiation balance over the oceans show the predominant influence of the geographical latitude in winter, whereas conditions of cloudiness are the determining factor in summer. In the west of the northern parts of both oceans the strongly divergent water temperatures become manifest in the radiation balance. A comparison shows that the obtained radiation balances exceed, in most cases, by 80 to 120 cal/cm² per day those calculated for certain points byAlbrecht.

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Résumé Le présent travail représente un essai d'estimation du bilan de rayonnement des océans de l'hémisphère nord sur la base des données disponibles de rayonnement et de cartes de températures, des différences psychrométriques, de la température de l'eau et de la nébulosité. On a établi par approximations successives d'une part le bilan du rayonnement à courte longueur d'onde à l'aide du rayonnement solaire et céleste en tenant compte de la réflexion et de la nébulosité, d'autre part celui du rayonnement à longue longueur d'onde à l'aide des rayonnements terrestre et atmosphérique; les deux conduisent au bilan total. Les cartes représentant la distribution du bilan de rayonnement sur les océans montrent qu'en hiver l'influence de la latitude est prépondérante tandis qu'en été celle de la nébulosité l'emporte. A l'ouest des parties nord des deux océans les anomalies de température de l'eau se répercutent dans le bilan de rayonnement.Une comparaison des résultats obtenus met en évidence un excès de 80 à 120 cal/cm² par jour par rapport aux valeurs du bilan de rayonnement calculées parAlbrecht pour quelques points particuliers.

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Mit 3 Textabbildungen.     

Interhourly variability of temperature at Blue Hill,Mass

Besides the incoming and outgoing radiation, there are several other factors, such as advection, etc., which produce irregular interhourly changes.The warmings (increasing temperature) 3° F and 4°F are more frequent than the coolings (decreasing temperature) at Blue Hill; both have a consistent daily course which is due to the usual alternation of nightime stability and daytime instability. Owing to stronger effect of incoming radiation, appreciable interhourly variability takes place at Blue Hill mainly during the daytime bow of temperature.All the results are compared with those obtained from Mount Washington data byV. Conrad.

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Zusammenfassung Außer der Einstrahlung und Ausstrahlung gibt es noch andere Faktoren, wie z. B. die Advektion, die unregelmäßige Änderungen der Temperatur von Stunde zu Stunde verursachen. Auf Blue Hill sind Temperaturanstiege um 3°F oder darüber häufiger als Temperaturabnahmen dieser Größe. Beide weisen einen täglichen Gang auf, der vorwiegend auf den Wechsel von nächtlicher Stabilität zu tagsüber entwickelter Instabilität zurückzuführen ist. Zufolge der stärkeren Wirkung der Einstrahlung ist die Temperaturveränderlichkeit von Stunde zu Stunde auf Blue Hill tagsüber beträchtlich. Die Ergebnisse werden mit den vonV. Conrad für Mt. Washington gefundenen verglichen.

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Résumé Outre le rayonnement qui entre et qui sort, il existe d'autres causes — par exemple l'advection — de la variation irrégulière de la température d'heure en heure. A Blue Hill, des hausses de température de 3°F. ou davantage sont plus fréquentes que des baisses du même ordre. L'une et l'autre présentent une marche diurne de leur fréquence que l'on doit attribuer essentiellement au passage de la stabilité nocturne à l'instabilité qui se développe pendant la journée. Par suite de l'effet prépondérant du rayonnement reçu, la variabilité de la température d'une heure à l'autre est très notable au cours du jour à Blue Hill. On compare ces résultats avec ceux queV. Conrad a trouvés au Mt. Washington.

     

Die Wintertemperaturen in Berlin und die Sonnenfleckenrelativzahlen

Zusammenfassung Die zweimal fünffach übergreifende Mittelbildung der 200jährigen Berliner Temperaturreihe entschleiert deren enge Beziehung zur Sonnenfleckentätigkeit, da, von zwei Ausnahmen abgesehen, jede Sonnenfleckenperiode durch eine entsprechende Schwankung der Temperaturkurve in Erscheinung tritt und zugleich keine andere Schwingung auch nur annähernd so deutlich erkennbar ist. Im Mittel waren die dem Sonnenfleckenmaximum folgenden Winter am kältesten und jene 1 1/2 Jahre vor dem Minimum am wärmsten. Insgesamt erreicht diese Schwankung aber, bei fünf- und dreifachem Ausgleich, nicht ganz 1/2°C und damit bei weitem nicht die Amplitude, die die harmonische Analyse z. B. für eine 16jährige Periode ergibt. Dies ist aber ein rein formales Ergebnis, dadurch hervorgerufen, daß die Sonnenfleckenschwingung der Temperatur, die in den Tropen so dominierend in Erscheinung tritt, in Mitteleuropa auch noch einen periodischen Phasenwechsel aufweist, indem die kalten Winter im zweiten Viertel des vorigen und in diesem Jahrhundert kurznach, während der übrigen Zeit dagegen 3 Jahrevor dem Fleckenmaximum eintraten. Dementsprechend ergibt eine damit in Übereinstimmung gebrachte Unterteilung in zwei Phasengruppen den Sonnenfleckeneinfluß außerordentlich klar, wobei die Schwankung in der einen Jahresgruppe 1°, in der anderen beinahe 2° C beträgt. Die Phasensprünge scheinen mit der etwa 89jährigen Schwankung der Sonnenfleckentätigkeit zusammenzuhängen und sind damit wahrscheinlich durch die verschiedene Intensität der Zirkulationsräder und die Vereisung der Polargebiete bestimmt. Dieser langperiodige Einfluß der Sonnenfleckentätigkeit tritt besonders in den vonKöppen berechneten Mitteltemperaturen der ganzen Erde hervor, die bei Fleckenrelativzahlen über 100 fast 0,5° kälter ist als in den Jahren mit einer Relativzahl unter 10.

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Summary The 200 years temperature records for Berlin, twice smoothed by calculating the means of all five values of five year averages, reveal their close connection with the sunspot activity, in that, apart from two exceptions, each sunspot period is associated with a characteristic point of the accompanying temperature cycle, and, furthermore, no other oscillation is clearly discernable. Averaging the whole series of observations, the winters following the sunspot maxima were the coldest, and those 1 1/2 years before the sunspot minimum were the warmest. On the other hand, the amplitude of this oscillation does not even reach 1/2°C., and is far below the value of a 16-years period. However, this results from the fact that the sunspot variation of temperature being such a dominant feature in the tropical regions is subjected to a periodical change in phasis over central Europe in that the cold winter occured closely after the sunspot maximum in the second quarter of the preceding and in the current century contrary to the periods left when they reached their greatest frequency 3 yearsbefore sunspot maximum. Accordingly, by considering both groups of phasis separately, the influence of the sunspot activity becomes distinctly pronounced amounting to about 1°C., or even 2°C., in the respective periods. The leaps in the phasis seem to be associated with the 89-years period of sunspot activity, and thus probably are originated by the respective intensity of the atmospheric circulation and the amount of the ice cover in the polar regions. This long-periodical influence of the sunspot activity is especially clearly shown by mean temperatures of the whole earth calculated byKöppen in that this temperature is nearly 0,5°C. lower in the years distinguished by a sunspot number greater than 100 compared with the years of sunspot numbers below 10.

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Résumé Lorsqu'on étudie la série d'observations de température de 200 ans à Berlin en calculant les valeurs pondérées par la méthode des moyennes quinquennales chevauchées, on fait apparaître la relation étroite entre la température et l'activité des taches solaires; à deux exceptions près, chaque période de taches est accompagnée d'une variation correspondante de la température, et aucune autre variation n'est aussi nette que celle-ci. En moyenne, les hivers succédant aux maxima d'activité solaire sont les plus froids, et ceux qui précèdent d'une année et demie les minima sont les plus chauds. Dans l'ensemble l'amplitude n'atteint pas tout à fait 1/2 degré et reste ainsi bien inférieure à celle que l'analyse harmonique met en évidence par exemple pour une période de 16 ans. Cela n'est qu'un résultat purement formel provenant du fait que la variation de la temperature en relation avec les taches solaires qui apparaît si nettement sous les tropiques présente de plus en Europe centrale un changement périodique de phase, dans ce sens que dans le deuxième quart du siècle dernier et dans le siècle présent les hivers froids ont lieu peu après le maximum des taches, tandis qu'ils précèdent de trois ans ce maximum dans les autres périodes. Si l'on tient compte de cette variation de phase, l'influence des taches solaires apparaît très nettement: dans un des groupes d'années, l'amplitude est de 1°, et dans l'autre de presque 2°. Le changement de phase semble être en rapport avec la période d'environ 89 ans de l'activité solaire et découle probablement de la variation d'intensité de la circulation atmosphérique et de la glaciation des régions polaires. L'effet à longue période de l'activité solaire apparaît particulièrement bien dans les températures moyennes de l'ensemble du globe calculées parKöppen; pour un nombre relatif de taches supérieur à 100, elles sont près de 0,5° plus basses que pendant les années à nombre relatif inférieur à 10.

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Mit 2 Textabbildungen.     

Untersuchungen der Himmelsstrahlung in den Ostalpen mit besonderer Berücksichtigung ihrer Höhenabhängigkeit

Zusammenfassung Als Beitrag zur Kenntnis der verschiedenen Faktoren der Strahlungsbilanz wird in dieser Studie im besonderen die Verteilung der Himmelsstrahlung mit der Seehöhe behandelt.Bei wolkenlosem Himmel zeigt sich, entsprechend der geringeren Zerstreuung in größeren Seehöhen, eine Abnahme der Himmelsstrahlung. Eine beachtliche Störung der reinen Höhenabhängigkeit bilden multiple Reflexion und Reflexion der direkten Sonnenstrahlung durch horizontüberhöhende Hänge.Eine Sonderstellung nimmt die Himmelsstrahlung in Städten ein. Entsprechend dem Gang der Lufttrübung erscheint das Maximum im Tagesgang gegen den Vormittag verschoben.Bei völlig bedecktem Himmel zeigt sich ein starker Intensitätsanstieg der Himmelsstrahlung mit zunehmender Seehöhe. Es steigt z. B. die Intensität der Himmelsstrahlung auf dem Sonnblick (3106 m) auf 200% des Wertes von Wien (202 m) im Sommer und auf 400% im Winter. Sowohl für klaren, als auch für bedeckten Himmel werden Richtwerte der Himmelsstrahlung für verschiedene Seehöhen in 500 m-Intervallen angegeben.Aufbauend auf die beiden vorangehenden Kapitel wird im letzten versucht, eine Höhenabhängigkeit für wechselnden Bewölkungsgrad zu finden.

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Summary This study dealing particularly with the radiation of the sky as a function of altitude is a contribution to what we know about the different factors of radiation balance. In the absence of clouds the radiation of the sky shows a decrease with height according to less light being scattered at greater altitudes. This dependence on height is considerably disturbed by multiple reflection and reflection of direct solar radiation by slopes rising above the horizon. Sky radiation has a particular character in great towns. In relation to the variations of air turbidity there is a shift of its daily maximum towards forenoon. Intensity of sky radiation increases strongly with altitude in case of an entirely overcast sky. Intensity values of sky radiation on the Sonnblick (3106 m) reach e. g. 200 per cent of the values observed in Vienna (202 m) in summer and 400 per cent in winter. Approximate values of sky radiation in different altitudes with intervals of 500 m are given for clear and overcast sky. An attempt has been made, in the last chapter, to find a dependence on height for different degrees of cloudiness.

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Résumé Considérée comme contribution à la connaissance des différents facteurs du bilan radiatif, la présente étude traite en particulier de la répartition du rayonnement céleste en fonction de l'altitude. Par ciel serein le rayonnement céleste diminue avec l'altitude par suite de l'affaiblissement de la dispersion. La loi de décroissance est toutefois altérée par la réflexion multiple et par celle du rayonnement solaire direct sur les versants dépassant l'horizon. Le rayonnement céleste dans les villes constitue un cas spécial. La variation du trouble atmosphérique entraine un déplacement du maximum vers le matin. Par ciel entièrement couvert l'intensité du rayonnement céleste éprouve une forte augmentation avec l'altitude; cette intensité atteint par exemple au Sonnblick (3106 m) 200% de cell Vienne (202 m) en été, et 400% en hiver. On donne des valeurs types du rayonnement céleste pour différentes altitudes de 500 en 500 m, aussi bien par ciel serein que couvert. On tente enfin d'établir la loi de variation du rayonnement céleste avec l'altitude pour différentes fractions de couverture nuageuse du ciel.

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Mit 17 Textabbildungen.     

Untersuchung über die Wirkungsweise des Solarigraphen Moll-Gorczynski

Zusammenfassung Die Wirkungsweise des zur Messung der Himmels- und der Globalstrahlung verwendeten SolarigraphenMoll-Gorczynski wird theoretisch und experimentell untersucht. Die Wärmebilanz derMollschen Thermosäule wird aufgestellt und gezeigt, welche Größen in den Eichfaktor eingehen und wie die Temperatur- und Intensitätsabhängigkeit des Eichfaktors zustande kommt. Der Einfluß der Thomson-, Joule- und Peltier-Wärmen erweist sich als praktisch vernachlässigbar. Der Temperaturkoeffizient des Eichfaktors beträgt zirka 0,2% pro Grad C. Auf Grund der spektralen Verteilung der terrestrischen Sonnenstrahlung und der Himmelsstrahlung läßt sich zeigen, daß die durch die Absorptions- und Reflexionsverluste in den Deckgläsern bedingten Empfindlichkeitsänderungen höchstens ±0,4% betragen. Es wird untersucht, welche Fehler entstehen, wenn bei der Berechnung der Strahlungswerte die Abhängigkeit des Eichfaktors von der Winkelhöhe der einfallenden Strahlung nicht berücksichtigt wird. Auf Grund der vonReitz beobachteten Abweichungen vom Cosinusgesetz ergibt sich in den Himmelsstrahlungswerten bei gleichmäßig strahlendem Himmel ein Fehler von zirka 0,5%, während der Fehler in den Werten der Globalstrahlung für Sonnenhöhen über 15° höchstens 2,6% beträgt. Die durch die Eichmethode, die Schaltung und das Registrierinstrument bedingten Fehler werden diskutiert und der Einfluß der langwelligen Ausstrahlung der Glashüllen (Nullpunktsdepression) untersucht. In einer zusammenfassenden Fehlerdiskussion wird die Genauigkeit der unter Berücksichtigung der Temperatur- und Intensitätsabhängigkeit des Eichfaktors berechneten Strahlungswerte auf ±1 bis 2% geschätzt; die je nach Instrument verschieden großen Fehler, welche durch die Abweichungen vom Cosinusgesetz erzeugt werden, sind in dieser Abschätzung nicht inbegriffen.

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Summary The author examines by experiments and in the theory the principle of working of the solarigraphMoll-Gorczynski, used for measuring the sky radiation and the global radiation of sun and sky. He develops the heat-balance ofMoll's thermopile and shows the factors entering into the calibration factor and in which manner this factor is depending on temperature and intensity of radiation. The influence of the Thomson-, Joule-, and Peltier-effects can practically be neglected. The temperature coefficient of the calibration factor is about 0,2%/°C. As regards the spectral distribution of solar and sky radiation it can be shown that the modifications of sensitivity as caused by the loss by absorption and reflexion in the cover-glasses of the solarigraph amount to ±0,4% in the maximum. Furthermore the errors are examined which occur with the calculation of the radiation intensities if the dependency of the calibration factor from the angle of height of incoming radiation is not taken into consideration. Due to the deviations from the law of cosine as observed byReitz, it can be concluded that the error of the values of the sky radiation (with uniform sky) is of about 0,5%, whereas the error of the values of the global radiation for solar altitudes above 15° is 2,6% in the maximum. The errors resulting from the calibration method, the electric connexions and the recording instrument are discussed, as well as the influence of outgoing long-wave radiation of the cover-glasses (zero depression). In a summarizing discussion the accuracy of the calculated values of radiation is estimated at ±1 to 2%, taken into consideration the dependency from the temperature and intensity of the calibration factor. The errors caused by the deviations from the cosine-law varying according to the instrument, are not included in this estimation.

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Résumé On étudie du point de vue théorique et pratique le fonctionnement du solarigrapheMoll-Gorczynski utilisé pour la mesure du rayonnement céleste et global. On établit le bilan thermique de la pile thermoélectrique deMoll et on montre quels sont les grandeurs intervenant dans le facteur d'étalonnage et comment ce facteur dépend de la température et de l'intensité du rayonnement. L'influence des effets Thomson, Joule et Peltier se révèle pratiquement négligeable. Le coefficient de température du facteur d'étalonnage s'élève à env. 0,2% par degré centigrade. Considérant la distribution spectrale du rayonnement solaire et céleste, on peut montrer que les variations de sensibilité dues aux pertes par absorption et réflexion dans les enveloppes de verre protectrices s'élèvent à ±0,4%. On recherche quelles sont les erreurs commises en négligeant l'effet sur le facteur d'étalonnage de l'angle d'incidence des rayons lors du calcul des valeurs de rayonnement. Se fondant sur les écarts à la loi du cosinus observés parReitz, on constate que l'erreur pour la valeur du rayonnement céleste (ciel uniforme) est d'environ 0,5%, et que celle du rayonnement global pour des hauteurs solaires supérieures à 15° est au plus de 2,6%. On discute les erreurs résultant de la méthode d'étalonnage, du montage du circuit électrique et de l'enregistreur lui-même, ainsi que l'effet du rayonnement propre à grande longuer d'onde des écrans de verre (dépression du zéro). II résulte de toute la discussion des erreurs possibles que l'exactitude des valeurs calculées du rayonnement, en tenant compte de l'influence de la température et de l'intensité sur le facteur de sensibilité, est estimée à ±1 à 2%; les erreurs, variables suivant les appareils, provenant des écarts à la loi du cosinus ne sont pas prises en considération dans ce chiffre.

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Mit 20 Textabbildungen.     

Further studies on the chordal-hop theory of ionospheric long-range propagation

Summary This paper presents new results of the author's investigations on ionospheric propagation in Australia from 1952 to 1957. Considerations on path attenuation are followed by a discussion on the propagation paths to North America and Western Europe. Conclusions are in agreement with the author's previous publications in this field.

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Zusammenfassung In dieser Arbeit behandelt der Verfasser neue Ergebnisse seiner Untersuchungen über ionosphärische Ausbreitung in Australien von 1952 bis 1957. Auf eine Betrachtung über die Signalschwächung folgt eine Diskussion über die Ausbreitungswege nach Nordamerika und Westeuropa. Die Folgerungen stimmen mit den früheren Veröffentlichungen des Verfassers auf diesem Gebiet überein.

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Résumé L'auteur expose les nouveaux résultats de ses recherches sur la propagation ionosphérique en Australie de 1952 à 1957; il considère l'affaiblissement de la propagation des signaux et les chemins suivis par les ondes vers l'Amérique du Nord et vers l'Europe occidentale. Ces résultats concordent avec ceux qu'il a publiés précédemment.

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With 1 Figure     

Registrierungen der nächtlichen Ausstrahlung

Zusammenfassung An der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik in Wien wurde zwei Jahre hindruch die nächtliche Ausstrahlung registriert. Das verwendete Gerät war zur Ausschaltung des Windeffektes mit einer wärmestrahlungsdurchlässigen Kunstkristallplatte bedeckt. Der Abfall der Ausstrahlung im Laufe der Nacht betrug bei wolkenlosem Himmel im Mittel 11,5%, sonst im Durchschnitt 15 bis 19%. Bei bedecktem Himmel betrug die Intensität der Ausstrahlung im Mittel 18,5% des Wertes bei wolkenlosem Himmel. Die Abnahme der Ausstrahlung bei zunehmender Wolkenbedeckung des Himmels folgt nicht einer linearen, sondern einer quadratischen Beziehung. Infolge dieses Umstandes stimmen die aus Temperatur, Dampfdruck und Bewölkung nach denÅngströmschen Formeln berechneten mittleren Ausstrahlungswerte für größere Zeitabschnitte mit den tatsächlich gemessenen gut überein, während bei wolkenlosem Himmel die Berechnung zu hohe Werte ergibt.

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Summary The outgoing radiation at night was recorded during two years at the Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik in Vienna. To eliminate the effect of wind the instrument in use was covered with a plate of artificial crystal pervious to heat radiation. The decrease of outgoing radiation during the night amounted on the average to 11,5 per cent for cloudless sky, otherwise it varied between 15 and 19 per cent. In case of overcast sky the mean radiation intensity was found to be 18,5 per cent of the value for cloudless sky. The decrease of outgoing radiation with increasing cloudiness doesn't follow a linear, but a square function. Therefore, the mean radiation values calculated according to the formulae ofÅngström from temperature, vapour pressure, and cloudiness are for longer periods in good agreement with the measured ones. For cloudless sky, however, the calculation gives too high values.

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Résumé A la Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik à Vienne on a enregistré pendant deux ans le rayonnement nocturne. Afin d'éliminer l'influence duvent, l'instrument était recouvert d'une plaque de cristal artificiel diathermane. La diminution du rayonnement au cours de la nuit était de ce fait de 11,5% par ciel serein, et par ailleurs en moyenne de 15 à 19%. Par ciel couvert, l'intensité du rayonnement nocturne fut en moyenne de 18,5 de sa valeur par ciel clair. La diminution du rayonnement avec l'augmentation de la nébulosité n'obéit pas à une relation linéaire, mais quadratique. De ce fait les valeurs moyennes du rayonnement calculées au moyen de la formule d'Ångström à partir de la température, de la pression de vapeur et de la nébulosité concordent bien avec celles que l'on observe réellement, au moins pour des périodes assez longues; par ciel sans nuages par contre, le calcul donne des valeurs trop élevées.

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Mit 6 Textabbildungen.     

Albedountersuchungen auf dem Hintereisferner

Zusammenfassung Von den Komponenten der Strahlungsbilanz auf den Alpengletschern sind besonders die Albedo und die langwellige Ausstrahlung (wozu die Kenntnis der Oberflächentemperatur nötig ist) noch nicht ausreichend bekannt. Während einer 14 tägigen Meßperiode wurden im Sommer 1954 auf dem Hintereisferner, Ötztal, Albedountersuchungen ausgeführt und Mittelwerte der Reflexion von Neu- (0,816), Altschnee (0,724), Firn (trocken: 0,634, feucht: 0,539) und den verschiedenen Arten von Gletschereis (rein: 0,410, verschmutzt: 0,228) gebildet. Für Firn und Eis wurden Häufigkeitsverteilungen bestimmter Albedostufen aufgestellt. Die Messungen wurden von Registrierungen der Tagesgänge über Neu-, Altschnee und Gletschereis ergänzt. Das Minimum im Tagesgang findet sich zwischen 13 und 15 Uhr, zum Teil auf Grund des höchsten Schmelzwassergehaltes des Schnees zu dieser Tageszeit, an klaren Tagen über Gletschereis und Harschflächen auch durch teilweise spiegelnde Reflexion.Flächenhafte Albedoaufnahmen über der Gletscherzunge lassen das allmähliche Höhergreifen der Gebiete niedriger Albedostufen im Laufe einer Schönwetterperiode von 6 Tagen verfolgen. Hieraus läßt sich die mittlere Albedo für die Gletscherzunge (bis zur Höhenschichtlinie 2900 m) berechnen, die innerhalb der genannten Zeit von 0,70 auf 0,45 abnahm.

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Summary Among the components of the radiation balance on the Alpine glaciers particularly the albedo and the outgoing long-wave radiation (requiring the knowledge of the surface temperature) are not yet sufficiently known. During a period of 14 days in summer 1954 albedo investigations were carried out on the Hintereis glacier, Oetztal, and mean values were calculated for fresh fallen snow (0.816), old snow (0,724), firn (dry: 0.634, moist: 0.539), and for different sorts of glacier ice (clean: 0.410, soiled: 0.228). Frequency distributions of determined albedo degrees were established for firn and ice. The measurements were supplemented by registrations of the diurnal variations over fresh and old snow and over glacier ice. The minimum of the diurnal variation was found between 1 and 3 p.m., partially because at this time of the day the snow contains a maximum of melted water, on clear days over glacier ice and rough surfaces partially also on account of reflection.Large-surface measurements of the albedo over the glacier tongue show the gradual rising of the regions with low albedo values in the course of a fair weather period of 6 days. Therefrom the average albedo of the glacier tongue (up to the contour-line 2900 m) can be calculated which, during the above mentioned period, showed a decrease from 0,70 to 0.45.

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Résumé Parmi les composantes du bilan de rayonnement des glaciers alpins, on ne connaît qu'imparfaitement l'albédo et le rayonnement émis à grande longueur d'onde, pour la connaissance duquel il faudrait connaître la température de la surface de la glace. Au cours d'une campagne de deux semaines de l'été 1954 au glacier du Hintereis (Oetztal), on a fait des mesures d'albédo et déterminé des valeurs moyennes du pouvoir réfléchissant de la neige fraîche (0.816) et ancienne (0.724), ainsi que du névé (sec: 0.634, humide: 0.539) et des différentes sortes de glace (pure: 0.410, sale: 0.228). On a dressé des tableaux de fréquence pour les différentes classes d'albédo de névé et de glace. De plus on a procédé à des mesures de la variation diurne du pouvoir réfléchissant au-dessus de la neige fraîche et ancienne et de la glace; le minimum se place entre 13 et 15 h., conséquence de la teneur maximum en eau de fusion à ce moment-là, mais conséquence aussi, par ciel clair, de la réflexion directe et sans diffusion de la glace et de la neige durcie.Des mesures d'albédo effectuées sur de larges surfaces de la langue glaciaire permettent de suivre la décroissance progressive de l'albédo vers le haut du glacier au cours d'une période de beau temps de 6 jours; l'albédo moyen du glacier, du front jusqu'à 2900 m. au-dessus du niveau de la mer, a décru durant cette période de 0,7 à 0,45.

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Mit 8 Textabbildungen.

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Die Untersuchungen wurden durch ein Stipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft ermöglicht, wofür wir an dieser Stelle unseren aufrichtigsten Dank aussprechen.     

Cartes journalières du rayonnement au Congo

Résumé Grâce à sa qualité et à son prix modéré, le pyranomètre sphérique Bellani fabriqué à Davos permet la création de réseaux serrés de stations d'observations du rayonnement. Deux exemples tirés du Congo (Léopoldville) montrent que le temps peut présenter, dans la zone équatoriale également, des conditions extrêmes sur des grandes surfaces et cela indépendamment des saisons. On rencontre en particulier à certains moments des nappes de nuages qui réduisent le rayonnement journalier à 10 ou 20% de ce qu'il est par ciel serien; de telles nappes nuageuses sont généralement liées à des précipitations abondantes. Des précipitations tout aussi abondantes peuvent cependant se produire par suite de courts orages themiques; dans ce cas, la somme journalière du rayonnement global est en général supérieure à la normale.

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Summary The Bellani spherical pyranometer constructed at Davos Observatory allows the establishment of relatively dense network of radiation stations because of its combination of high accuracy with moderate prize. Two examples from Congo (Léopoldville) show that even in the equatorial belt extreme weather conditions may extend over large areas independent of the season. In particular, sometimes one can observe large cloud fields which reduce the daily sum of circumglobal radiation to 10 or 20% of its value with clear weather. Generally, abundant rainfall is in connection with such cloud fields. Heavy local rainshowers may also occur on occasion of short heat thunderstorms, in the larger part of these cases the daily sum of circumglobal radiation is above normal.

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Zusammenfassung Das Davoser Kugelpyranometer Bellani erlaubt dank seiner Qualität und seines mäßigen Preises den Aufbau eines dichten Netzes von Strahlungsmeßstationen. Zwei Beispiele aus dem Kongo (Léopoldville) sollen zeigen, daß auch in der äquatorialen Zone das Wetter unabhängig von der jahreszeit über große Flächen extreme Verhältnisse annehmen kann. Insbesondere treten zeitweise ausgedehnte Wolkenfelder auf, die die Tagessumme der Strahlung auf 10 bis 20% des Schönwetterbetrages reduzieren; solche Wolkenfelder sind meist mit ausgiebigen Niederschlägen kombiniert. Große Niederschläge können aber auch lokal bei kurzen Wärmegewittern gewittern auftreten, in welchem Falle die Tagessumme der Zirkumglobalstrahlung meist überdurchschnittlich ist.

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Avec 4 Figures     

Direct measurement of the meridional circulation in the stratosphere during the IGY

Summary In this study the horizontal component of the meridional circulation at the 100, 50 and 30 mb levels in the stratosphere is computed for the IGY period July 1957 through June 1958. Radiosonde data from approximately 240 stations, well distributed over the northern hemisphere, are used in the analysis of the north-south component of the wind. Values of the mean meridional circulation for the four seasons are presented at every 5° latitude from the equator to 80°N.In the annual average at 100 mb an apparent three cell pattern is obseered, consisting of a region of strong poleward motion north of 55°N, equatorward motion from 15° to 55°N and weak poleward motion from 0° to 15°N. In the annual averages at 50 and 30 mb poleward motions appear only at high latitudes and diminsih in strength with height. Equatorward motions dominate at 30 mb. A maximum value of the mean meridional circulation of +60 cm sec^–1 is found at 100 mb at 70°N.

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Zusammenfassung In dieser Untersuchung ist für die 100-, 50- und 30 mb-Niveaus die horizontale Komponente der meridionalen Zirkulation in der Stratosphäre im internationalen geophysikalischen Jahr (Juli 1957 bis Juni 1958) berechnet worden. Es werden dabei Radiosonden-Daten von etwa 240 Stationen, die über die nördliche Hemisphäre gut verteilt sind, für die Analyse der Nord-Süd-Windkomponente verwendet. Für jeden fünften Breitengrad vom Äquator bis 80°N werden Werte der durchschnittlichen Meridionalkomponente der Zirkulation für die vier Jahreszeiten mitgeteilt.Im Jahresdurchschnitt zeigt sich im 100 mb-Niveau eine Verteilung der Meridionalkomponente, die anscheinend einem aus drei Zellen bestehenden Zirkulationssystem entspricht, wobei nördlich von 55°N eine starke polwärts gerichtete Bewegung, zwischen 15° und 55°N eine Strömung gegen den Äquator und zwischen 0° und 15°N wieder eine schwache polwärts gerichtete Strömung besteht. In den Jahresdurchschnittswerten aus den Niveaus der 50- und 30 mb-Flächen sind polwärts gerichtete Strömungskomponenten nur in hohen geographischen Breiten festzustellen, die mit zunehmender Höhe an Stärke abnehmen. Im Niveau von 30 mb herrscht eine zum Äquator hin gerichtete Meridionalkomponente der Strömung vor. Ein Maximalwert der durchschnittlichen meridionalen Zirkulation von +60 cm sec^–1 wurde in der 100 mb-Höhenlage bei 70°N festgestellt.

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Résumé Dans cette étude, la composante horizontale de la circulation méridionale dans la stratosphère aux niveaux de 100, 50 et 30mb est calculée pour la période de Juillet 1957au Juin 1958 pour l'Année Géophysique Internationale. Les données de radiosondage d'environ 240 stations bien réparties sur l'hémisphère du nord sont employées dans l'analyse de la composante nord-sud du vent. Les valeurs de la circulation moyenne méridionale des quatre saisons sont présententées pour tous les 5° de latitude de l'équateur jusqu'à 80°N.En moyenne d'un an, on peut apparemment observer, à 100mb, une distribution en trois cellules consistant d'une région de mouvement fort vers le pôle au nord de 55°N, d'un mouvement vers l'équateur de 15° à 55°N et d'un mouvement faible vers le pôle de 0° à 15° N. A 50 et 30 mb en moyenne d'un an des mouvements vers le pôle apparaissent seulement dans les hautes altitudes et ils diminuent en force suivant la hauteur. Dans le niveau de 30 mb, c'est un mouvement vers l'équateur qui domine. Use valeur maxima de la circulation méridionale moyenne de +60 cm·sec^–1 a été constatée à 100 mb à 70°N.

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With 6 Figures

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The research reported in this paper has been made possible through the support of the Atomic Energy Commission and of the Geophysics Research Directorate of the U.S. Air Force under contracts No. At (30-2) 2241 and 19(604)-5223.     

Untersuchung über die vertikale Trübungsschichtung der Atmosphäre

Zusammenfassung Im schweizerischen Alpengebiet wurde während des I.G.J. in einem Höhenbereich von 380 bis 2670 m ü. M. ein reichhaltiges Material an Intensitätswerten der direkten Sonnenstrahlung wie auch für die Bereiche der Schottschen Glasfilter OG 1, RG 2 und RG 8 gesammelt und unter Anwendung der vonW. Schüepp entwickelten, vom Verfasser vereinfachten Auswertemethode zur Berechnung der atmosphärischen Trübungsparameter benützt. Die auf diese Weise ermittelten Zahlenwerte des TrübungskoeffizientenB, des Wellenlängenexponenten und des WasserdampfgehaltsW (precipitable water) wurden einer Bearbeitung unter klimatologischen, aerologischen und synoptisch-dynamischen Gesichtspunkten unterworfen sowie dunstoptische Fragen behandelt. Über die Ergebnisse wird auf S. 206 ff. zusammenfassend berichtet.

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Summary A large material of intensity values of the direct solar radiation as well as for the spectral parts of the Schott glass filters OG 1, RG 2 and RG 8 has been collected during I. G. Y. in the Swiss alpine region in altitudes between 380 and 2670 m a. s. l. It has been used for calculating the atmospheric turbidity parameters by employing the method developed byW. Schüepp and simplified by the present author. The numerical values of the turbidity coefficientB, the wavelength exponent and the precipitable waterW thus determined have been processed under climatological, aerological and synopticdynamical points of view as well as for the discussion of problems of the optics of haze. A summary of the results may be found on p. 206.

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Résumé Pendant l'Année géophysique internationale l'auteur a rassemblé un matériel abondant de mesures d'intensité du rayonnement solaire direct ainsi que dans les gammes des filtres de Schott OG 1, RG 2 et RG 8, dans les Alpes suisses, entre 380 et 2670 m; simplifiant le procédé d'analyse deW. Schüepp, il a utilisé ce matériel pour le calcul des paramètres de trouble atmosphérique. Les valeurs du coefficient de troubleB, de l'exposant de longueur d'onde et de la teneur en vapeur d'eauW furent examinées du point de vue climatologique, aérologique et synoptique, en abordant aussi des questions d'optique de la brume. Les résultats sont résumes p. 206 sq.

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Mit 31 TextabbildungenVon der Philosophisch-naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Basel genehmigte Dissertation (1960).