Untersuchungen des Energiehaushaltes und des freien Wassergehaltes beim Abbau der winterlichen Schneedecke

Zusammenfassung Energiehaushalt und freier Wassergehalt beim Abbau der winterlichen Schneedecke wurden in einer 64tägigen Meßreihe untersucht. Zur Messung des freien Wassergehaltes wurde ein neu entwickeltes Gerät verwendet. Das Prinzip des Gerätes beruht auf der Bestimmung der Dielektrizitätskonstanten des feuchten Schnees. Die Ergebnisse zeigen, daß eine Änderung des freien Wassergehaltes zwischen Beginn und Ende einer Meßperiode beim Studium des Energiehaushaltes berücksichtigt werden muß. Eine 1 m dicke Schneeschicht verbraucht zur Vermehrung des freien Wassers um 5 Volumprozent 400 cal/cm². Für eine 10tägige Meßperiode ist dieser Betrag etwa das Doppelte des fühlbaren und latenten Wärmestromes und etwa 70% der langwelligen Strahlungsbilanz. Der vollständige Energiehaushalt wurde für die 44tägige Ablationszeit berechnet, wobei der Unterschied zwischen berechneter und gemessener Ablation 4,8% beträgt. Zum Vergleich wurden die Komponenten des Energiehaushaltes auch für eine 20tägige Periode ohne Schmelzung ermittelt, wobei sich der große Einfluß der hohen Albedo deutlich zeigt.

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Summary The author has investigated the heat balance and contents of free water during the ablation of the snow-cover of the winter in a 64-day series of measurements. For the measurement of the free water content a new device has been developed. The principle of this instrument is based on the determination of the dielectric constant of the wet snow. The results show that a variation of the proportion of free water between the beginning and the end of a period of measurements has to be taken into consideration. To increase the proportion of free water by five per cent of the volume a snow cover crease the proportion of free water by five per cent of the volume a snow cover of 1 m thickness needs 400 cal/cm². For a 10-day period of measurements this amount equals twice the flow of sensible and latent heat or 70 per cent of the long wave net radiation. The complete heat balance for the ablation time which had a duration of 44 days has been computed. The difference between computed and observed ablation amounts to 4.8 per cent. As a counterpart the components of the heat balance were computed for a 20-day period without melting, too, which showed the large influence of the high albedo.

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Résumé En se basant sur une série de mesures s'étendant sur 64 jours, on a examiné le bilan d'énergie et le contenu d'eau libre d'une couche de neige d'hiver dans l'état de disparition. On a utilisé un appareil nouveau pour mesurer la teneur en eau libre. Le principe de cet appareil repose sur la détermination de la constante diélectrique de la neige humide. Les résultats obtenus montrent qu'il faut tenir compte d'une modification de la teneur en eau libre entre le début et la fin d'une période de mesure lors de l'étude des bilans d'énergie. Une couche de neige de 1 m d'épaisseur a besoin de 400 cal/cm² pour une augmentation de 5% en volume du taux de l'eau libre. Pour une période de mesure de 10 jours, cela représente environ le double du flux de chaleur sensible et latent ainsi qu'à peu près 70% du bilan radiatif à longues ondes. On a calculé le bilan d'énergie complet pour une période d'ablation de 44 jours. La différence entre l'ablation calculée et l'ablation mesurée n'est que de 4,8%. A titre de comparaison, on a déterminé les composantes du bilan d'énergie pour une période de 20 jours sans fonte de neige. On constate alors très nettement l'influence déterminante de l'albédo élevé.

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Mit 4 Textabbildungen     

Zur Verdunstung der Schneedecke

Zusammenfassung In den Wintern 1946/47 bis 1949/50 sind in der Umgebung des Eidg. Institutes für Schnee- und Lawinenforschung Weißfluhjoch (2670 m) zahlreiche Messungen über die Verdunstung von Schnee durchgeführt worden. Einzelne ergänzende Messungen wurden auch im Talboden von Davos (1550 m) und auf dem Gipfel der Weißfluh (2850 m) vorgenommen. Die Resultate sind auf ihre Übereinstimmung mit der vonTrabert aufgestellten Verdunstungsformel geprüft worden. Für einen Bereich der Windgeschwindigkeit von zirka 0,7 bis 3 m/sek erscheint diese befriedigend. Mit Hilfe der Formel und den normalen meteorologischen Terminbeobachtungen ist versucht worden, Tagesverdungstungen zu berechnen. Sofern Anhaltspunkte über die Schneeoberflächentemperaturen vorliegen, ergeben die berechneten Werte die richtige Größenordnung des Wasserdampfaustausches.Eine Abhängigkeit der Verdunstung von anderen Faktoren als der Temperatur (z. B. Raumgewicht, Verunreinigungen, Strahlung) konnte nicht mit Sicherheit festgestellt werden. Sonnenexponierte Proben zeigten eine ihrer höheren Oberflächentemperatur entsprechende Mehrverdunstung gegenüber abgeschatteten Proben.Die zu verschiedenen Jahreszeiten durchgeführten Messungen lassen erkennen, daß die Verdunstung an niederschlagsfreien Tagen in der Höhenlage von Weißfluhjoch vom Januar bis in den Mai im allgemeinen zunimmt, im Juni dagegen in überwiegende Kondensation umschlägt.

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Summary Between 1946 and 1950 series of measurements of the evaporation on a snow surface have been carried out in the surroundings of the Swiss Snow and Avalanche Research Station (8800 ft above sea level). A few observations were taken at the bottom of the valley at Davos (5100 ft) and on top of the Weissfluh (9400 ft). The formula ofTrabert has been checked with the results and found to be satisfactory for a certain range of wind velocity (about 0,7 to 3 m/sec.). With this formula the daily rate of evaporation has been computed using the normal meteorological observations and additional data on superficial snow temperatures. The right order of magnitude was found. The influence of other factors such as specific gravity of the snow, impurities of the surface and radiation could not be established with certainty. Samples exposed to the sun showed a higher rate of evaporation than specimens kept in the shade due to their higher surface temperature only.The measurements taken in different seasons of the year indicate as a general feature increasing evaporation from January to May and prevailing condensation from June to the end of the snow covering.

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Résumé De l'hiver 1946/47 à celui de 1949/50 de nombreuses mesures d'évaporation de la surface de la neige furent faites au Weissfluhjoch (2670 m) aux environs de l'Institut fédéral pour les recherches sur la neige et les avalanches. D'autres mesures complémentaires furent faites simultanément au fond de la vallée à Davos (1550 m) et au sommet de la Weissfluh (2850 m). Les résultats ont été contrôlés avec la formule établie parTrabert qui joue d'une façon satisfaisante pour un vent soufflant a des vitesses de 0,7 a 3 m/s.D'après les observations météorologiques ordinaires et des mesures de la température à la surface de la neige, l'évaporation journalière a été calculée avec cette formule. Les résultats obtenus sont d'un ordre de grandeur plausible.L'influence d'autres facteurs tels que le poids spécifique de la neige, les impuretés de la surface et le rayonnement, n'ont pas pu être établis avec certitude. Des échantillons exposés au soleil s'évaporent davantage que ceux qui sont à l'ombre car la température de leur surface est plus élevée.Les mesures faites aux différentes périodes de l'année indiquent une évaporation croissante de janvier à mai et une condensation prévalente de juin jusqu'à la disparition de la couverture de neige.

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Mit 5 Textabbildungen.     

Zum Strahlungsklima der Erde

Zusammenfassung Es wurden Weltkarten für die Monatsmittel der Tagessummen der Globalstrahlung sowie der relativen Bestrahlung gezeichnet, dies für wolkenlose Tage (berechnet) und für alle Tage (gemessen im Internationalen Geophysikalischen Jahr nachAshbel).

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Summary World charts showing monthly means of the daily totals of global radiation and “relative irradiation” are presented. They were drawn for clear days (values computed) and for all days, according to IGY observations (evaluated afterAshbel).

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Résumé L'auteur a tracé des cartes mondiales des moyennes mensuelles des sommes journalières de la radiation globale et du rayonnement relatif tiré de celle-ci. Ces cartes furent établies pour les jours clairs (valeurs calculées) et pour tous les jours (valeurs mesurées durant l'année géophysique internationale, selonAshbel).

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Mit 12 Textabbildungen

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Herrn Dr.W. M?rikofer zu seinem 70. Geburtstag gewidmet.     

Zum Problem der Ladungsbildung beim Verdampfen

Zusammenfassung Die Hypothese einer Ladungsbildung bzw.- trennung beim Verdampfen von Wasser — in der Vergangenheit oft behandelt und dann vonP. Lenard nach eingehender Untersuchung endgültig abgelehnt —ist in neuerer Zeit im Zusammenhang mit der Erklärung des sogenannten Sonnenaufgangseffektes der luftelektrischen Elemente wieder aufgegriffen worden. Zur erneuten experimentellen Überprüfung dieser Frage wurde eine Reihe von Versuchen angestellt, über die im einzelnen berichtet wird. Zusammenfassend ergibt sich daraus, daß eine mit dem Verdampfungsvorgang verbundene Ladungsbildung — sofern sie überhaupt auftritt — um etwa fünf Zehnerpotenzen geringer sein muß, als sie neuerdings wieder postuliert wird.

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Summary The hypothesis of the formation or separation of electrical charges during the evaporation process of water was frequently considered in the past and finally, after a thorough investigation, rejected byP. Lenard. In connection with the so-called sunrise effect of atmospheric electricity this historical hypothesis has regained interest. New experiments described in the present paper lead to the conclusion that the formation of charges during the evaporation process must be (if at all present) 5 orders of magnitude smaller than recently postulated again.

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Résumé L'hypothèse de la formation, respectivement de la séparation de charges électriques dans les processus d'évaporation-hypothèse traitée bien souvent dans le passé et réfutée définitivement parP. Lenard après bien des recherches — a été reprise récemment en relation avec l'explication de l'effet dit «du lever de soleil» sur les éléments de l'électricité atmosphériques. Afin d'élucider expérimentalement cette question de nouveau, on a procédé à une série d'essais dont il est fait mention en détails. En résumé, il en résulte que la formation de charges liées aux processus d'évaporation— pour autant qu'elle existe réellement-doit être de cinq puissances de dix inférieure à ce que l'on prétend de nouveau.

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Mit 3 Textabbildungen

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Herrn Dr.W. Mörikofer zu seinem 70. Geburtstag gewidmet.     

Zum Problem der Entstehung und Voraussage von Hochdrucklagen

Zusammenfassung Ausgehend von der Tatsache, daß die Vertikalkomponente des Rotors der Luftbewegung in Antizyklonen absolut stets kleiner als die Vertikalkomponente des Rotors der Erde ist, wird im I. Teil die These aufgestellt, daß die zur Entstehung von stationären Hochdruckgebieten führenden Vorgänge mit Energieverminderung verknüpft sind. Daraus wird die Arbeitshypothese abgeleitet, daß in der gemäßigten Zone großräumige Abkühlung die Entstehung von Hochdrucklagen begünstigt. Eine statistische Untersuchung ergibt, daß in Potsdam im Zeitraum 1881 bis 1940 in 67% der Fälle, in denen der (auf Meeresniveau reduzierte) Luftdruck mindestens fünf Tage lang gleich oder größer als 1020 mb war, innerhalb der sechs Vortage ein auf höchstens drei Tage verteilter Temperaturfall von mehr als 3,5°C vorausging, und daß diese relative Häufigkeit von 67% außerhalb des Zufallsspielraumes liegt.Im II. Teil werden bestimmte Nebenbedingungen angegeben, bei deren Hinzutreten zu einem Temperaturrückgang von mehr als 7,3° C im Zeitraum 1881 bis 1940 in allen beobachteten Fällen in den acht bzw. zehn Folgetagen überwiegend trockenes Wetter eintrat. Die beobachtete 100%ige Häufigkeit des Eintrittes definierten Folgewetters nach bestimmten Vorbedingungen liegt weit außerhalb der Erklärbarkeit durch Zufall, vielmehr sind die Zusammenhänge physikalisch einleuchtend.Im III. Teil wird ein möglicher Einwand entkräftet und gezeigt, daß sich die statistisch abgeleiteten Erfahrungssätze auch in jüngster Zeit nicht nur in Potsdam, sondern auch an anderen Orten Mitteleuropas bewährt und Voraussagen ermöglicht haben, die mit den heute gebräuchlichen Hilfsmitteln der Synoptik nicht gegeben werden konnten.

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Summary Starting from the fact that the vertical component of the vorticity of air motion in anticyclones is always absolutely smaller than the vertical component of the vorticity of the earth, in the first part the thesis is put up, that the processes, leading to the genesis of stationary high pressure areas, are connected with a reduction of energy. From this the working hypothesis is derived that in the temperate zone cooling on a large area is favouring the genesis of high pressure situations. A statistical examination shows that in the period of 1881–1940 in Potsdam 67% of the cases in which the air pressure (reduced to sea level) was — at least for five days — equal or greater than 1020 mb, had, within the preceding six days a fall of temperature of more than 3,5° C, distributed on three days at the most. It shows furthermore that this relative frequency of 67% stands outside of a random coincidence.In the second part certain secondary conditions are mentioned which, when combined with a fall of temperature of more than 7,3° C, in the period of 1881–1940 in all observed cases were followed by predominant dry weather in the eight or ten following days respectively. The observed 100% frequency of occurences of defined resulting weather after certain preliminary conditions is far beyond the explicableness by random; on the contrary, the connections are physically obvious.In the third part a possible objection is refuted and it is shown that the statistical rules derived from experience have proved to be true also quite receptly, not only at Potsdam but also in other places of Central Europe. They made forecasts possible that could not be given by means of the methods of synoptics used to-day.

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Résumé Partant du fait que la composante verticale du vecteur tourbillon (curl) du mouvement de l'air dans les anticyclones est toujours plus petit que la composante verticale du vecteur de la rotation terrestre, on émet l'hypothèse, dans la première partie, que les phénomènes engendrant les anticyclones stables sont liés à une diminution d'énergie. On en déduit l'hypothèse de travail selon laquelle un refroidissement à grande échelle favorise la formation d'anticyclones dans la zone tempérée. Une recherche statistique portant sur la période 1881 à 1940 à Potsdam montre que dans 67% des cas où la pression réduite au niveau de la mer a été égale ou supérieure à 1020 mb pendant au moins cinq jours, un refroidissement de plus de 3,5^o a eu lieu dans les six jours précédents, réparti sur trois jours au plus, et que cette fréquence relative de 67% est supérieure à la marge probable.Dans la seconde partie on expose certaines conditions accessoires qui, si elles sont combinées avec une baisse de température de plus de 7,3^o, ont été suivies dans tous les cas, pendant la période de 1881–1940, d'un temps essentiellement sec dans les 8 à 10 jours suivants. La fréquence observée de 100% d'apparition d'un type de temps défini à la suite de conditions précises dépasse largement l'explication probabiliste; le lien physique est nettement apparent.Dans la troisième partie on prévient une objection possible en montrant que les lois empiriques déduites par voie statistique ont été confirmées tout récemment, non pas à Potsdam seulement mais en d'autres lieux d'Europe centrale et ont permis des prévisions que ne fournissent pas aujourd'hui les méthodes usuelles de la synoptique.

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Mit 2 Textabbildungen.     

Zum Problem der Gebirgsüberströmung mit Berücksichtigung der Reibung

Zusammenfassung Es wird ein beschleunigungsfreier dreidimensionaler Windvektor an der Erdoberfläche bei Überströmung eines Gebirges abgeleitet. Dabei wird gezeigt, daß hierzu die Annahme einer stationären isentropen Strömung nicht notwendig ist. Weiters wird dann näherungsweise noch die Bodenreibung berücksichtigt.

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Summary The author derives the equations for a three-dimensional, nonaccelerated surface wind vector for the overflow over a mountain. He can show that it is not necessary to make the assumption of a stationary isentropic flow. By means of an approximation term the surface friction is also taken into consideration.

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Résumé Dans ce mémoire, on établit un vecteur à trois dimensions dépourvu d'accélération; ce vecteur doit représenter un vent soufflant au sol par dessus une chaîne de montagnes. On démontre alors qu'il n'est pas nécessaire de faire intervenir l'hypothèse d'un courant isentrope stationnaire. On tient enfin compte du frottement au sol et cela par approximation.

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Diese Arbeit stellt den Beitrag FRP Alpenwetter Nr. 3/65, eines vom Österreichischen Forschungsrat subventionierten Forschungsvorhabens, dar.     

Univ.-Prof. Dr. Ferdinand Steinhauser — Zum 75. Geburtstag

Ohne Zusammenfassung     

Zur Darstellung der spektralen Verteilung der Strahlungsenergie

Zusammenfassung Durch passende Umformung und Darstellung desPlanckschen Strahlungsgesetzes wird eine anschauliche Rechtfertigung für die in der Meteorologie übliche Trennung der Strahlungsströme in kurz- und langwellige versucht. Es zeigt sich, daß die Trennung zwischen 2 und 7 gemacht werden muß, da in diesem Bereich relativ wenig meteorologisch bedeutsame Strahlung vorkommt.

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Summary An attempt is made to justify, by conveniently transforming and representingPlancks radiation law, the separation of radiation into a short-wave and a long-ware flux as is usual in meteorology. It is shown that the separation must be made between 2 and 7 in this range occurring only relatively few radiation of meteorological importance.

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Résumé Par une transformation convenable de la loi de rayonnement dePlanck, l'auteur tente de justifier la distinction faite en météorologie entre le rayonnement à courte et à longue longueur d'onde. Il constate que la séparation doit se faire entre 2 et 7 , puisque dans cet intervalle le rayonnement n'a que peu d'importance du point de vue météorologique.

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Mit 4 Textabbildungen.     

Grenzen der Anwendbarkeit und Erweiterung der Trendmethode von Namias

Zusammenfassung Es wird gezeigt, daß die vonJ. Namias abgeleiteten Gleichungen zur Berechnung zeitlich gemittelter Höhenvorhersagekarten (Trendkarten) nicht bedingungslos angewendet werden dürfen. Sie gelten streng genommen nur dann, wenn die Drucklage einen Trend zur Normallage hin aufweist. Beim gegensinnigen Trend besteht vor allem in den Regressionsgleichungen ein innerer Widerspruch.Ferner wird ein Verfahren beschrieben, mit dessen Hilfe zeitlich erweiterte Trend- und Trendtendenzkarten gewonnen werden können. Zu diesem Zweck wird die synoptische Vorhersagekarte verwendet. Mit dieser, ferner mit der Temperaturverteilung im 850 mb-Niveau und mit der vorherge sagten Frontenlage wird eine vorhergesagte Topographie der 850 mb-Fläche berechnet. Mit den so erhaltenen Werten wird nun in die Trend- und Trendtendenzformel eingegangen, wodurch man um 36 Stunden weiter in die Zukunft hineinreichende erweiterte Trend- und Trendtendenzkarten bekommt.

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Summary The equations derived byJ. Namias for the calculation of high-level forecasting maps averaged over certain periods (trend maps) are shown not to be unconditionally applicable. Strictly speaking they are valid only if the pressure conditions show a trend to the normal state. In case of an opposite trend the regression equations contain an inner contradition. Furthermore, a method is described by which trend and trend tendency maps for a longer period can be designed. For this purpose the synoptical forecasting map is used. By means of this map, of the temperature distribution in the 850 mb-level, and of the predicted positions of fronts a predicted topography of the 850 mb-surface is calculated. By applying these values to the trend and trend tendency formula a trend and trend tendency map is obtained extended to the future by 36 hours.

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Résumé Les relations établies parNamias et destinées à calculer d'avance des cartes de prévision en altitude ne sont pas toujours valables. Elles ne se vérifient que lorsque la situation isobarique tend vers un état normal; dans le cas contraite, les équations de régression renferment une contradiction interne. L'auteur décrit un procédé apte à dresser des cartes d'évolution et de tendance évolutive et qui utilise la carte synoptique de prévision. Grâce à celle-ci et en faisant appel en outre à la répartition de la température au niveau de 850 mb et à la position probable des fronts, on peut calculer à l'avance la topographie de la surface de 850 mb. On applique alors la formule d'évolution et de tendance évolutive, ce qui aboutit à des cartes portant sur l'intervalle futur de trente-six heures.

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Herrn Prof. Dr.H. Ficker zum 75. Geburtstag gewidmet.     

Zur Bedeutung der Diffusion bei der Metamorphose des Schnees

Zusammenfassung Der Diffusionsstrom des Wasserdampfes in Schnee und dessen Anteil am Stoffumsatz wird unter vereinfachenden Annahmen über die Schneestruktur und den Mechanismus der Diffusion berechnet. Für einen linearen Temperaturverlauf im Schnee folgt ein Abbau von Substanz an der warmen Begrenzungsfl?che und eine daran anschlie?ende, nach der kalten Seite hin abnehmende Verdichtung. Der so berechnete Umsatz ist quantitativ nicht ausreichend für die Deutung der Schneemetamorphose, so da? noch andere Prozesse wie Thermodiffusion am Austausch beteiligt erscheinen.

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Summary The diffusion of water vapor in snow and its influence on the mass exchange is calculated under simplifying assumptions on the snow structure and the mechanism of diffusion. With a constant temperature gradient in a snow body a loss of solid substance is obtained on the warm boundary of the sample and adjacently a condensation in the snow which decreases toward the cold end. The computed mass transfer is not quite sufficient for interpreting the metamorphism of snow. Other processes such as thermodiffusion seem to be involved in the mass exchange.

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Résumé Le courant de diffusion de la vapeur d'eau dans la neige et sa contribution à l'échange de matière sont calculés en adoptant des hypothèses simplificatrices pour la structure de la neige et le mécanisme de la diffusion. Avec un gradient de température constant, il se produit sur la surface chaude une évaporation, juxtaposée à une zone de condensation décroissante vers le c?té froid. L'échange ainsi calculé ne suffit pas quantitativement à expliquer la métamorphose, ce qui indique que d'autres phénomènes, tels que la thermodiffusion contribuent aux échanges.

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Mit 1 Textabbildung

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Herrn Dr.W. M?rikofer zu seinem 70. Geburtstag gewidmet.