Comments on the definition of turbulence

Zusammenfassung Es werden Gründe erläutert, die zur Äusserung einer auf dem Begriff der Ergodizität beruhenden Definition der Turbulenz führen. Wir gehen von der Theorie der Unstabilität der Strömung bei Wirkung einer Störung der endlichen Amplitude aus. Es wird das Ergodenproblem im Landauschen Modell der entwickelten Turbulenz behandelt und einige mit der Ergodenhypothese zusammenhängende Folgen erörtert. Als ein Anfangselement gilt für uns der Begriff der Transitivität. Wir beachten auch die Beziehung zwischen der metrischen Transitivität und der Eigenschaft des Durchmischens der Bewegungen sowie die Relation zwischen dem energetischen Storungsspektrum und der Ergodenhypothese.     

On some of the properties of the discrete model of turbulent diffusion

Zusammenfassung Den Prozess der Übertragung passiver Substanz im Felde der turbulenten Strömung untersuchen wir an einem Modell der zufälligen Bewegung. Es besteht eine enge Beziehung zwischen der geometrischen Struktur des gewählten stochastischen Modells und den Invarianten isomorpher Abbildungen, von denen die eine als ein Bewegungsgesetz der Evolution des Systems gilt und die zweite die sog. K-adische Abbildung darstellt. Diese Invarianten werden durch die Ergodizität des Systems, sein Durchmischen (die Durchmischungs-Eigenschaft) und durch die Entropie charakterisiert. Die Existenz des Durchmischungs bei der Bewegung des Systems bildet eine unerlässliche Bedingung für die Erklärung des Begriffes der Irreversibilität und des Relaxations-prozesses.

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Dedicated to 90th Birthday of Professor Frantiek Fiala     

Irregularpi2 pulsations resolved into a superposition of sinusoidal oscillations

Zusammenfassung Als Grundlage der Arbeit dient das Verfahren, dem zufolge man eine unregelmässige Schwingung auf die Summe der Sinusschwingungen überführen kann. Man geht dabei vom Komplexspektrum der gegebenen Schwingung aus, von dem Spektren der Sinusschwingungen mit entsprechender Frequenz, Amplitude und Phase sukzessiv abgezogen werden. Die beschriebene Methode wurde in der vorliegenden Arbeit für magnetische und tellurische Pi2-Pulsationen angewendet. Man hat gefunden, dass die Pi2-Pulsationen aus 3–6 Schwingungen bestehen. Auf solche Weise entstand das Material für die magnetotellurische Sondierung. Die Ergebnisse schliessen gut an die Pc3-Pulsationen an. Der Hauptbeitrag des beschriebenen Verfahrens liegt darin, dass die Anzahl der Punkte zum Finden des spezifischen Widerstandes, und zwar in verschiedenen Perioden, erhöht wird.     

ПРИБЛИЖЕННОЕ РЕЩЕНИЕ ВАРИАЦИОННОГО ТИПА ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ТРАПЕЦИИ

Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Methodik der approximativen Lösung des Variationstypes der Abbildung eines geographischen Trapezes nach dem Kriterium von Airy. Bei der Anwendung der Polynome nach dem Weierstrasschen Satze auf die Abbildungsgleichungen werden Koeffizienten gesucht, die das charakteristische Funktional minimalisieren. Wie es sich zeigt, kommt man zu einer approximativen Lösung bei der Anwendung von kubischen Polynomen und bei der Einführung der Symmetrie des abgebildeten geographischen Trapezes zum gegebenen mittleren Meridian. Als Kriterium für die erzielte Lösung wird der Wert des charakteristischen Funktionals sowie die Erfüllung natürlicher Randbedingungen benutzt. Die Methode wird als Beispiel auf das geographische Trapez angewandt, dessen Grenzen auf dem dreissigsten bis achzigsten geographischen Breitegrad liegen und die geographischen Längen einen Unterschied von 100° aufweisen. Es zeigt sich, dass bei der Benutzung der Zylinderprojektion des geographischen Trapezes das Variationskriterium von Airy durch die konforme (Mercatorsche) Abbildung exakt erfüllt ist. Bei der approximativen numerischen Lösung der Abbildung des gegebenen Trapezes resultiert bei der quadratischen Form der Abbildungsgleichungen ebenfalls die konforme Abbildung. M. Pick     

Numerical treatment of a model of the hydromagnetic dynamo with a selected system of convection in the earth's core

Zusammenfassung In der Arbeit[3] wurde das Problem der Auswahl des Geschwindigkeitsfeldes für kinematisches Modell eines hydromagnetischen Dynamos im Erdkern gelöst. Den Inhalt des vorliegenden Artikels bildet die Beendigung dieser Problematik in numerischer Beziehung und die Diskussion der Ergebnisse. Man hat die numerischen Methoden beantragt und daran zu arbeiten angefangen, die Kennzahl und daher auch die charakteristische Geschwindigkeit im Modell gefunden. Die numerische Stabilität der Lösung wurde nicht untersucht. Man beglaubigte die zur Existenz eines stationären Mechanismus der Generierung des geomagnetischen Feldes nötigen Voraussetzungen gleichzeitig mit den Bedingungen, die zur Einführung des Generierungs-KoeffizientenP notwendig sind. Der Koeffizient ist in sphärischen Koordinaten angeführt und es wird gezeigt, dass die Kennzahl seine Grösse nicht beeinflusst.     

On the diffusion of the perturbing toroidal magnetic field from the core to the mantle

Zusammenfassung Es werden die Wurzeln einer charakteristischen Gleichung für die Randbedingung der Diffusion des toroidalen magnetischen Störungsfeldes berechnet, das in dünner Schicht unterhalb der Grenze Kern — Mantel, als eine Folge von Störung der Winkelgeschwindigkeit dieser Schicht in Anwesenheit des magnetischen Dipolfeldes induziert wird. Die Wurzeln werden für verschiedene Werte des Verhältnisses der Leitfähigkeit des Erdmantels und Erdkerns ausgerechnet. Es wird gezeigt, dass das aus dem Milieu mit der elektrischen Leitfähigkeit in das Milieu mit elektrischer Leitfähigkeit _m diffundierende toroidale magnetische Störungsfeld vom Werte _m/<10^–2 an von dem Verhältnis elektrischer Leitfähigkeiten beider Milieus unabhänging bleibt.     

On the possibility of describing turbulent diffusion by means of a statistical-mechanical model

Zusammenfassung Die grundsätzliche Schwierigkeit der Konstruktion statistischer Mechanik der turbulenten Strömung besteht darin, dass es keinen allegemeinen Nachweis eines Theorems über die Eindeutigkeit der Navier-Stokes'schen Gleichung gibt. Unsere Bestrebungen wenden sich deshalb zum Studium solcher Bewegungen, die durch lineare Gleichungen ausgedrückt werden. Unter solche gehört auch die Bewegung der im Feld der turbulenten Strömung diffundierenden Teilchen, die am Modell einer zufälligen Teilchenbewegung im Phasenraum (x, p) studiert wird. Dabei wird vorausgesetzt, dass diese Bewegung aus einem gewissen Anfangszustand realisiert wird, dem ein bestimmtes, durch eine Störung des Systems bei dessen Beobachtung bedingtes anfängliches Unbestimmtheits-Gebiet entspricht. Daraus ergibt sich die Ergodizität (genauer gesagt die Quasi-Ergodizität) des Systems, die als Folge einer noch allgemeineren Eigenschaft des Systems mit Verschmierung (Durchmischung) des Anfangszustandes gilt. Vom Gesichtspunkt der Ergodizität und Irreversibilität des Prozesses wird die Struktur der statistischen Mechanik irreversibeler Prozesse studiert und ihre Beziehung zur Struktur der turbulenten Diffusion diskreter Teilchen gesucht.     

Lo strato base dell'atmosfera come determinante il clima delle Alpi

Zusammenfassung Die gewöhnlichen klimatologischen Betrachtungen insbesondere diejenigen mit Hilfe von Klimakarten beziehen sich auf das Makroklima der Erde. Als Extrem steht das Mikroklima in der üblichen Definition gegenüber. Die von beiden Betrachtungen behandelten Räume sind grössenordnungsmässig so verschieden, dass es zweckmässig ist, zwischen die genannten Klimabereiche noch das Mesoklima einzuschalten. Der Gültigkeitsbereich für die vorgenennten Begriffe wird für das Klima der Hochgebirge besprochen. Die Gebirgsatmosphäre wird als Gegenstand des Makroklimas anzusehen sein. Die Atmosphären der Berghänge und der Täler sind dagegen als Gegenstand des Mesoklimas anzusehen. 1) Die Schneedecke in den Hochgebirgen ist von besonderer Empfindlichkeit gegenüber der vertikalen Verteilung der Temperatur, daher ist die durchschnittliche Lage der Peplopause von entscheidender Bedeutung für die Andauer der Schneedecke in Hochgebirgen. 2) Die Peplopause ist entscheidend für die Vertikalgliederung der unteren Schichten der freien Atmosphäre, sie ist in ähnlicher Weise entscheidend für die Verteikalgliederung im Makroklima der Hochgebirge. Dies lässt sich durch die vertikale Verteilung der relativen Feuchtigkeit besonders deutlich zeigen. 3) Der Charakter der Grundschicht im Bereich der Gebirgsatmosphäre ist beispielsweise entscheidend für die Ausbildung der Gewitter in Hochgebirgen. 4) Die tiefsten Minimatemperaturen in Mitteleuropa wurden auf der Gestettneralm bei Lunz in Niederösterreich beobachtet. Neben den besonderen lokalen Verhältnissen war die Lage der Station oberhalb der Peplopause massgebend. 5) Der Temperaturgegensatz zwischen freier Atmosphäre und Berggipfeln ist verschieden für die Grundschicht einerseits und für die Peplopause und die darüberliegenden Schichten andrerseit. 6) Der Einfluss der Massenerhebungen auf die Gebirgsatmosphäre ist nach neueren Untersuchungen nicht mehr in einer thermischen Begünstigung zu sehen. Dass im Innern des Alpenmassivs Waldgrenze und alpine Schneegrenze höher liegen als in den Randzonen muss auf besondere Verhältnisse im Makroklima des Gebirges zurückgeführt werden und hier wird wiederum die durchschnittliche Lage der Peplopause von Einfluss sein.     

Modelling of global ocean tides with allowance for island effects

Summary Parameterization schemes for single islands, island chains and archipelagos are described. It is shown that their utilization within the framework of a global tidal model leads not only to local peculiarities in the spatial structure of tidal characteristics, but also to cardinal restructuring of the tidal pattern far beyond the islands and an appreciable increase (about 0.5·10¹²W) of the global tidal energy dissipation. The latter is commensurable by the order of magnitude with the imbalance between estimates of tidal energy dissipation in the World Ocean as a whole and on the continental shelf.

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Modellierung der Gezeiten der weltmeere unter Berücksichtigung von Inseleffekten

Zusammenfassung Es werden parametrisierte Darstellungen von einzelnen Inseln, Inselketten und Inselgruppen beschrieben. Es wird gezeigt, daß ihre Anwendung bei einem globalen Gezeitenmodell nicht nur zu lokalen Besonderheiten in der geographischen Struktur der Gezeiten führt, sondern auch zur grundsätzlichen Restrukturierung des Gezeitenmusters weit über die Inseln hinaus und zu einer deutlichen Zunahme (etwa 0,5·10¹² W) des globalen Gezeiten-Energieverlusts für die M₂-Tide. Dieser hat etwa die Größenordnung des Unterschiedes zwischen dem Gezeiten-Energieverlust des gesamten Weltmeeres und dem auf dem Kontinentalschelf.

     

Atmospheric electric measurements in the Arctic and Antarctic

Summary During the International Geophysical Year, 1958, and extending into 1959, the atmospheric electric field, current, and conductivity were recorded at Thule, Greenland (78°N). During the International Year of the Quiet Sun, 1964, records of the atmospheric electric field were obtained at the Amundsen-Scott Station at the South Pole (90°S). The diurnal variation averaged over the year of the normalized current at Thule and the normalized field at the South Pole show a surprisingly good agreement. These two curves combined into one represent the world time variation of the air-earth current (or field) in the Polar regions. Compared with the oceanic diurnal field variation obtained at the Carnegie ship cruises, the Polar curve shows a very similar shape but a much reduced amplitude. The maximum and minimum in the Polar regions are 1.07 and 0.92. The corresponding values on the oceans are 1.20 and 0.85. The difference is greater than the measuring error or statistical scatter and has to be accepted as real. No conclusive explanation of the deviation of the two curves can be offered.The diurnal variation of the Polar data averaged over a season displays very smooth and similar curves during Northern autumn and winter. The spring and summer curves show a much more detailed structure with several maxima and minima. It is somewhat unexpected that the summer curve with a variety of fine structure is the flattest curve of all seasons. The minimum never drops below 0.95, and the maximum does not exceed 1.06. If the data are broken down into hourly means averaged over one month and split into an Arctic and Antarctic part, the similarity between corresponding curves of the same month vanishes for the months of January to July. This may partly be due to the fact that the number of fair-weather days of the individual month is too small to obtain a representative statistical average. Usually averaging over seven or more days is necessary for the oceanic pattern to emerge. However, there is a strong possibility that another agent besides the worldwide thunderstorm activity modulates the global circuit. The seasonal differences, and especially the difference between Arctic and Antarctic pattern, point to such a conclusion.

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Zusammenfassung Während des internationalen geophysikalischen Jahres (IGY) 1958 und bis in das Jahr 1959 hinein wurden Registrierungen des luftelektrischen Feldes, des Vertikalstromes und der Leitfähigkeit durchgeführt in Thule, Grönland (78°N). Während des internationalen Jahres der Ruhigen Sonne (IQSY) 1964 wurde das luftelektrische Feld an der Amundsen-Scott Station am Südpol (90°S) registriert. Die normalisierte Tagesvariation des Stromes, gemittelt über das Jahr 1958, in Thule, und die normalisierte Tagesvariation des Feldes am Südpol, gemittelt über das Jahr 1964, zeigen eine überraschend gute übereinstimmung. Diese zwei Tagesgänge sind zu einem gemittelten Tagesgang zusammengefasst, der den weltzeitlichen Tagesgang des Stromes oder des Feldes in den polaren Regionen repräsentiert. Im Vergleich zu dem Tagesgang des Feldes auf den Ozeanen, wie er während der Carnegie-Fahrten bestimmt wurde, zeigt der Tagesgang in polaren Gebieten einen sehr ähnlichen Verlauf, hat aber eine viel kleinere Amplitude. Die Werte für das Tagesmaximum und Minimum in polaren Gebieten sind 1.07 und 0.92. Die entsprechenden Werte auf dem Ozean sind 1.20 und 0.85. Der Unterschied ist so gross, dass er nicht durch Messungenauigkeit oder statistische Streuung hätte hervorgerufen werden können. Er muss deshalb als real akzeptiert werden. Eine Erklärung für diesen Unterschied konnte nicht gefunden werden.Der Tagesgang in polaren Gebieten gemittelt über die verschiedenen Jahreszeiten zeigt für die nördlichen Herbst und Wintermonate sehr glatte und ähnliche Kurven. Die Frühlings- und Sommer-kurven haben eine mehr detaillierte Struktur mit mehreren Maxima und Minima. Es ist etwas überraschend, dass die Sommerkurve mit einer grossen Variation in der Feinstruktur die flacheste Kurve von allen Jahreszeiten ist. Die Minima sind niemals kleiner als 0.95 und die Maxima überschreiten nicht den Wert 1.06. Wenn die Daten weiter unterteilt werden in Tagesgänge gemittelt über Monate, dann verschwindet die Ähnlickeit zwischen arktischen und antarktischen Gängen desselben Monates für die Monate Januar bis Juli. Das mag teilweise darauf zurückzuführen sein, dass die Anzahl der Schönwettertage für die einzelnen Monate zu klein ist, um statistisch repräsentativ zu sein. Eine Mittelung über mindestens 7 Tage ist notwendig, damit der weltweite Tagesgang zum Vorschein kommt. Es ist aber auch sehr gut möglich, dass andere Einflüsse als die weltweite Gewittertätigkeit den Tagesgang modulieren. Unterschiede im Tagesgang der Jahreszeiten und auch des vollen Jahres legen eine solche Erklärung nahe.

     

Seismic surface-wave dispersion: A world-wide survey

Summary By means of the long-period records at Uppsala and Kiruna of thirteen specially selected earthquakes, the Love and Rayleigh wave dispersion is determined for all oceans and all continents except for South America. The observations have given information on crustal structure along several paths, not investigated earlier; in other cases, they have confirmed earlier results. The methods are discussed. The results for oceanic areas are summarized in the following table: The observations demonstrate the oceanic structure of the central Arctic area as well as the complete similarity of the Atlantic and Pacific bottom structure. Continental dispersion curves are determined for very long paths over Euro-Asia and for the hitherto longest path over North America as well as for a path crossing Africa. These observations indicate an average crust about 10–15 km thicker along the Euro-Asiatic path than along the North American path, whereas there is perfect agreement between the North American and the African continent. A shear-wave velocity of 4.3–4.4 km/sec is obtained for the upper part of the mantle under the continents. Further conclusions must await the computation of a greater number of theoretical dispersion curves.

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Zusammenfassung Mittels der langperiodischen Registrierungen in Uppsala und Kiruna von dreizehn speziell ausgewählten Erdbeben ist die Dispersion der Love-und Rayleigh-Wellen für alle Ozeane und alle Kontinente mit Ausnahme von Süd-Amerika bestimmt worden. Die Beobachtungen haben in mehreren Fällen Auskunft über die Krusten-Struktur längs Wellenwege gegeben, die nie früher untersucht worden sind; in anderen Fällen haben sie frühere Resultate bestätigt. Die Methoden werden diskutiert. Die Resultate für ozeanische Gebiete sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst: Die Beobachtungen beweisen sowohl die ozeanische Struktur des zentralen Teiles des arktischen Gebietes als auch die vollständige Gleichheit der atlantischen und pazifischen Krusten-Struktur. Kontinentale Dispersionskurven sind für sehr lange Wellenwege über Euro-Asien und für den bisher längsten Wellenweg über Nord-Amerika bestimmt worden. Diese Beobachtungen zeigen, dass die mittlere Krusten-Dicke 10–15 km grösser längs des euro-asiatischen Weges ist als längs des nordamerikanischen Weges; dagegen zeigen die Beobachtungen für Nord-Amerika und Afrika sehr gute Übereinstimmung. Eine Transversalwellen-Geschwindigkeit von 4.3–4.4 km/sek wird für den oberen Teil des Erdmantels unter den Kontinenten gefunden. Weitere Schlussfolgerungen müssen die Berechnung einer grösseren Anzahl theoretischer Dispersionskurven erwarten.

     

Höhenwinde auf dem Seeweg Kapverdenregion — La Plata

Zusammenfassung Durch die Deutsche Atlantische Expedition auf «Meteor» 1925–27 und das maritim-aerologische Werk der Deutschen Seewarte wurden zahlreiche Höhenwindmessungen auf dem Atlantischen Ozean gewonnen. Die Bearbeitung dieses Materials, für das Gebiet südlich von 20° Nordbreite und die Messungen bis 1937, geschieht im Rahmen des Meteorwerkes, in Band XVI als Fortsetzung von Band XV-Kriegsereignisse und Schwierigkeiten der Nachkriegszeit haben die Veröffentlichung leider stark verzögert. Für die vorliegende Mitteilung werden einige Teilergebnisse ausgewählt, die sich auf den Seeweg nach Südamerika beziehen; als Beitrag zur Gewinnung erforderlicher quantitativer Daten über die allgemeine Zirkulation.Für die Höhenstufen 4–5, 9–10 und 14–15 km werden die mittleren Windelemente und die Streuung der Windgeschwindigkeiten behandelt. Es wird die Schichtung der Luftströmungen im Vertikalprofil des Seeweges für 0–15 km Höhe gegeben. Auf die Struktur des Urpassates (der tropischen Ostströmung) und der tropischen Westwindschicht der hohen Troposphäre in den verschiedenen Jahreszeiten wird näher eingegangen.

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Summary By the German Atlantic Expedition on the «Meteor», 1925–1927, and the marine-aerological work of the Deutsche Seewarte numerous upper air wind measurements were gained from the Atlantic. The evaluation of this material for the area in the south of 20° northern latitude and of the measurements up to 1937 is done within the scale of the «Meteorwerk», vol. XVI as a continuation of vol. XV. In consequence of war events and the difficulties of the time after the war the publication has been delayed considerably. For the information on hand, some partial results are selected which refer to the route to South America; as a contribution for gaining necessaryquantitative data on the general circulation.For the levels 4–5, 9–10, and 14–15 km the average wind elements and the dispersion of the wind velocities are treated. The stratification of air currents in the vertical profile of the route is given for the height of 0–15 km. It is entered into particulars of the structure of the «Urpassat» (tropical easterlies), and the tropical West-wind layer of the upper troposphere in various seasons.

     

The influence of pressure and temperature on the counting of condensation nuclei

Summary When dealing with the influence of pressure on the counting of condensation nuclei we have to distinguish between the influence of expansion ratio applied in the counting instrument and a phenomenon calledSchlarb effect according to which the counts of nuclei made at a reduced pressure are considerably lower than the expected concentration computed from the pressure ratio.Our investigation of the influence of overpressure (super-saturation) on the counting of nuclei by means of an Aitken type absolute counter with stereo-photomicrographic recording showed that the percentage number of droplets in the first shower decreases and in the subsequent showers increases when the overpressure decreases from 160 to 80 mm Hg. Furthermore, a reduction of overpressure from 160 to 80 mm corresponding to a reduction of pressure expansion ratio from 1.21 to 1.11 (or super-saturation from 345 to 195%), reduces the total counts on the average by 24%, in good agreement with findings byFoitzik in 1950 who used a large Scholz counter for his experiments.Regarding theSchlarb effect we found that the anomalies in measuring concentrations of condensation nuclei are considerable when the conditions are very different from those under which the calibration of a photo-electric counter was established. The percentage reduction of the expected concentration increases with decreasing pressure; it increases, in the average of all cases, from 30 to 58% when the pressure decreases from 600 to 200 mm Hg. At all pressures the reduction with small nuclei is somewhat bigger than with large nuclei, and with decreasing pressure the difference of the effect for small and large nuclei increases.Experiments with a big container of 283 litres in which the total loss due to diffusion and sedimentation during the experiments never exceeded 1% and no losses by fog formation during evacuation can occur, showed that the reduction produced by theSchlarb effect increases with increasing concentration when the pressure is lowered to half. The average percentage reduction of the expected concentration at 380 mm Hg was for concentrations of 70 to 410 nuclei/cm³ 20% and for concentrations of 18900 to 4400 nuclei/cm³ 52%.Our experiments proved also that at the lower pressure the nuclei not counted are present, but for some reason do not act as nuclei for condensation. The loss of 7% found may be attributed to unavoidable waste during evacuating the big container and subsequent filling it with filtered air.Of the two possible ways of eliminating theSchlarb pressure effect, only the one increasing the pressure with filtered air to a standard pressure of a large sample, quickly drawn into a big container, can be recommended. The other method, increasing the pressure in the fog-tube of a photo-electric counter which contains the nuclei sampled at lower pressure, must be rejected because the number of nuclei recovered after restoration of the initial pressure depends very much on the speed with which the lower pressure is raised to the initial pressure. The very different concentrations obtained are due to a different distribution of nucleus concentration and fog-density along the lightpath after expansion, which is caused by the different speed of the filtered air rushing-in and is difficult to control or standardize.

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Zusammenfassung Bei der Untersuchung des Einflusses des Druckes auf die Zählung der Kondensations-Kerne haben wir zwei Fälle zu unterscheiden: den Einfluss des Expansionsverhältnisses im Kernzähler und ein Phänomen,Schlarb-Effekt, demzufolge die Zahl der Kerne, welche bei reduziertem Druck gefunden wird, beträchtlich kleiner ist, als man entsprechend dem Verhältnis der Drucke erwarten würde.Unsere Untersuchung des Einflusses des Überdruckes (der Übersättigung) auf die Zählung der Kerne mittels eines absoluten Kernzählers (vom Aitken Typus) mit mikrophotographischer Registrierung zeigte, dass die perzentuelle Zahl der Tröpfchen im ersten Schauer abnimmt und in den darauffolgenden Schauern zunimmt, wenn der Überdruck von 160 auf 80 mm Hg abnimmt. Eine Verminderung des Überdruckes von 160 auf 80 mm, welche einer Reduktion des Expansions-Druckverhältnisses von 1.21 auf 1.11 (oder der Übersättigung von 345 auf 195%) entspricht, setzt die Zahl der gemessenen Kerne im Mittel um 24% herab. Dies ist in guter Übereinstimmung mit den Befunden vonFoitzik im Jahre 1950, der für seine Experimente einen grossen Scholz Kernzähler verwendete.Bezüglich desSchlarb-Effekts fanden wir, dass die Abweichungen der gemessenen Konzentrationen von Kondensationskernen beträchtlich sind, wenn die Bedingungen, unter denen die Messungen angestellt werden, sehr verschieden sind von denen, unter welchen die Eichung des photo-elektrischen Kernzählers ausgeführt wurde. Die perzentuelle Herabsetzung der erwarteten Konzentration wächst mit abnehmendem Druck; sie wächst im Mittel aller Fälle von 30 auf 58%, wenn der Druck von 600 auf 200 mm Hg abnimmt. Bei allen Drucken ist die Verminderung etwas grösser bei kleinen Kernen als bei grossen, und mit abnehmendem Druck wächst die Differenz des Effekts für kleine und grosse Kerne.Wir haben ferner Experimente mit einem grossen Gefäss von 283 Litern Inhalt ausgeführt, in welchem die durch Diffusion und Sedimentation verursachten Gesamtverluste während unserer Experimente niemals 1% überstiegen haben und keine Verluste durch Nebelbildung während des Auspumpens vorgekommen sind. Die Resultate dieser Experimente zeigen, dass die durch denSchlarb-Effekt erzeugte Reduktion mit zunehmender Konzentration zunimmt, wenn der Druck auf die Hälfte gesenkt wird. Die mittlere perzentuelle Reduktion der erwarteten Konzentration betrug bei 380 mm Hg 20% für Konzentrationen zwischen 70 und 410 Kernen pro cm³, und 52% für solche von 18900 bis 44000 Kernen.Unsere Experimente haben bewiesen, dass bei niedrigerem Druck die nicht gezählten Kerne vorhanden sind, aber aus irgendwelchen Gründen nicht als Zentren der Kondensation wirken. Der gefundene Verlust von 7% kann wohl dem unvermeidlichen Schwund während der Auspumpens des grossen Gefässes und der nachträglichen Füllung mit filtrierter Luft zugeschrieben werden.Es gibt zwei Wege, den Druckeffekt nachSchlarb zu beseitigen: Der erste, der allein empfohlen werden kann, bringt den Druck einer grossen, rasch in ein Gefäss von beträchtlicher Grösse gesaugten Probe mittels filtrierter Luft auf Normaldruck. Der zweite, bei dem der Druck im Nebelrohr eines photo-elektrischen Kernzählers, welcher die bei niedrigerem Druck gesammelte Probe enthält, auf Normaldruck gebracht wird, muss abgelehnt werden, da die Zahl der Kerne, welche nach Wiederherstellung des Ausgangsdruckes gefunden werde, sehr von der Geschwindigkeit abhängt, mit der der niedrigere Druck auf den ursprünglichen gebracht wird. Die sehr verschiedenen Konzentrationen, welche erhalten werden, sind durch die verschiedene Verteilung der Kernkonzentration und daher der Nebeldichte entlang des Lichtstrahles nach der Expansion bedingt; diese komplizierte Verteilung der Nebeldichte ist durch die verschiedene Geschwindigkeit, mit der die filtrierte Luft ins Nebelrohr strömt, verursacht, welche sich schwer steuern oder standardisieren lässt.

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The research reported in this article has been sponsored and supported in part by the Geophysics Research Directorate of the Air Force Cambridge Research Center, Air Research and Development Command, United States Air Force, under Contract No. AF 61 (052) - 26 and Supplemental Agreement Nos. 1 & 2, through the European Office, ARDC in Brussels.     

Flow in the earth's core and the hydromagnetic dynamo

Zusammenfassung Den Hauptgegenstand des Artikels bildet die Auswahl von Geschwindigkeiten für ein kinematisches Modell eines hydromagnetischen Dynamos. Die Ergebnisse der theoretischen Analyse betreffend die M?glichkeit der Entwicklung des magnetischen Feldes werden durch die Angaben über die Oberfl?chenstr?mung an der Grenze zwischen dem Erdkern und dem Mantel erg?rzt, die man aus der beobachteten sekul?ren ?nderung des magnetischen Feldes der Erde erwcrben hat. Das dreidimensionale Geschwindigkeitsfeld wurde in der Weise gew?hlt, damit die notwendige Bedingung der Entwicklung, d.i. das Nichtverschwinden des Braginskischen Entwicklungskoeffizienten, erfüllt werde und damit der Charakter von Str?mung auf der Kernoberfl?che den aus der sekul?ren ?nderung gewonnenen Angaben entspreche. Eine m?glichen Form des dreidimensionalen Geschwindigkeitsfeldes wird im Modell des hydromagnetischen Dynamos angewendet, das durch ein System von Integralgleichungen dargestellt wird. Die vorausgesetzte numerische L?sung ist nicht durchgeführt.

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Address: Boční II, Praha 4-Spořilov.     

Estimation of average size of submicron particles from the number of all and uncharged particles

Summary Recently one of the authors introduced for a polydisperse aerosol the useful concept of the equivalent radius which is computed from a monodisperse substitute aerosol with the same fraction of charged nuclei as the actual.In this paper the result of a theoretical and experimental investigation into the agreement between equivalent and average radius of polydisperse aerosols are presented. It is shown that for normal conditions as is to be expected in practice the equivalent radius represents a very good estimate of the average size of submicron particles in polydisperse aerosols.

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Zusammenfassung Einer der Authoren hat jüngst den nützlichen Begriff des äquivalenten Radius für polydisperse Aerosole eingeführt, welcher für ein monodisperses Ersatz-Aerosol mit dem gleichen Bruchteil von geladenen Teilchen als das wirkliche Aerosol berechnet wird.In der vorliegenden Arbeit werden die Resultate einer theoretischen und experimentellen Untersuchung der Uebereinstimmung des äquivalenten und mittleren Radius für polydisperse Aerosole mitgeteilt. Es wird gezeigt, dass unter normalen Bedingungen, wie sie in der Praxis zu erwarten sind, der äquivalente Radius eine sehr gute Abschätzung für den mittleren Radius von sub-mikroskopischen Teilchen in polydispersen Aerosolen vorstellt.

     

Soil radiocarbon analysis and soil dating

Based on¹⁴C dating principles, techniques of measuring¹⁴C concentrations in pedogenic organic materials have been well established. Basic lines of soil sample pretreatment for radiocarbon analysis by liquid scintillation are shown. Possible influences of lithogenic carbon on the results obtained are discussed.Soil organic matter¹⁴C analysis results can-according to the radiocarbon dating formula-be interpreted as minimum ages of the soil under investigation if strong evidence for autochthonous pedogenic origin of the material is given. In case of fossil soils, minimum age is maximum estimate for period of burial. The gap existing between minimum age and true age can be reduced by special techniques of fractionation, as well as by taking account of additional pedological information on turnover features of the material. Discussion of possible soil organic matter turnover mechanisms leads to a theory of rates of decomposition high in the initial stages and slowing down to nearly zero with time.Application of¹⁴C techniques to humus dynamics until now yielded apparently contradictory results on relative ages of different humic matter fractions., Enrichment of old material in the HCl hydrolysis residue fraction, however, has been observed in all instances.Mathematical modelling of soil radiocarbon response on varying turnover parameters results in estimates of turnover time and migration speed of soil organic matter in total as well as fractions thereof.

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Zusammenfassung Ausgehend von den Grundlagen der¹⁴C Datierung wird das Verfahren der¹⁴C Messung an organischem Bodenmaterial mit Hilfe der Flüssigkeits Szintillations Methode kurz erläutert. Ernste meßtechnische Probleme liegen heute nicht mehr vor. Als Mangel wird die uneinheitliche Probenvorbereitung bei CaCO₃ haltigen und CaCO₃ freien Proben empfunden.Die bodendynamisch bedingte altersmäßige, Inhomogenität der Proben ermöglicht es nicht, das wahre Alter einer Probe, d. h. das Alter des ältesten Teils der in der Probe enthaltenen organischen Stoffe nach der Datierungsformel zu berechnen. Eine genaue Analyse zeigt vielmehr, daß der nach der Formel berechnete Wert nur als Minimalabschätzung für das Alter der Probe gesichert ist. Das so ermittelte Minimalalter der untersuchten organischen Substanz ist gleichzeitig ein Minimalalter für den zugehörigen Boden, falls feststeht, daß das erfaßte Material autochthon pedogen ist und weder aus dem Ausgangsmaterial stammt noch durch Lateraltransport in den Boden gelangte. Das Minimalalter fossiler Böden ist gleichzeitig eine Maximalabschätzung, ihrer Überdeckungszeit.Durch Isolierung einer an älterem Material angereicherten Fraktion der organischen Substanz und ihre gesonderte Untersuchung kann ein Minimalalter für den untersuchten Boden gewonnen werden, das dem wahren Alter näher kommt. Erfolge wurden bisher mit der Rückstandsfraktion von HCl Hydrolysen erzielt. Die Frage nach der Fraktion höchsten Alters ist noch offen.Über das durch Fraktionierungsmethoden gewonnene Maß hinaus kann Aufschluß über die Größe der Differenz zwischen Minimalalter und wahrem Alter im wesentlichen nur durch bodenkundlich theoretische Information über Turnover und Abbauverhalten der organischen Substanz gewonnen werden. Zwei Ansätze werden vorgestellt und diskutiert. ¹⁴C Analysen der klassischen Fraktionen der organischen Substanz haben keine, für alle Böden, ja nicht einmal eine für alle Profilbereiche desselben Bodens gleiche Rangfolge der Fraktionen bezüglich ihres¹⁴C Gehaltes erbracht. Die aus dieser Ergebnislage erwachsenden Schwierigkeiten für ein Verständnis der biochemischen Humusdynamik werden unter Verweis auf die Literatur angedeutet.Versuche, mit mathematischen Modellen die Wechselbeziehungen zwischen der Dynamik der organischen Substanz des Bodens und seiner¹⁴C Konzentrationen in verschiedenen Profiltiefen zu erhellen, werden vorgestellt. Fortschritte auf diesem Gebiet könnten sowohl die Genauigkeit der Altersschätzung mit der¹⁴C Methode erhöhen als auch zu einer konsistenten Interpretation der¹⁴C Ergebnisse in der Erforschung der Humusdynamik führen.

     

A relation between the vectors of stress,wind, and current at water surfaces and between the shearing stress and velocities at solid boundaries

Summary The condition of a continuous transfer of mechanical energy from air to water may be satisfied not only by the equality of wind and current vectors at the surface but also by a difference of both vectors being perpendicular to the direction of the surface stress. It gives a simple explanation for the possible gliding of the air on water surfaces which gets evident by observed deflections between wind and surface currents not only in rivers and near the shore but also in the ocean.The work of the mean wind stress at the water surface may be transformed to turbulence and wave energy of the water and to eddy energy of the air. Near solid boundaries the work of the average shearing stress must be transformed into eddy energy flowing from the boundary into the fluid. In this way its turbulence may be maintained even in the presence of a very stable stratification.

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Eine Beziehung zwischen Wind-, Strom- und Spannungsvektor an der Wasseroberfläche und zwischen Schubspannung und Geschwindigkeit an festen Begrenzungen

Zusammenfassung Aus zweidimensionalen Grenzschichtbetrachtungen folgert man, da\ die Geschwindigkeitsvektoren von Luft und Wasser an dessen Oberfläche keine Differenz aufweisen. Doch die naheliegende Forderung nach Kontinuität des übergangs mechanischer Energie durch die Wasseroberfläche hat mit Rücksicht auf die dynamische und die kinematische Grenzflächenbedingung zur Folge, da\ in jedem Augenblick und somit auch im zeitlichen oder flächenhaften Mittel an dieser wie an jeder Grenzfläche das skalare Produkt zwischen dem Differenzvektor der Oberflächengeschwindigkeiten von Luft und Wasser und dem Schubspannungsvektor verschwindet. Diese Bedingung ist auf dem Wasser nicht nur dadurch erfüllbar, da\ die augenblickliche Differenz der Geschwindigkeitsvektoren ständig verschwindet, sondern ebenfalls dadurch, da\ ihre Tangentialkomponente senkrecht auf dem Schubspannungsvektor an der augenblicklichen Grenzfläche steht. Die Summe der Arbeitsleistungen der Normalspannungen oberhalb und unterhalb der Grenzfläche ist automatisch Null wegen der kinematischen Grenzflächenbedingung und daher in diesem Zusammenhang ohne Belang.Auch wenn die mittleren Richtungen von Strom, Wind und Schubspannung gleich sind, ist bei turbulenter Bewegung an der Grenzfläche die Kontinuität des Energieübergangs nur gewährleistet, wenn die Oberfläche unregelmä\ig (der Turbulenz entsprechend) deformiert ist, wobei eine Differenz in den Beträgen von mittlerem Strom und Wind möglich und ebenso physikalisch erklärbar wird wie die beobachteten — auf Flüssen und im Küstengebiet zwangsläufigen — Unterschiede ihrer mittleren Richtungen.Im Falle verschiedener Richtungen von Wind und Strom gibt es die Möglichkeit, da\ die mittleren Vektoren von Wind und Schubspannung annähernd gleichgerichtet sind, nur, wenn ein erheblicher Teil der Arbeitsleistung der mittleren Schubspannung an der Wasseroberfläche in Turbulenz- und Wellenenergie übergeführt wird. Sind die mittleren Vektoren von Wind und Strom senkrecht zueinander und im Betrage gleich, weichen beide von der Schubspannung um 45⁰ ab (was mit der Ekmanschen Theorie nichts zu tun hat). Es besteht bei Verschiedenheit der mittleren Richtungen von Strömung und Wind nicht die Möglichkeit, da\ Schubspannungs- und Windvektor gleichgerichtet sind und au\erdem die Arbeitsleistung des mittleren Windfeldes vollständig dem mittleren Stromfeld zugeführt und nicht teilweise in Turbulenzenergie verwandelt wird.Eine Bestimmung des Windschubs auf Grund der Prandtlschen Konzeption aus Beobachtungen vertikaler Windverteilungen nahe der Wasseroberfläche ist nicht mehr in Erwägung zu ziehen, weil dabei u. a. die Richtungen von Wind- und Schubspannungsvektor als gleich vorausgesetzt werden. Die mögliche Differenz der Richtungen von Wind und Schubspannung wäre auch in numerischen Berechnungen z. B. von Sturmfluten zu berücksichtigen, insbesondere, wenn der Oberflächenstrom infolge Küstennähe und Gezeitenstroms beträchtliche Richtungsabweichungen vom Wind aufweist.Nicht nur die mögliche Arbeitsleistung des turbulenten Zusatzfeldes durch seine Tangential-(und Normal-) Spannungen kann zur Erzeugung und Entwicklung von Windwellen beitragen. Auch eine direkte Arbeitsleistung des ausgeglichenen Windfeldes wirkt schon bei schwachem Wind in derselben Weise; sie ist zur Erzeugung von Driftströmen sogar notwendig, da das turbulente Zusatzfeld des Windes durch seine Arbeitsleistung nur die Turbulenz- und Wellenenergie des Wassers, aber nicht die Bewegungsenergie seines mittleren Stromfeldes zu vergrö\ern vermag. Demgegenüber kann mit Hilfe der Fluktuationen an der Wasseroberfläche die (wie nahe festen Begrenzungen) mit einem Gleiten verbundene Arbeitsleistung des ausgeglichenen Windfeldes verwandelt werden in Turbulenzenergie. In der Randschicht von festen Begrenzungen mu\ dies vollständig geschehen, da an ihnen keine Arbeit geleistet werden kann. Das führt zu einem Strom von Turbulenzenergie von der Begrenzung in das Stromfeld hinein, wodurch auch bei sehr stabiler und Turbulenz dämpfender Schichtung eine Erhaltung des turbulenten Zusatzfeldes und ein Abbau der Stabilität in Grenzflächennähe gefördert wird.Die entwickelten Vorstellungen widersprechen teilweise den vorherrschenden, welche den vektoriellen Charakter des Geschwindigkeitsfeldes ungenügend berücksichtigen oder zu weitgehender Analogie zu bewährten Modellen von laminaren Strömungen ihre Entstehung verdanken. Man mag in der Strömungslehre mit diesen Unvollkommenheiten auskommen; dennoch lä\t sich nicht leugnen, da\ sie keine Erklärung bekanntester Beobachtungstatsachen der Meteoro-Hydrographie wie z. B. die Richtungsabweichung zwischen Strom und Wind an der Wasseroberfläche gestatten. Au\erdem erklären sie nicht die Entwicklung von Fluktuationen an der Oberfläche als Erfordernis für einen kontinuierlichen übergang von Bewegungsenergie bei Verschiedenheit der mittleren Vektoren von Strom und Wind. Es erscheint daher unumgänglich, die bisherige Konzeption in geophysikalisch nutzbringender Weise zu erweitern, was hier versucht wurde.

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Une relation entre le vecteur de la tension, le vecteur du vent et le vecteur du courant à la surface de l'eau d'une part et entre le frottement tangentiel et la vitesse auprès de limites solides, d'autre part

Résumé La supposition d'un transfert de l'énergie mécanique de l'atmosphère à la surface de l'eau peut Être satisfaite non seulement par l'égalité des vecteurs du vent et du courant mais encore par la différence des deux vecteurs qui s'élève perpendiculairement au sens de la tension superficielle. Les observations suivant lesquelles le courant du vent dévie du courant de l'eau, ce qui se manifeste non seulement au-dessus des rivières ou au voisinage de la cÔte mais aussi audessus de 1'océan, expliquent d'une manière simple 1'existence possible du mouvement glissant de l'air au-dessus de la surface de l'eau.La puissance du frottement tangentiel moyen dû au vent à la surface de l'eau peut se transformer en mouvement turbulent et en énergie des vagues ou en énergie tourbillonnaire de l'air. Au voisinage des limites solides, le frottement tangentiel moyen doit se transformer en énergie tourbillonnaire qui, partant de la limite solide, se propage vers la fluide. De cette manière 1'état turbulent peut se maintenir mÊme en présence d'une stratification stable.

     

Das Erdstrom-Observatorium bei Nagycenk (Ungarn)

Zusammenfassung Im ersten Teil des Artikels werden — nach einem kurzen geschichtlichen Rückblick — die Anlage und die technischen Einrichtungen des im IGJ bei Nagycenk (Ungarn) errichteten tellurischen Observatoriums dargelegt. Der zweite Teil beschäftigt sich mit der Bearbeitung der Registrierungen. Wir wollen in erster Richtung die Verteilung der Variationen von verschiedenen Perioden untersuchen, und wir ordneten deshalb, teils auf Grund der Gegebenheiten der Registrierungen, hauptsächlich aber der Untersuchung bei verschiedenen Typen wegen, die Variationen in 5, bzw.9 Klassen ein. Ausserdem führen wir die tellurischen Äquivalenten der magnetischen Phenomena (Bay, Sturm, usw) und die Grundlagen deren Einteilung an. Die Publikationen über Karakteristiken und Graphikons zweccks Erkennung der Eigenschaften der Variationen werden wir von Zeit zu Zeit forsetzen.

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Summary In the first part of the article the writers — after a brief historical note — acquaint with the question of the location of the telluric observatory, established during the IGY near Nagycenk (Hungary) and with its technical arrangements. The second part presents the preparation of the records. It was chiefly the distribution of the different periodic variations in our mind, and this is why we included the variations, partly based on the given conditions of the recording, but in first line on the examination of periods of the different types in 5, respectively in 9 classes. Moreover, we specify the telluric equivalents of magnetic phenomena (bay, storm, etc.) and the basic principles of the classification. We shall report periodically on the characterics and graphs concerning the feature of the variations.

     

New calibration of photo-electric nucleus counters

Summary A new calibration of the improved version of a photo-electric nucleus counter with a fog-tube of 3.85 cm air-column diameter and blotting-paper lining and of a photo-electric counter Model 1957 with air-column diameter of 2.5 cm and ceramic lining was carried out by adjusting the calibration curve of 1946 with reference to the considerably improved absolute (Aitken type) counter with stereophotomicrographic recording.The experimental arrangement for the calibration, the method of sampling, the nuclei used, the procedure of measuring, the evaluation of the measurements with the photo-electric and photographic counter are discussed and the effect of dampness of the graticule in the photographic counter and the influence of the ambient or initial temperature on the concentration measurements with both types of counters have been theoretically and experimentally investigated. On account of the considerable influence of the dampness of the graticule on the counting results we have used exclusively for this new calibration, measurements on a sufficiently damp graticule.The deduction of the new calibration tables consisting in the, adjustment of 7 fundamental points of the old calibration curve, is described. The agreement of the adjusted values for the two photoelectric counters with different air-column diameters and linings which refer to the same concentration, is very good; the maximum difference is less than 2%. Basic values of concentration curves for photo-electric counters with air-column diameter of 3.85 cm fitted with blotting-paper lining and of 2.5 cm diameter with ceramic lining. The new calibration is valid for an ambient temperature of 20°C.

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Zusammenfassung Es wurde eine Eichung des verbesserten photo-elektrischen Kernzählers mit einem Nebelrohr von 3.85 cm Durchmesser seiner Luftsäule und einem Futter aus Löschpapier und eines photo-elektrischen Kernzählers Modell 1957 mit einem Luftsäulendurchmesser von 2.5 cm und unglasiertem Tonfutter in der Weisedurchgeführt, dass die Eichkurve des Jahres 1946 mit Hilfe von Messungen des Beträchtlich verbesserten absoluten Kernzählers mit stereo-mikrophotographischer Registrierung adjustiert wurde.Die experimentelle Anordnung bei der Eichung, die Natur der zur Eichung verwendeten Kerne und ihre Stichprobenentnahme, die Methode der Messung mit dem photo-elektrischen und photographischen Kernzähler während der Eichung und die Auswertung der Messungen werden diskutiert. Es wurde ferner der Einfluss der Feuchtigkeit der Zählplatte im photographischen Kernzähler, und der Effekt der Anfangstemperatur oder der Temperatur der Umgebung auf die messungen der Konzentration mit beiden Typen von Kernzählern theoretisch und experimentell untersucht. Wegen des beträchtlichen Einflusses der Feuchtigkeit der Zählplatte auf die Resultate der Kernzählungen wurden für die neue Eichung ausschliesslich Messungen mit hinreichend feuchter Zählplatte benützt.Der bei der Ableitung der neuen Eichtabelle benützte Vorgang wird beschrieben. Er besteht in der Adjustierung von 7 Fundamentalpunkten der alten Eichkurve. Die Übereinstimmung der adjustierten Werte für die zwei photo-elektrischen Kernzähler mit verschiedenem Luftsäulendurchmesser und verschiedener Auskleidung, welche sich auf die gleiche Konzentration beziehen, ist sehr gut; die grösste Differenz ist kleiner als 2%.Grundwerte der Konzentration für 22 Extinktionen werden mitgeteilt, welche für die Konstruktion der neuen Eichkurven von photo-elektrischen Kernzählern mit einem Luftsäulendurchmesser von 3.85 cm und Fliesspapierauskleidung und von 2.5 cm Durchmesser und Tonfutter hinreichen.Die neue Eichung gilt für eine Temperatur der Umgebung der Kernzähler von 20°C.

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The research reported in this article has been sponsored and supported in part by the Geophysics Directorate of the Air Force Cambridge Research Center, Air Research and Development Command, United States Air Force, under Contract AF 61(052)-26, through the European Office, ARDC in Brussels.     

Kinematics of refracted and reflected waves in inhomogeneous media with non-planar interfaces

Zusammenfassung Es werden die Grundbeziehungen für die Berechnung von Strahlen seismischer Wellen in inhomogenen Milieus abgeleitet, in denen die Geschwindigkeit allgemein von drei krummlinigen Koordinaten abhängt. Die angeführten Beziehungen stellen ein System von gewöhnlichen Differentialgleichungen erster Ordnung dar. Die numerische Lösung dieses Systems bietet eine Möglichkeit, die Strahlendiagramme, Laufzeitkurven und Isochronen für die gegebenen Geschwindigkeitsmodelle zu konstruieren. Aufmerksamkeit wird ebenfalls dem Einfall der Strahlen auf eine unebene Grenzschicht gewidmet. Die Beziehungen für die Berechnung reflektierter und refraktierter Strahlen werden abgeleitet. Anhand der abgeleiteten Beziehungen werden Strahlendiagramme und Laufzeitkurven für eine Geschwindigkeitsverteilung berechnet, die durch die vorläufige Interpretation der Ergebnisse von seismischen Tiefensondierungen am tschechoslowakischen Teil des Profils VI gewonnen wurden.