Messung der atmosphärischen Gegenstrahlung und Wasserdampfabsorption auf der Hochalpinen Forschungsstation Jungfraujoch

Zusammenfassung Zur Messung der atmosphärischen Gegenstrahlung im Spektralbereich von 7,5 bis 26 bei geringem Wasserdampfgehalt der Atmosphäre wurde ein Gitterspektrograph auf der Hochalpinen Forschungsstation Jungfraujoch eingesetzt. Gleichzeitig wurde der totale Wasserdampfgehalt der Atmosphäre optisch kontrolliert. Hierzu wurde ein Interferenzfilter-Aktinograph verwendet, der die Absorption der Sonnenstrahlung in der 1,38 -Wasserdampfbande mißt. Die Geräte werden beschrieben und die Eichverfahren erläutert. Als erste Ergebnisse werden einige Emissionsspektren und Tagesgänge des totalen Wasserdampfgehaltes gezeigt.Summary For measuring the atmospheric radiation within the spectral region from 7,5 to 26 at small amounts of precipitable water, a grating spectrometer was put into action at the Hochalpine Forschungsstation Jungfraujoch. At the same time the amount of precipitable water was optically controlled by means of an interference filter actinograph, which measures the absorption of sun radiation within the 1,38 -water vapour band. The equipment and its calibration is described. As first results some emission-spectra and diurnal variations of precipitable water are given.

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Résumé Un spectrographe à réseau a été utilisé à la station de recherches alpines du Jungfraujoch pour mesurer le rayonnement atmosphérique dans la bande spectrale située entre 7,5 et 26 de longueur d'ondes pour une faible concentration en vapeur d'eau de l'atmosphère. On a contrôlé simultanément, par procédé optique, la teneur totale en vapeur d'eau de l'atmosphère. Pour ce faire, on s'est servi d'un actinographe muni d'un filtre à interférences qui mesure l'absorption du rayonnement solaire dans la bande de 1,38 (vapeur d'eau). Les appareils sont décrits ici ainsi que la méthode d'étalonnage qui s'y rapporte. Comme premiers résultats, on présente quelques spectres d'émission ainsi que des courbes diurnes de la teneur totale de l'atmosphère en vapeur d'eau.

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Mit 6 Textabbildungen

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Vortrag, gehalten auf der meteorologischen Tagung in Rauris, Österreich, 7. bis 9. September 1961.Die Untersuchungen wurden mit Unterstützung der Cambridge Research Laboratories, OAR, durch das European Office, Aerospace Research, United States Air Force, durchgeführt.     

Strahlungsmessungen als Hilfsmittel zur Diagnose atmosphärischer Zustände und Vorgänge

Zusammenfassung An einem umfangreichen Beobachtungsmaterial besonders der zenitalen Himmelsstrahlung wird die Brauchbarkeit von Strahlungsmessungen mit verschiedenen Empfängern für die Überwachung atmosphärischer Trübungsverhältnisse und der Struktur der Trübung erprobt. Der Einfluß der selektiven Eigenschaften der einzelnen Empfängertypen auf die Meßvorgänge wird eingehend erörtert. Es wird gezeigt, daß Polarisations-und Farbwerte der zenitalen Himmelsstrahlung, die mit verhältnismäßig einfachen Mitteln (Selen-Photoelementen) gewonnen werden können, schon wesentliche Einblicke in den Trübungscharakter der Atmosphäre ermöglichen. Eine Verfeinerung der Analyse ist durch Intensitäts- und Polarisationsmessungen in engen Spektralbereichen, wie sie durch Verwendung von Interferenzfiltern in Verbindung mit Photomultipliern möglich sind, zu erreichen. Im Hinblick auf die noch unbefriedigende Bestimmung des Gesamtwasserdampfgehalts aus den atmosphärischen Absorptionsbanden bei durchgehender Strahlung wird auf die Möglichkeit, sie durch Messung der langwelligen Ausstrahlung zu kontrollieren und zu verbessern, hingewiesen.

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Summary On the basis of an extensive material of observations, in particular of zentithal sky radiation, the applicability of radiation measurements with different receivers for the control of atmospheric turbidity conditions and the structure of turbidity is investigated. The influence of the selective prpperties of the different receiver types on the measuring processes is discussed in detail. It is shown that polarisation and colour values of zenithal sky radiation obtainable by relatively simple means (selenium rectifier cells) give considerable insight into the character of atmospheric turbidity. An improvement of the analysis can be reached by measurements of intensity and polarisation within small spectral ranges such as are possible by applygin interference filters in combination with photomultipliers. With regard to the yet unsatisfactory determination of total water vapour contents from the atmospheric absorption bands of transmitted radiation the possibility is emphasized to control and improve it by measuring the outgoing long-wave radiation.

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Résumé Au moyen d'un riche matériel d'observations concernant surtout le rayonnement du ciel zénital on étudie la valeur de différents récepteurs en vue du contrôle du trouble atmosphérique et notamment de sa structure. On discute l'effet des propriétés sélectives des récepteurs sur lesprocédés des mesures. On montre que la polarisation et la couleur du rayonnement du ciel zénital mesurées par des moyens relativement simples (cellules au sélénium) fournissent déjà d'utiles renseignements sur le caractère du trouble atmosphérique. On arrive à améliorer les résultats par des mesures d'intensité et de polarisation à l'intérieur de régions spectrales étroites, ainsi que par l'emploi de filtres à interférences combinés avec des photomultiplicateurs. Considérant que la teneur totale en vapeur d'eau de l'atmosphère ne se détermine qu'imparfaitement par la transmission dans les bandes d'absorption, l'auteur évoque la possibilité de la déterminer par la mesure du rayonnement effectif à grande longueur d'onde.

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Mit 12 Textabbildungen.     

Luftdruckschwankungen und Wetterfühligkeit

Zusammenfassung Die in einer vorangegangenen Arbeit des Verf. zusammengestellten Kenntnisse über atmosphärische Druckschwankungen werden, nach speziellen Ergänzungen, auf ihre Konsequenzen für die Druckschwankungstheorie der Wetterfühligkeit untersucht. Vom Standpunkt, der das Ohr als Rezeptor dieser Schwankungen betrachtet, aus ergibt sich die entscheidende Bedeutung des an die untere Frequenzgrenze der Schalleindrücke anschließenden Frequenzgebietes, das als Subschallgebiet bezeichnet werden soll. Da bei den atmosphärischen Erscheinungen in diesem Gebiet die Windeffekte dominieren, scheint eine Erklärung der Wetterfühligkeit aus Luftdruckschwankungen kaum mehr möglich. Die Kenntnisse auf dem Subschallgebiet sind jedoch noch nicht so lückenlos, daß diese Erklärungsmöglichkeit mit voller Sicherheit ausgeschlossen werden dürfte.

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Summary A survey of the knowledge on oscillations of atmospheric pressure, previously given by the author, is analysed in order to find consequences for a theory explaining meteoropathological effects by these oscillations. For this purpose the survey is completed in special directions. Assuming that the ear acts as receiver of these oscillations the range of subacoustic frequences lying close to the inferior limit of the acoustic region proves to be decisive for the theory mentioned. In this range the pressure changes of wind are dominant, so that an explanation of meteoropathological effects by oscillations of atmospheric pressure hardly seems to be possible. However the knowledge of subacoustic frequences is not so complete as to allow already a total exclusion of this explanation.

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Résumé Les faits relatifs aux variations de pression atmosphérique exposés par l'auteur dans une précédente étude et complétés ici sont examinés du point de vue de la théorie qui veut voir dans les variations de pression l'origine de la sensibilité physiologique à l'égard du temps météorologique. S'il est vrai que l'oreille constitue l'organe sensible à ces variations, l'importance du domaine des fréquences dites infrasonores qui prolonge celui des basses fréquences audibles apparaît nettement; ce domaine pourra être nommé «région subacoustique». Puisque ce domaine est celui qui correspond essentiellement aux effets du vent, il ne paraît plus guère possible d'expliquer la sensibilité physiologique à l'égard du temps par des variations de pression. La région subacoustique n'est cependant pas encore assez bien connue pour que l'on puisse à coup sûr écarter cette possibilité d'explication.

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Mit 1 Textabbildung.     

Die Weltgewittertätigkeit und das luftelektrische Feld der Erde

Zusammenfassung Die in der Gegenstromtheorie postulierte Entstehung des luftelektrischen Feldes der Erde als Folge der Weltgewittertätigkeit kann durch die Ergebnisse der Messung der Feldstärke auf dem freien Ozean nicht als hinreichend bewiesen angesehen werden. Es werden Wege und Möglichkeiten zur Lösung dieses Problems erörtert und Meßergebnisse mitgeteilt, die erkennen lassen, daß die Feldstärke auf dem Ozean offensichtlich nicht als repräsentativ anzusehen ist. Die Messungen der atmosphärischen Rundfunkstörungen im Längstwellengebiet wie auch der Feldstärke mittels Ballons in größeren Höhen und des Vertikalstromes auf Bergen haben ergeben, daß die Einwirkung der bodennahen Schicht, wie auch der tägliche Wechsel der Ionisation hoher Schichten der Atmosphäre den erwarteten Gleichlauf des normalen luftelektrischen Feldes mit der Weltgewittertätigkeit völlig verschleiern.

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Summary Measurements of the electric field force above the free ocean give no sufficient evidence that the atmospheric electric field arises from the world thunderstorm activity as postulated by the counter-current theory. Ways and possibilities of solving this problem are discussed and results of measurements communicated from which can be seen that the field force above the ocean cannot be considered as representative. Measurements of atmospheric radio disturbances within the range of the greatest wavelengths and determinations of the field force at greater altitudes by means of balloons, and of the vertical current on mountains have shown that the influence of the lowest layer as well as the diurnal variation of the ionization of the higher layers of the atmosphere veil completely the expected parallelism of the normal atmospheric electric field and of the world thunderstorm activity.

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Résumé Les résultats de la mesure de l'intensité du champ terrestre sur la mer ne peuvent confirmer convenablement l'hypothèse contenue dans la «théorie du courant contraire» d'après laquelle le champ électrique terrestre aurait son origine dans l'activité orageuse mondiale. On expose dans quelle direction il faudrait chercher la solution du problème et on donne des résultats de mesures d'où il ressort que l'intensité du champ sur la mer n'est apparemment pas représentative. Les mesures des perturbations radioélectriques dans le domaine des plus grandes ondes, celles de l'intensité du champ au moyen de ballons à haute altitude ainsi que celles du courant vertical sur les montagnes ont prouvé que l'influence de la couche d'air voisine du sol et la variation journalière de l'ionisation des hautes couches de l'atmosphère masquent complètement le prétendu parallélisme entre le champ terrestre normal et l'activité orageuse mondiale.

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Mit 8 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.     

Zur Struktur der Niederschläge. III

Zusammenfassung Die an acht Stationen von der Polar-bis zur Tropenzone vermessene Struktur des Niederschlags wird hauptsächlich durch die atmosphärische Schichtung und die geographische Lage bestimmt. Dabei treten für die einzelnen Stationen charakteristische Schwankungen auf, die sich z. B. in der Anzahl der Tropfen für die verschiedenen Größengruppen oder in der Breite der Spektren zeigen. Stau- und Labilitätsregen unterscheiden sich deutlich. Für Karlsruhe lassen sich aus den in zeei Jahren gemessenen Daten die Unterschiede von Jahreszeit zu Jahreszeit ableiten. Intensive Regen sind mit Labilität und hoher Temperatur gekoppelt und fehlen deshalb in der Polarzone vollständig. Sie treten außerdem nur bei breiten Spektren auf und sind nur in der Tropenzone an hohe Tropfenzahlen gebunden. Zwischen einem idealen Regen und den tatsächlich vermessenen ergeben sich infolge der immer vorhandenen verschieden großen Tropfen (Spektrum) Unterschiede. Aus der gemessenen Struktur des Regens läßt sich die Radarreflektibilität berechnen. Sie weicht ebenfalls infolge der Spektrenbreite erheblich vom idealen Regen ab und schwankt von Station zu Station. Dabei ist es gleichgültig, ob der mittlere Tropfendurchmesser, die Spektrenbreite, der Wassergehalt oder die Intensität des Regens als Parameter gewählt werden. Ganz allgemein ist die Intensität der vermessenen Regen bis um den Faktor 5 kleiner als die eines entsprechenden idealen Regens. SchließLich gibt der zeitliche Ablauf der einzelnen Regen Beispiele für die Zunahme der Schwankung aller Parameter mit größer werdender Intensität des Regens und für die Schwierigkeit, aus Radarbeobachtungen sicher die Intensität der zu erwartenden Niederschläge vorherzusagen.

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Summary The structure of precipitation, which has been measured at eight stations distributed from the polar to the tropic zone, is mainly determined by the atmospheric stratification and by the geographical situation. Characteristic variations could be found at the different stations, which show up in the number of drops within the various classes of drop sizes or in the range of the spectrum. Rains caused by barrage or by lability are distinctly different. For Karlsruhe one can derive seasonal variations from the data collected in two years. Intense rains are combined with lability and high temperature and, therefore, are absent in the polar zone. Besides this they appear only with broad spectra and are bound to large numbers of drops only in the tropics. Between an ideal rainfall and a really measured one there are always differences on account of the drops of different sizes which always appear (spectrum). From the observed structure of a rain one can derive its radar-reflectivity. Owing to the range of the spectrum it deviates largely from the reflectivity of the ideal rain, too, and differs from station to station. All this does not depend on whether one selects the mean drop diameter, the range of the spectrum, the water contents or the intensity of the rain as parameter. Generally, the intensity of the observed rain is up to five times smaller than the intensity of the corresponding ideal rain. Finally, the temporal progress of the single rains presents examples of the increase of the variation of all parameters with increasing intensity of the rain, and of the difficulty to predict correctly the intensity of the expected precipitation from radar observations.

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Résumé La structure des précipitations de 8 stations échelonnées de la zone polaire aux tropiques est déterminée en majeure partie par la stratification atmosphérique et la position géographique de la station d'observations elle-même. On constate cependant pour chaque station des variations caractéristiques qui se signalent par exemple dans le nombre de gouttes des différents groupes de grosseur ou dans la largeur du spectre. Les pluies de barrage ou d'instabilité sont nettement différentes les unes des autres. Ainsi, pour Karlsruhe, on peut déduire les différences saisonnières des deux seules années d'observations. Les pluies de forte intensité sont liées à de l'instabilité et à de hautes températures. Elles manquent de ce fait totalement dans la zone polaire. Elles ne se rencontrent en outre que pour de larges spectres de gouttes et ne sont liées à de grands nombres de gouttes que dans la zone tropicale. Par suite du fait que les gouttes ont toujours des grandeurs différentes (spectre des gouttes) on constate toujours des différences entre une pluie idéale et celle qui est effectivement mesurée. On peut calculer la réflexion radar en partant de la structure mesurée de la pluie. Elle s'éloigne également de façon sensible de celle d'une pluie idéale par suite de la largeur du spectre des gouttes et varie de station à station. Dans ce cas, il est indifférent que l'on choisisse comme paramètre le diamètre moyen des gouttes, la largeur du spectre, la contenance en eau du nuage ou l'intensité de la pluie. D'une manière toute générale, l'intensité mesurée de la pluie est jusqu'à 5 fois plus faible que celle d'une pluie idéale correspondante. Enfin, l'évolution dans le temps des différentes chutes de pluie donne des exemples de l'augmentation des variations de tous les paramètres avec l'augmentation de l'intensité de la pluie et de la difficulté de prévoir avec précision l'intensité des précipitations au moyen d'observations faites au radar.

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Mit 23 Abbildungen     

Übergradientische Winde in der Nullschicht und das Problem der Strahlströme

Zusammenfassung Aus der Auswertung interdiurner Temperaturänderungen wurde in früheren Untersuchungen auf einen zum hohen Druck gerichteten ageostrophischen Massenfluß in der Nullschicht (Nullschichteffekt) geschlossen. Aus der Arbeitshypothese, daß die Stärke des Nullschichteffekts proportional zum horizontalen Druckgradienten sei, konnten in Übereinstimmung mit der Erfahrung mehrere atmosphärische Erscheinungen gefolgert werden.In der vorliegenden Untersuchung wurden durch Windauswertungen die durch Temperaturauswertung gefundenen Ergebnisse bestätigt und erweitert. Insbesondere ergab sich, daß die Windmaxima in der freien Atmosphäre im Mittel übergradientische Werte aufweisen (Abb. 5a und 6). Damit erweist sich die Nullschicht als Schicht übergradientischer Winde, ebenso müssen in den Strahlströmen als Erscheinungen der Nullschicht übergradientische Winde gefolgert werden. Die Proportionalität zwischen der Stärke des Nullschichteffekts und dem horizontalen Druckgradienten konnte statistisch nachgewiesen werden (Abb. 8). Die Dynamik eines Strahlstroms ergibt sich aus dem Zusammenwirken des gradient-proportionalen Nullschichteffekts und der Konvergenz- und Divergenzeffekte. Die bereits früher gefolgerte mittlere indirekte thermische Zirkulation im Bereich eines Strahlstroms außerhalb des Einzugsgebiets (absinkende Warmluft, aufsteigende Kaltluft) wird bestätigt.

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Summary Evaluation of interdiurnal temperature variations led in former investigations to the assumption of an ageostrophic mass flow in the zero layer (Nullschicht) directed towards high pressure. Starting from the hypothesis that the intensity of the zero layer effect (Nullschichteffekt) is proportional to the horizontal pressure gradient several atmospheric phenomena could be deduced in accordance with experience. In this investigation the results found by temperature evaluation were confirmed and completed by evaluations of wind observations. In particular it was found that wind maxima in the free atmosphere exceed, on the average, the values of the gradient wind (Fig. 5a and 6). Thus the zero layer turns out to be the layer of supergradient winds, moreover, supergradient winds must occur within jetstreams as effect of the zero layer. Proportionality between intensity of the zero layer and horizontal pressure gradient could be proved statistically (Fig. 8). The dynamics of a jetstream is the result of the concurrence of both the zero layer effect being proportional to the gradient and convergence and divergence effects. The mean indirect thermic circulation within the range of the jetstream outside the sphere of alimentation (sinking warm air, rising cold air) as already previously concluded is established.

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Résumé Dans de précédentes recherches l'étude de variations interdiurnes de température a conduit à admettre un flux de masse non géostrophique dans la couche neutre (Nullschicht), dirigé vers les hautes pressions. Partant de l'hypothèse que l'intensité de l'effet de la couche neutre (Nullschichteffekt) est proportionnelle au gradient horizontal de pression, on a pu vérifier plusieurs phénomènes atmosphériques.Dans la présente étude, les résultats trouvés par le moyen des températures ont été vérifiés et élargis par des mesures de vent. On a constaté que les maxima de vent dans l'atmosphère libre présentent en moyenne des valeurs supérieures à celles du gradient (Fig. 5a et 6). Par cela, la couche neutre se révèle être une région de vents supérieurs à ceux du gradient et c'est le même cas pour le jet stream. La statistique vérifie la proportionnalité entre l'intensité de l'effet de la couche neutre et le gradient horizontal de pression (Fig. 8). La dynamique d'un jet stream résulte de cet effet de la couche neutre et des effets de convergence et de divergence. On vérifie par là-même la circulation thermique indirecte moyenne remarquée précédemment dans le domaine d'un jet stream à l'extérieur de la région d'alimentation (air chaud subsident, air froid ascendant).

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Mit 10 Textabbildungen.     

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.     

The equatorial electrojet as detected from the abnormal electric current distribution above Huancayo,Peru, and elsewhere

Summary The abnormally large range of the daily variation of the horizontal (or north) component of magnetic force over Huancayo in Peru indicates the daily rise and decline of a concentrated eastward electric current above that station, superposed on the normal current distribution responsible for the daily magnetic variationS _q. The nameelectrojet is suggested for this concentrated current. New investigations indicate the occurrence of the electrojet also over Africa and India. To determine the height, intensity, width and return current flow of the electrojet, it is necessary to determine the abnormality in the daily range of the vertical (and perhaps also of the east) force, at stations north and south of the electrojet. It is suggested that the Bombay and Manila dailyZ variations already confirm the existence of the abnormality also in this element. Illustrative calculations are given that will be helpful in interpreting the proposed new data.

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Zusammenfassung Die außergewöhnlich große Amplitude der Tagesschwankung der Horizontal- (oder Nord-) Komponente der magnetischen Feldstärke über Huancayo (Peru) weist auf einen täglichen Anstieg und Abfall eines konzentrierten, nach Osten fließenden elektrischen Stromes oberhalb dieser Station hin, der der normalen Stromverteilung überlagert ist, auf die die magnetische TagesschwankungS _q zurückgeführt werden muß. Für diesen konzentrierten Strom wird die BezeichnungElektrostrahl (electrojet) vorgeschlagen. Aus neuen Untersuchungen läßt sich das Auftreten des Elektrostrahls auch über Afrika und Indien nachweisen. Um Höhe, Intensität, Breite und Rückfluß des Elektrostrahles zu berechnen, ist es notwendig, die Abweichungen der Tagesschwankung der Vertikal- (und eventuell auch der Ost-) Komponente der Feldstärke an Stationen nördlich und südlich des Elektrostrahls zu bestimmen. Es wird gezeigt, daß vielleicht bereits der Tagesgang der VertikalintensitätZ in Bombay und Manila das Auftreten dieser Anomalie auch bei diesem Element bestätigt; die notwendigen Berechnungen zum Verständnis dieser neuen Ergebnisse werden durchgeführt.

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Résumé L'amplitude anormalement grande de la variation diurne de la composante horizontale (ou nord) de l'intensité du champ magnétique à Huancayo (Pérou) semble indiquer l'augmentation et la diminution journalières d'un courant électrique concentré s'écoulant vers l'Est au-dessus de cette station et qui se superpose au courant normal auquel il faut attribuer la variation magnétique diurneS _q. On propose pour ce courant concentré le nom dejet électrique (electrojet). De récentes recherches permettent de retrouver également ce jet électrique au-dessus de l'Afrique et de l'Inde. Pour déterminer l'altitude, l'intensité, la largeur et la branche de retour du jet électrique, il faut mesurer les écarts de la variation diurne de la composante verticale (et éventuellement de la composante Est) de l'intensité du champ en des stations situées au Nord et au Sud du jet. On montre que peut-être la marche diurne de l'intensité verticaleZ à Bombay et à Manille révèle déjà cette anomalie de cet élément; on effectue les calculs nécessaires à la comprèhension de ces nouveaux résultats.

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With 13 Figures

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Research Associate, California Institute of Technology, April 1950 to March 1951, under Signal Corps Project No. 24-172B; on leave from Oxford University.     

Untersuchungen an Sternpyranometern

Zusammenfassung Entwicklung, Aufbau und Funktionsweise der in Österreich verwendeten Sternpyranometer werden besprochen. Die drei gebräuchlichen Modelle werden eine strengen experimentellen Prüfung unterzogen. Augenmerk wird auf die Erfüllung bestimmter Forderungen für ein einwandfreies Funktionieren der Geräte gelenkt.Es wird gezeigt, daß die kurzwelligen Strahlungsströme in der Atmosphäre im Spektralbereich zwischen 0,3 und 3 nahezu unabhängig von der Wellenlänge und unter Erfüllung des Cosinus-Gesetzes bis zu Einfallswinkeln von 75° einwandfrei und bei Winkeln größer als 75° besser als bei anderen Pyranometern erfaßt werden. Einwirkungen der Temperatur auf die Anzeige können durch entsprechende Wahl der Kombination Geber/Leitung/Pyranometer ausgeschaltet werden. Lage des Gerätes, langwellige Temperaturstrahlungsströme und Witterungseinflüsse üben keinen Einfluß auf die Anzeige aus. Die Einstelldauer beträgt 20 Sekunden. Der Nullpunkt stellt sich ohne Depression nach Abschattung exakt ein. Die Stromausbeute ist der Bestrahlungsintensität streng proportional. Die einzelnen Geräte sind untereinander gut vergleichbar.Die Ausführungen zeigen, daß die Genauigkeit der Anzeige der hier beschriebenen Sternpyranometer den Anforderungen entspricht und daß die Instrumente sowohl bei Momentanmessungen der Globalstrahlung, der Himmelsstrahlung und der Albedo als auch bei Dauerregistrierungen einwandfreie Ergebnisse erwarten lassen.

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Summary Development, construction, and operation of star pyranometers used in Austria are discussed. The three usual models have been tested by rigorous experiments as to whether certain requirements for a correct functioning are fulfilled. It is shown that the short-wave radiation of the atmosphere in the spectral range between 0,3 and 3 is nearly independent on the wavelength and that it can be measured, in accordance with the cosine law, precisely up to angles of incidence of 75° and better than by other pyranometers with angles greater than 75°. Temperature influence on the indication of the instrument can be eliminated by choosing the right combination: receiver, circuit, pyranometer. The position of the instrument, long-wave temperature radiation, and weather conditions do not influence the indication. The time of reaction is 20 seconds. After obturation, the pointer returns exactly to zero. There is a strict proportionality between the amount of current and the radiation mtensity. Different instruments are well comparable among each other. The study shows that the accuracy of measurement of the described star pyranometers is sufficiently high and that these instruments offer correct results in case of momentaneous measurements of the global radiation, of the sky radiation, and of the albedo, as well as in case of continous recording.

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Résumé Développement, construction et fonctionnement des pyranomètres stellaires utilisés en Autriche. Contrôle expérimental sévère des trois modèles en usage. Les oxigences concernant un fonctionnement correct des instruments sont étudiées.On montre que les flux de rayonnement à courte longuer d'onde entre 0,3 et 3 de l'atmosphère sont mesurés correctement jusqu'à un angle d'incidence de 75° indépendament de la longueur d'onde et en accord avec la loi du cosinus; pour des angles supérieurs à 75° ils sont mieux mesurés qu'avec des autres pyranomètres. L'effet de température peut être éliminé par un choix convenable de la combinaison récepteur/circuit/pyranomètre. La position de l'instrument, le rayonnement à grande longueur d'onde et les phénomènes météorologiques n'ont pas d'effet sur les mesures. La durée de réaction est de 20 secondes. L'instrument revient exactement au zéro après obturation. Le courant mesuré est rigoureusement proportionnel à l'intensité de rayonnement. Les différents instruments sont aisément comparables entre eux.Ces faits montrent que l'exactitude des pyranomètres stellaires ici décrits répond aux exigences et que ces instruments fournissent d'excellents résultats tant pour la mesure instantanée du rayonnement global, du rayonnement céleste et de l'albédo que pour les enregistrements de longue durée.

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Mit 12 Textabbildungen

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Herrn Dr.Anders K. Ångström zu seinem 70. Geburtstag gewidment.     

Sur la détermination du flux énergétique du rayonnement extraterrestre du Soleil

Résumé Le problème de la densité spectrale du flux énergétique du rayonnement solaire extraterrestre a été réexaminé en relation, avec le problème de la constante solaire. En utilisant les densités spectrales de flux énergétique du rayonnement global de la photosphère, on a déterminé la distribution spectrale extraterrestre du rayonnement solaire de 0,2 à 10 . Ces nouvelles données doivent être employées dans les études actinométriques. L'application des résultats indique sous quelles formes les diverses, corrections ultraviolettes et infrarouges pour le rayonnement non observable ont été introduites pour obtenir la valeur de la constante solaire. En outre, l'explication est donnée des résultats actinométriques les plus récents.Enfin, la valeur de la constante solaire doit être égale à 1,98 calories dans l'échelle récente (1932-34-48) de la Smithsonian, Institution. Néanmoins, on retiendra qu'une erreur qui peut dépasser ±5% peut être admise tant que de nouvelles mesures,absolues des densités spectrales ou du flux total extra-terrestre n'ont pas été effectuées.

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Summary The problem of the spectral density of the energy flux of the extra-terrestrial solar radiation has been examined anew in relation to the problem of the solar constant. Based on, the spectral densities of the energy flux of the total radiation of the photosphere, the extra-terrestrial spectral distribution of the solar radiation has been determined from 0,2 to 10 . These new values ought, to be employed in actinometric investigations. The use of these results shows in which manner the different ultraviolet and infra-red corrections for the radiation which cannot be observed, have been introduced for determining the solar constant. In addition, an explanation is given of the latest actinometric results.It results that the solar constant ion the new scale of the Smithsonian Institution (1932-1934-1948) must be 1.98 cal cm^–2 min^–1. Nevertheless, an error which can exceed ±5% must be admitted as long as newabsolute measurements of the spectral densities or of the total extra-terrestrial flux have not been carried out.

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Zusammenfassung Das Problem der spektralen Dichte des Energieflusses der extraterrestrischen Sonnenstrahlung wurde im Hinblick auf das Problem der Solarkonstanten neuerdings geprüft. Unter Benützung der spektralen Dichten des Energieflusses der Gesamtstrahlung der Photosphäre wurde die Spektralverteilung der extraterrestrischen Sonnenstrahlung von 0,2 bis 10 bestimmt. Die neuen Werte sollen bei aktinometrischen Untersuchungen Verwendung finden. Aus der Untersuchung läßt sich erkennen, in welcher Form die verschiedenen, der direkten Beobachtung nicht zugänglichen Strahlungskorrektionen für Ultraviolett und Ultrarot zur Bestimmung des Wertes der Solarkonstanten eingeführt wurden; außerdem konnte für die neuesten aktinometrischen Ergebnisse eine Erklärung, gegeben werden.Aus der Untersuchung ergibt sich, daß die Solarkonstante in der neuen Skala der Smithsonian Institution (1932-1934-1948) zu 1,98 cal/cm²min angesetzt werden muß. Immerhin muß mit einer Unsicherheit von mindestens ±5% gerechnet werden, solange nicht neue Absolutbestimmungen der Spektraldichten oder des gesamten extraterrestrischen Energieflusses durchgeführt sind.

     

Ein Beitrag zur Kenntnis der Lichtstreuung im Gletschereis

Zusammenfassung Für das Studium des Energieumsatzes im Gletschereis ist es wünschenswert, genauen Aufschluß über die Strahlungsextinktion im Eis zu erhalten. Die Strahlungsenergie wird nicht zur Gänze auf der Gletscheroberfläche absorbiert, sondern sie dringt, einem bestimmten Extinktionsgesetz folgend, in tiefere Schichten ein. Um die Gesetzmäßigkeiten zu erfassen, sind neben direkten Untersuchungen in den obersten Eisschichten auch Messungen an Eisplatten von Interesse, weil dadurch der spektrale Verlauf des Extinktionskoeffizienten vorzüglich bestimmt werden kann und sich neue Aufschlüsse über den Streuvorgang im Eise ergeben. Der spektrale Verlauf des Extinktionskoeffizienten zeigt im kurzwelligen Bereich des sichtbaren Spektrums unterhalb 450 m einen annähernd konstanten Betrag und wächst im langwelligen Teil stark an. So erhält man bei 700 m etwa den 1,6fach größeren Betrag als bei 400 m. Messungen mit ausgeblendeten Öffnungswinkeln verschiedener Größe geben neuen Aufschluß über die Umsetzung des gerichteten Lichtes in Streulicht, die hauptsächlich durch den starken Luftblasengehalt des Eises verursacht ist. Die numerischen Werte des bereits früher eingeführten Zerstreuungskoeffizienten schwanken wegen des wechselnden Luftgehaltes zwischen 0,92/cm und 1,66/cm. Bemühungen, den Extinktionskoeffizienten auch aus der Abhängigkeit der Plattenalbedo von der Eisdicke zu ermitteln, führen zu Formeln, durch die der Verlauf der Plattenalbedo im Prinzip einwandfrei wiedergegeben wird. Durch Anwendung einer vonDunkle undGier entwickelten Theorie kann auch der Einfluß de Totalreflexion an den Plattenflächen auf den Extinktionskoeffizienten ermittelt werden. Gleichzeitig erhält man neuen Aufschluß über methodische Fehler bei der Ermittlung des Extinktionskoeffizienten aus Plattenmessungen. Nach Auswertung von Messungen der Strahlungsextinktion in den obersten Eisschichten mittels eines kugelförmigen Strahlungsempfängers können dann Aussagen über den Energieumsatz im Eise gemacht werden.

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Summary A study on the energy balance in glacier ice requires exact knowledge of the extinction of radiation within ice. The radiation energy is not entirely absorbed on the surface of the glacier, it penetrates into deeper layers according to a certain extinction law. To ascertain these relations measurements on ice plates, beside direct investigations in the uppermost ice layers, are important because, thereby, the spectral distribution of the extinction coefficient can be determined excellently and new insight into diffusion within ice can be obtained. The spectral distribution of the extinction coefficient shows an approximately constant value in the short-wave range of the visible spectrum (below 450 m) and a strong increase in the long-wave part. Thus, the value obtained at 700 m is 1.6fold greater than that at 400 m. Measurements with different apertures give new information on the transformation of directed light into diffuse light principally caused by the many air-bubbles within the ice. The numerical values of the diffusion coefficient lie, due to the varying air contents, between 0,92/cm and 1,66/cm. Attempts to derivate the extinction coefficient also from the relation between plate albedo and the thickness of the ice lead to formulas representing in correctly the principle distribution of the plate albedo. Also the influence of the total reflexion by the surfaces of the plates on the extinction coefficient can be determined by applying a theory developped byDunkle andGier. At the same time, new insight into methodical errors of the determination of the extinction coefficient from plate measurements is won. From the evaluation of measurements of the extinction of radiation in the uppermost ice layers by means of a spherical radiation receiver conclusions can be drawn as to the energy balance in ice.

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Résumé L'étude de l'échange d'énergie dans la glace de glacier exige la connaissance de l'extinction du rayonnement dans celle-ci. L'énergie de rayonnement n'est pas absorbée entièrement à la surface du glacier, mais elle pénètre dans la glace en obéissant à une certaine loi d'extinction. Pour connaître cette loi, il convient non seulement d'effectuer des recherches dans les couches superficielles de la glace naturelle, mais encore d'utiliser des plaques de glace grâce auxquelles on peut établier le coefficient d'extinction en fonction du spectre et se renseigner sur la diffusion dans la glace. Dans le domaine spectral en-dessous de 450 m le coefficient est à peu près constant pour croître ensuite rapidement dans le domaine à plus grandes longueurs d'onde; il est 1,6 fois plus élevé à 700 m qu'à 400 m. Des mesures avec diaphragmes divers renseignent sur la transformation de la lumière dirigée en lumière diffuse provoquée essentiellement par la présence de bulles d'air. La valeur numérique du coefficient de diffusion varie entre 0,92/cm. et 1,66/cm. selon la teneur en air. En essayant de déterminer le coefficient d'extinction en partant de l'albédo des plaques et de sa dépendance à l'égard de l'épaisseur, on arrive à des formules rendant exactement la variation de cette albédo. La théorie deDunkle etGier permet de déterminer l'effet de la réflexion totale sur le coefficient d'extinction. On obtient en même temps des informations sur les erreurs méthodiques en déterminant le coefficient d'extinction à partir de mesures avec des plaques de glace. Les mesures de l'extinction de rayonnement dans les couches superficielles de la glace à l'aide d'un récepteur sphérique permettent des conclusions sur la transformation de l'énergie dans la glace.

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Mit 14 Textabbildungen     

A meteorological study of Dry-fallout of radioactive debris

Summary A general expression is derived for the intensity of dryfallout based on time variations of beta-activity in surface air, due to worldwide tropospheric distribution of debris from nuclear testings. Model assumptions are outlined for the consideration of large-scale effects of horizontal divergence of air flow, and small-scale effects of eddy diffusion. The parameterization is based on the concept of geostrophic drag coefficients and atmospheric boundary layer theory. The model is completed by a two-parameter representation of tropospheric profiles of beta activity. Case studies of dry-fallout in 1962 and 1963 at three stations of the United States Public Health Service (USPHS) network are discussed. Dry-fallout rates per day are found to be approximately 10% of average wet-fallout rates of the same period. The average residence time of debris in the troposphere is estimated to be about 65 days if dry-fallout would be the only cleansing process.

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Zusammenfassung Für die Intensität von radioaktivem Ausfall wird eine allgemeine Formel abgeleitet. Sie beruht auf der beobachteten zeitlichen Veränderung der bodennahen Konzentration radioaktiver Beta-Teilchen, die als Abfallprodukte der Kernwaffenversuche weltweite Verteilung erfuhren. Das theoretische Modell zur Berechnung von Trockenausfall erfordert gewisse Annahmen zur Berücksichtigung von 1. großräumigen Effekten der horizontalen Divergenz der Luftströmung und 2. kleinräumigen Turbulenzeinflüssen. Diese Effekte werden durch Parameter der horizontalen Luftdruckverteilung berücksichtigt, die auf dem Konzept des geostrophischen Widerstandsbeiwertes und der atmosphärischen Grenzschichttheorie beruhen. Das Modell ist durch zwei weitere Parameter vervollständigt, welche das troposphärische Profil der Beta-Aktivität repräsentieren. Beispiele von Trockenausfall in den Jahren 1962 und 1963 werden für drei Stationen des Beobachtungsnetzes des United States Public Health Service diskutiert. Es ergab sich, daß Trockenausfall pro Tag etwa 10% des Ausfalles durch Niederschlag (pro Regentag) für den gleichen Zeitabschnitt ausmacht. Ferner wird abgeschätzt, daß die Verweilzeit der radioaktiven Teilchen in der Troposphäre im Durchschnitt 65 Tage beträgt, wenn Trockenausfall der alleinige Reinigungsprozeß ist.

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Résumé On développe ici une formule générale permettant le calcul de l'intensité des retombées radio-actives. Cette formule est fondée sur la variation de la concentration au voisinage du sol des particules radio-actives béta, disséminées dans l'atmosphère entière à la suite d'essais d'armes nucléaires. Le modèle théorique permettant de représenter la sédimentation en atmosphère sèche nécessite certaines suppositions afin de tenir compte d'une part des effets à grandes dimensions de la divergence horizontale des courants aériens et d'autre part des effets de la turbulence à petites dimensions. On tient compte de ces effets au moyen de paramètres de la répartition horizontale de la pression, paramètres basés sur le coefficient de la résistance géostrophique et sur la théorie des couches limites atmosphériques. Ce modèle est complété par deux paramètres supplémentaires qui représentent le profil troposphérique de l'activité béta. Comme exemple, on discute les quantités de retombées recueillies à trois stations du «United States Public Health Service» durant les années 1962 et 1963. Le résultat en est que la sédimentation à sec par jour représente environ le 10% des retombées entraînées par les précipitations durant la même période. On estime en outre que les particules se maintiennent en moyenne durant 65 jours dans la troposphère si la sédimentation se fait uniquement sans le concours de précipitations.

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With 2 Figures

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The research reported was supported, in part, by the National Science Foundation, Grant No. GP-444.     

Messungen der Infrarotdurchlässigkeit von Nebel mit Bleisulfid-Photowiderständen

Zusammenfassung Bei der Untersuchung einiger Bleisulfid-Photowiderstände wurde eine gute Proportionalität zwischen angelegter Spannung und Empfindlichkeit und zwischen Bestrahlungsintensität und Widerstandsänderung gefunden. Ein Temperatureffekt wurde bei kleinstflächigen Zellen nicht festgestellt, wohl aber bei den anderen untersuchten Typen. Die Untersuchung der spektralen Empfindlichkeit ergab bei den kleinstflächigen Typen eine andere Charakteristik als bei den übrigen. Die Maxima lagen bei 1,5 gegenüber 2,2 bis 2,4 bei den Zellen mit größeren Flächen. Im Ultraviolett besteht eine für viele Meßzwecke genügende Empfindlichkeit. Die überprüften Widerstände stellen gut geeignete Strahlungsempfänger für verschiedene meteorologische und bioklimatische Zwecke dar.Mit den erwähnten Zellen wurden Strahlungsdurchlässigkeiten verschiedener Nebel untersucht. Die Meßanordnungen hatten optische Schwerpunkte bei 1,5, 1,8 und 2,8 . In solchen Wellenbereichen wurde eine eindeutige Abnahme der Strahlungsdurchlässigkeit mit der Zunahme der Wellenlänge gefunden; dies ist leicht aus der Absorption der Strahlung in den Wassertröpfchen des Nebels zu erklären.

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Summary Tests of several photoelectric resistances of lead sulphide showed good proportionality between applied voltage and sensibility as well as between intensity of radiation and variation of resistance. A temperature effect was found with all types of cells except those of minimum surface. The characteristic of the spectral sensibility, too, differs between the minimum surface types and the others. The first ones show maxima at 1.5 , while the maxima of cells with larger surfaces lie between 2.2 and 2.4 . A degree of sensibility sufficient for many purposes of measurement exists in the ultraviolet region. Such resistances are receivers of radiation suitable for various meteorological and bioclimatic studies. The cells mentioned above were applied in an investigation of radiation permeability of different fogs. The optical centers of the measurements lay at 1.5, 1.8 and 2.8 . In these wave-lengths an obvious decrease of radiation permeability with increase of wave-length was found, which can be easily accounted for by the absorption of radiation in the droplets of the fog.

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Résumé Une étude de quelques résistances photoélectriques au sulfure de plomb a montré une bonne proportionnalité entre la tension appliquée et la sensibilité, ainsi qu'entre l'intensité du rayonnement reçu et la variation de résistance. On n'a pas remarqué d'effet de température chez les cellules de petite surface, mais bien chez les autres types étudiés. L'examen de la sensibilité spectrale a révélé chez les types à petite surface une caractéristique différente de celle des autres; les maxima se trouvent vers 1.5 contre 2.2 à 2.4 pour les cellules à grande surface. Dans l'ultraviolet il y a une sensibilité suffisante pour de nombreux usages. Les résistances contrôlées constituent des récepteurs de rayonnement bien adaptés à différents emplois météorologiques et bioclimatologiques.On a étudié avec ces cellules la transparence radiative de différents brouillards. Les dispositifs de mesure permettaient de centrer les recherches sur les longueurs d'onde de 1.5, 1.8 et 2.8 ; dans de tels domaines de radiations on a constaté une diminution nette de transparence avec l'accroissement de longueur d'onde. Cela s'explique aisément par l'absorption du rayonnement dans les gouttelettes de brouillard.

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Mit 6 Textabbildungen.     

Relation between horizontal advection,total amount of cloudiness and precipitation

Summary A statistical study has been made of the relations between horizontal advection, total amount of cloudiness, and precipitation by means of the upper winds and the synoptic osbervations. The horizontal advection was computed from the upper winds and the objective computations of the advection differ from the more sujbective methods used by other investigators. The study is based upon all types of weather situations of the years 1952 and 1953 and no cases have been eliminated.The present study corroborates that in most cases of warm-air advection the sky is cloudy or overcast and that in a great number of these is also precipitation. In connection with the advection of cold air there exist in most cases no clouds or only a small amount of cloudiness. It seems justifiable to conclude that there is large-scale ascending motion in areas with warmair advection; the magnitude of the ascending motion depends on the intensity of the warm-air advection. Conversely, in areas with cold-air advection there occurs a descending motion, which presumably is nearly proportional to the intensity of the cold-air advection.

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Zusammenfassung Die Beziehungen zwischen horizontaler Advektion, Gesamtbewölkung und Niederschlag werden mit Hilfe der Höhenwinde und der synoptischen Beobachtungen statistisch untersucht. Die horizontale Advektion wird aus den Höhenwinden berechnet; diese objektive Methode der Berechnung unterscheidet sich von den mehr subjektiven Methoden, die in anderen Untersuchungen verwendent worden sind. Die Untersuchung benützt ohne Ausnahme alle während der Jahre 1952 und 1953 vorkommenden Wetterlagen und dürfte somit die meisten typischen Wetterlagen erfassen.Als Resultat ergibt sich, daß in den meisten Fällen von Warmluftadvektion der Himmel bedeckt oder fast bedeckt ist und daß in vielen Fällen auch Niederschläge vorkommen. Im Zusammenhang mit Kaltluftadvektion findet man meistens keine oder geringe Bewölkung. Es scheint berechtigt, anzunehmen, daß in Gebieten mit Warmluftadvektion aufsteigende Luftbewegungen in großem Maßstabe vorkommen, wobei natürlich die Steiggeschwindigkeit von dem Maß der Warmluftdvektion abhängig ist. Umgekehrt liegt in Gebieten mit Kaltluftadvektion eine absteigende Bewegung vor, von welcheranzunehmen ist, daß sie ungefähr proportional zur Intensität der Kaltluftadvektiion ist.

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Résumé Une étude statistique a été faite sur la relation entre l'advection horizontale, quantité totale de nuages et la précipitation, à l'aide des vents d'altitude et des observations synoptiques. L'advection horizontale fut mesurée depuis les vents d'altitude et les mesures objectives de l'advection diffèrent des méthodes plus subjectives utilisées par d'autres investigateurs. L'étude compred tous les types de situations météorologiques et aucun cas n'a été éliminé.L'étude présente confirme que dans la plupart des cas d'advection d'air chaud le cial est nuaguex ou couvert et dans un grand nombre de ces cas il y a aussi précipitation. En rapport avec l'advection d'air froid, dans la plupart des cas il n'y a pas de nuages ou seulement une petite quantité Il paraît juste de conclure qu'il y a mouvement ascendant à grande échelle dans les zones d'advection d'air chaud. Assez naturellement l'ampleur du mouvement ascendant varie avec l'intensité de l'advection d'air chaud. Par contre, dans les zones à advection d'air froid nous avons un mouvement descendant, qui vraisemblablement est à peu près proportionnel à l'intensité de l'advection d'air froid.

     

The control of the electrical conductivity of the lower atmosphere

Summary The electrical conductivity of the atmosphere at any part of the earth's surface depends on the local concentration of small ions. This in turn depends 1. on their rate of production and 2. on their rate of removal. The removal is due principally to attachment to condensation nuclei. Methods are described for counting the nuclei and for determining their sizes and masses. The ratios of charged to uncharged nuclei, when they are in equilibrium with the small ions, are determined for nuclei of various sizes. Observations on nuclei in the free atmosphere show that they are usually not in equilibrium. The difficulty of establishing any simple relation between atmospheric conductivity, rate of ion-production and nucleus concentration is increased by the discovery that the air-borne radioactive matter which contributes to the small-ion production tends to increase with increase of nucleus concentration.

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Zusammenfassung Die elektrische Leitfähigkeit der Atmosphäre an einer beliebigen Stelle der Erdoberfläche hängt von der örtlichen Konzentration kleiner Ionen ab; diese ist ihrerseits bedingt 1. durch die Ionisierungsstärke und 2. durch die Geschwindigkeit ihrer Vernichtung. Die Vernichtung von Kleinionen ist vor allem auf die Anlagerung an Kondensationskerne zurückzuführen. Es werden Methoden für die Kernzählung und für die Bestimmung von Größe und Maße der Kerne beschrieben. Das Verhältnis von geladenen zu ungeladenen Kernen wird für den Fall, daß sie im Gleichgewicht mit den kleinen Ionen sind, für Kerne verschiedener Größe bestimmt. Kernbeobachtungen in der freien Atmosphäre ergeben, daß dieses Gleichgewicht gewöhnlich nicht besteht. Die Aufstellung einer einfachen Beziehung zwischen der atmosphärischen Leitfähigkeit, dem Prozentsatz der Ionenbildung und der Kernkonzentration wird noch erschwert durch die Feststellung, daß die aus der Luft stammenden radioaktiven Substanzen, die zur Bildung von Kleinionen beitragen, mit einer Zunahme der Kernkonzentration ihrerseits ebenfalls eine Zunahme zeigen.

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Résumé La conductibilité électrique de l'atmosphère en un endroit quelconque de la terre dépend de la concentration locale des petits ions; celle-ci est à son tour commandée 1. par l'intensité de l'ionisation et 2. par la vitesse de leur disparition. La destruction des petits ions est due surtout à leur dépôt sur des noyaux de condensation. On expose des méthodes de dénombrement des noyaux et de détermination de leur grosseur et de leur masse. On établit le rapport des noyaux chargés aux noyaux non chargés dans le cas où ils sont en équilibre avec les petits ions, et cela pour des noyaux de différentes grosseurs. Des observations de noyaux de l'atmosphère libre prouvent que cet équilibre n'est généralement pas réalisé. Dans la recherche d'une relation simple entre la conductibilité atmosphérique, le taux de formation d'ions et la concentration en noyaux, on se heurte à la difficulté suivante: les substances radioactives provenant de l'air et qui contribuent à la formation de petits ions augmentent en même temps que la concentration des noyaux.

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Dedicated to Professor Dr.H. Benndorf on the occasion of his eightieth birthday.     

Messung von kurzperiodigen Schwankungen der Luftionisation

Zusammenfassung Es wird eine aus Aspirationskondensator, Röhrenelektrometer und Verstärker bestehende Apparatur beschrieben, welche gestattet, kurzzeitige Änderungen der Luftionisation zu messen. Die Registrierung erfolgt mit einem Galvanometer kleiner Einstellzeit (Eigenfrequenz 5 Hz). Die Zeitkonstante des Elektrometers beträgt 2,5 bzw. 25 sec. Durch eine frequenzabhängige Gegenkopplung im Verstärker wird die Nullpunktswanderung klein gehalten. Ferner wird dadurch erreicht, daß die Empfindlichkeit der Anordnung für kurzzeitige Änderungen bedeutend größer ist als für stationäre Zustände (Gesamtionisation). Die Empfindlichkeit ist so groß, daß der Zerfall einzelner Emanationsatome nachgewiesen werden kann. Es werden Beispiele von Registrierungen wiedergegeben, welche durchLenard-Effekt erzeugte Schwankungen bei Regen, ferner vermutlich durch Stoßionisation erzeugte Schwankungen bei Gewittertendenz zeigen.

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Summary The described apparatus for the measurement of short variations of ionisation is composed of an aspiration condensator and a tube electrometer coupled with an amplifier. The records are made with a galvanometer of a relatively quick response (proper vibration frequency 5 cps). The time constant of the tube electrometer is 2,5 and 25 sec resp. By means of a frequency dependent feed-back the shift of the zero can be reduced. In addition to this advantage the sensitivity for rapid variations is increased as compared with the sensitivity for stationary states (total ionisation). The sensitivity is so high, that the decay of single emanation atoms can be recorded. Some examples of record curves are reproduced showing variations due to theLenard effect during rainfall; further curves show variations which are probably due to ionisation by collision during thunderstorm tendency.

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Résumé On décrit un appareil pour la mesure des variations rapides de l'ionisation atmosphérique. Il se compose d'un condensateur à aspiration et d'un électromètre à lampe suivi d'un amplificateur. L'enregistrement se fait au moyen d'un galvanomètre d'une période d'établissement très courte (fréquence propre 5 Hz). La constante de temps de l'éléctromètre est 2,5 resp. 25 sec. Par une contre-réaction appropriée de l'amplificateur il est possible d'éviter les inconvénients dûs à l'instabilité du zéro. Par cette méthode on atteint une sensibilité plus grande pour des variations rapides que pour des états stationnaires (ionisation totale). La sensibilité de l'appareil est telle qu'on est en mesure de saisir la désintégration d'un atome d'émanation. On décrit d'une part des exemples d'enregistrement des variations de l'ionisation atmosphérique par pluie dues à l'effetLenard, d'autre part des variations dont la cause probable est l'ionisation par choc lors d'une tendance à l'orage.

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Mit 5 Textabbildungen.     

Über die Verwendung von Polyäthylen für Strahlungsmessungen

Zusammenfassung Die optischen Eigenschaften des Polyäthylens werden erneut untersucht. Die Gründe der Kritik an der Strahlungsmessung unter Polyäthylen werden diskutiert, Verbesserungen der Polyäthylen-Instrumente werden vorgeschlagen.

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Summary The optical properties of polyethylene (polythene) are examined repeatedly. Thereupon the reasons for criticizing the methods of radiation measurement under polyethylene are discussed and improvements of polyethylene-instruments are suggested.

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Résumé L'auteur étudie à nouveau les propriétés optiques du polyéthylène, examine les critiques faites aux mesures du rayonnement exécutées à l'aide de ce produit et propose des améliorations des instruments qui l'utilisent.

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Mit 7 Textabbildungen

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Dem Gedenken an Dr.Franz Sauberer gewidmet.     

Über die Feinbänderung und Bewegung des Gletschereises

Zusammenfassung In Fortsetzung früherer Arbeiten wurde die Verteilung der Feinbänderung im Zungengebiet der Pasterze (Ostalpen) entlang zehn Querprofilen aufgenommen. Obwohl auf Grund der Gefügeanalyse vermutet wird, daß die im Eis vorhandenen Kornregelungen in Zusammenhang mit Relativbewegungen stehen, deutet die großräumige Verteilung der Feinbänderung auf ein innerhalb der Gletscherbewegung passives Verhalten. Es ergeben sich Hinweise dafür, daß die Feinbänderung ihre Entstehung Vorgängen während oder kurz nach Passage großer Gletscherbrüche verdankt.

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Summary Continuing previous work the distribution of the so-called fine bands on the tongue of Pasterze-glacier (Eastern Alps) was measured along 10 profiles crossing the glacier. Although from petrofabric studies it seems probable that grain orientation within the ice is associated with relative movements the general distribution of fine bands points towards their passive behaviour within the movement of the glacier tongue. It is suggested that they are formed in the ice during or shortly after passing large ice-falls.

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Résumé Poursuivant de précédents travaux, l'auteur a étudié la distribution des micro-couches du front du glacier de la Pasterze (Alpes orientales) le long de dix profils transversaux. Bien que l'analyse de structure porte à croire que l'orientation des grains de la glace soit en relation avec les mouvements relatifs, la distribution d'ensemble des micro-couches indique plutôt une indifférence à l'égard du mouvement du glacier. Il existe des indices selon lesquels les micro-couches seraient dues à des phénomènes se produisant pendant ou peu après de fortes cassures du glacier.

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Mit 5 Textabbildungen.     

Nullschichteffekt und Frontalzonen

Zusammenfassung In früheren Untersuchungen wurde etwa 1 km unterhalb der Tropopause eine Schicht gefunden, in der im Mittel die Vertikalbewegungen in hochreichenden Druckgebilden Null sind (Nullschicht). Diese Nullschicht erweist sich als der Hauptsitz des vom Tief zum Hoch erfolgenden ageostrophischen Massenflusses, der als primär gegenüber den druckausgleichenden Vorgängen in der Grundschicht angesehen werden muß. Setzt man als Arbeitshypothese die Stärke dieses Massenflusses zum Hoch (Nullschichteffekt) proportional zum horizontalen Druckgradienten an, so läßt sich hieraus die Existenz der Nullschicht folgern, ihre etwas unterhalb der Tropopause gelegene Höhe sowie die Drängung der Isohypsen in den Frontalzonen. Der Nullschichteffekt als aktiver Vorgang liefert weiter eine Erklärung für die Aufrechterhaltung der drei atmosphärischen Systeme Hoch/Tief, Frontalzone und planetarische Westdrift. Er stellt die erforderliche Wärmepumpe für diese drei nach dem Prinzip der Kältemaschine wirkenden atmosphärischen Systeme dar; sein Zustandekommen ist noch ungeklärt.Die Methode der Verwendung der mittleren interdiurnen Temperaturänderungen, mit der die Nullschicht gefunden wurde, liefert ein Schema der vertikalen und ageostrophisch-horizontalen Zirkulation in einer Frontalzone. Nach diesem entspricht die Dynamik einer Frontalzone völlig der eines Paares hochreichender Hoch- und Tiefdruckgebiete.

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Summary In several earlier papers a layer 1000 meters below the tropopause was discussed where vertical motion in high reaching pressure formations averages zero (zero layer). The zero layer proves to be the principal region of ageostrophic mass flow from Low to High that is to be considered primary in relation to pressure levelling processes in the ground layer. Assuming, as a working hypothesis, that the strength of that mass flow towards the High (zero layer effect) is proportional to the horizontal pressure gradient, it is possible to conclude hereof the existence of a zero layer, its height slightly below the tropopause, and the concentration of contour lines in the frontal zones. The zero layer effect as an active process also furnishes an explanation for the maintenance of the three atmospherical systems: High/Low, frontal zone, and planetary west drift. It provides the necessary heat pump for these three atmospherical systems acting in accordance with the principle of a refrigerating machine. Its origin is still unknown.The method of utilizing mean interdiurnal changes of temperature, by which the zero layer was found, provides a vertical and ageostrophic-horizontal circulation pattern in a frontal zone. Accordingly, the dynamics of a frontal zone corresponds perfectly to that of a couple of high-reaching high and low pressure areas.

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Résumé Des recherches antérieures ont démontré l'existence d'une couche atmosphérique située à environ 1 km au-dessous de la tropopause dans laquelle les mouvements verticaux sont en moyenne nuls (couche neutre). Cette couche serait le siège principal du flux de masse non géostrophique dirigé de l'aire de basse pression vers celle de haute pression et que l'on doit considérer comme primaire par rapport aux échanges de pression dans la couche de base. Si l'on admet que l'intensité de ce flux de masse est proportionnelle au gradient horizontal de pression, on en peut déduire l'existence de la couche à mouvement vertical nul (couche neutre), son altitude un peu inférieure à celle de la tropopause ainsi que le resserrement des isohypses dans les zones frontales. L'existence de cette couche neutre explique en outre le maintien des trois systèmes fondamentaux de l'atmosphère: centres de basse et de haute pression, zones frontales et courant planétaire d'Ouest. Il constitue la pompe à chaleur de ces systèmes atmosphériques fonctionnant selon le principe de la machine frigorifique; son origine n'est pas encore expliquée.L'usage des varaitions interdiurnes moyennes de température qui a conduit à la découverte de la couche neutre en question fournit un schéma des circulations verticales et horizontales non géostrophiques dans une zone frontale d'après lequel la dynamique d'une telle zone correspond exactement à celle d'un couple d'aires de basse et de haute pression atteignant la haute atmosphère.

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Mit 12 Textabbildungen.