Untersuchungen zur Globalstrahlung

Zusammenfassung Für das Meteorologische Observatorium Wahnsdorf werden die achtjährigen Registrierungen der Globalstrahlung aus dem Zeitraum von 1937 bis 1941 und von 1947 bis 1949 untersucht. Als Meßgerät diente eine Solarimetersäule vonMoll-Gorczynski in Verbindung mit einem Schreibgerät. Die Ergebnisse werden benutzt, um die Abhängigkeit der Globalstrahlung von Sonnenhöhe, Sonnenscheindauer und Bewölkungsmenge zu bestimmen. Es wird geprüft, wie weit die von anderen Autoren entwickelten Formeln zur Berechnung der Globalstrahlung durch das Wahnsdorfer Zahlenmaterial bestätigt werden, und es werden neue Formeln entwickelt, um den Einfluß der Bewölkungsmenge und der Sonnenscheindauer genauer als bisher zu erfassen.

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Summary The records of the global radiation of sun and sky for the eight years 1937 to 1941 and 1947 to 1949 have been studied at the Meteorological Observatory of Wahnsdorf. A solarimetric pile ofMoll-Gorczynski has served for measuring in combination with a recording instrument. The results are employed to determine the dependency of the global radiation on sun's altitude, duration of sunshine, and cloudiness. It is examined how far the formulae of other authors for the calculation of the global radiation are confirmed by the records gained at Wahnsdorf; new formulae are developed, in order to embrace henceforth more accurately the influence of cloudiness and duration of sunshine.

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Résumé On étudie huit ans d'enregistrements du rayonnement global réalisés à l'Observatoire météorologique de Wahnsdorf (1937 à 1941 et 1947 à 1949). L'instrument était une pile solarimétrique deMoll-Gorczynski reliée à un enregistreur. Ces mesures servent à établir la dépendance du rayonnement global vis à vis de la hauteur solaire, l'insolation et la nébulosité. On examine dans quelle mesure les formules d'autres auteurs pour le calcul du rayonnement global sont vérifiées par les observations de Wahnsdorf; on établit einfin de nouvelles formules permettant de mieux tenir compte de l'influence de la nébulosité et de l'insolation.

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Mit 3 Textabbildungen.     

Über den Strahlungshaushalt der Ozeane auf der Nordhalbkugel

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

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

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

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Mit 3 Textabbildungen.     

Untersuchungen über die Strahlungsverhältnisse auf den Alpengletschern

Zusammenfassung Auf dem Hohen Sonnblick (3106 m) wurden im Sommer 1950 Wärmeumsatzuntersuchungen durchgeführt. Über die hierbei ausgeführten Messungen der Sonnenstrahlung, Himmelsstrahlung, Gegenstrahlung der Atmosphäre, der Albedo und der langwelligen Temperaturausstrahlung des Gletschers wird hier berichtet. Es konnte die Einwirkung der Bewölkung auf die Himmelsstrahlung studiert werden. Bestimmungen der Gegenstrahlung über Bilanzmessungen ergaben die Brauchbarkeit derÅngströmschen Formel und bestimmte Gesetzmäßigkeiten des Einflusses der Wolkendecke. Als anscheinend variabelster Faktor wird die zeitlich und örtlich oft sehr wechselnde Albedo angesehen. Einige Beispiele direkter Strahlungsbilanzmessungen, die dies beweisen, werden mitgeteilt.

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Summary A report is given of measurements of solar radiation, sky radiation, atmospheric radiation, albedo, and long-wave outgoing radiation of a glacier carried out in connection with investigations on exchange of heat on the High Sonnblick (3106 m) in summer 1950. The effects of cloudiness on sky radiation were studied. Determinations of atmospheric radiation derived from balance measurements showed the validity of theÅngström-formula and certain regularities concerning the effect of cloud cover. The most variable factor appears to be the albedo which often varies strongly with time as well as locally. Several examples of direct measurements of radiation balance proving that are communicated.

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Résumé On a effectué au sommet du Sonnblick (3106 m) en été 1950 des recherches sur les échanges de chaleur. On rapporte ici sur les mesures faites du rayonnement solaire et céleste, du rayonnement atmosphérique de l'albédo et du rayonnement à grande longueur d'onde du glacier. On a pu établir l'influence de la nébulosité sur le rayonnement céleste. Des évaluations du rayonnement atmosphérique tirées de mesures du bilan thermique ont prouvé la validité de la formule d'Ångström ainsi que certaines règles concernant l'effet de la couverture du ciel. Le facteur apparemment le plus variable est l'albédo qui varie parfois fortement dans le temps et dans l'espace. Quelques exemples de mesures directes du bilan radiatif qui le prouvent sont donnés.

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Mit 6 Textabbildungen.     

Glazial-meteorologische Untersuchungen im Karakorum

Zusammenfassung Es werden die Ergebnisse von Registrierungen der Globalstrahlung an zwei Stationen im Ablationsgebiet des Chogo Lungma-Gletschers (Karakorum) mitgeteilt. Im Vergleich mit den sommerlichen Strahlungsverhältnissen auf alpinen Gletschern zeichnet sich das Strahlungsklima im untersuchten Gebiet durch besonders hohe Globalstrahlungssummen aus. Dies ist weniger eine Folge intensiverer Sonnenstrahlung, als vielmehr ein Effekt der im Vergleich zu den Alpen viel langsameren Abnahme der Globalstrahlung mit zunehmender Bewölkung (=0,5). Ein Zusammenhang zwischen den Tagessummen der Global-, Sonnen- und Himmelsstrahlung mit dem Tagesmittel der Bewölkung für Juni/Juli wird abgeleitet. Aus zahlreichen Messungen der Albedo der Gletscheroberfläche werden die kurzwelligen Strahlungsbilanzen von Firn und blankem Eis ermittelt. Die Gegenstrahlung der Atmosphäre wird aus einer angenommenen mittleren Verteilung von Temperatur und Feuchtigkeit in der freien Atmosphäre mit Hilfe desElsasser-Diagramms und aus den beobachteten Bodenwerten nach derÅngströmschen Formel berechnet, wobei sich gute Übereinstimmung ergibt. Die Ausstrahlung der Gletscheroberfläche wird aus ihrer Temperatur berechnet. Mit den so bestimmten kurz- und langwelligen Strahlungsströmen werden die Gesamt-Strahlungsbilanzen ermittelt. Die weitaus größten und für den Massenhaushalt des Gletschers wichtigen Schwankungen des Strahlungsumsatzes an seiner Oberfläche werden von Änderungen ihrer Albedo hervorgerufen. Abschließend werden die Ergebnisse von einigen Messungen der Globalstrahlung in größerer Seehöhe mitgeteilt. Eine Abschätzung des Strahlungshaushalts in der Höhenzone von 6.000 bis 7.000 m ergibt, daß unter der Annahme einer Albedo von 0,75 in dem dort herrschenden Klima (kein Sommermonsun) ein Schmelzen des Schnees nur mehr unter seltenen Umständen möglich erscheint.

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Summary Records of radiation in the ablation area of Chogo Lungma Glacier (Karakorum) show that, in comparison with corresponding conditions in the European Alps, the radiation climate in the Karakorums during summer is characterized by high daily totals of global radiation. This is less due to stronger solar radiation but to a slower decrease of global radiation with increasing cloudiness (=0.5). A relation between the daily sums of global, solar, and sky radiation with cloud amount is given. The short wave radiation balance of firn and bare ice is evaluated from numerous measurements of the albedo. Long wave radiation from the atmosphere is computed from an assumed distribution of temperature and moisture in the free atmosphere by means ofElsasser's diagram, as well as from observed surface values withÅngström's formula, what leads to a good agreement. The outgoing radiation from the glacier's surface is computed according to its temperature. From these data the total radiation balance during the period of observations is derived. By far the greatest, and for its mass balance important, variations of the radiative energy exchange of the glacier is caused by variations of the reflectivity of its surface. Finally, the results of several radiation measurements at higher altitude are given. An estimate of the radiation balance at an altitude of 6.000 to 7.000 m shows that assuming an albedo of 0.75, melting of the snow in this climatic regime (no summer monsoon) seems only possible under rare conditions.

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Résumé L'auteur expose les résultats de mesures du rayonnement global faites en deux stations de la zone d'ablation du glacier de Chogo Lungma (Karakoroum). Les valeurs du rayonnement sont dans cette région nettement plus élevées que sur les glaciers alpins en été ce qui est moins le fait d'un rayonnement solaire plus intense que d'une décroissance plus lente de celui-ci lorsque augmente la nébulosité (=0,5). On donne une relation entre les totaux journaliers du rayonnement global, solaire et céleste et les moyennes journalières de la nébulosité en juin et juillet. De nombreuses mesures de l'albédo de la surface du glacier permettent d'établir le bilan du rayonnement à corute longueur d'onde du néve et de la glace pure. Le contrerayonnement de l'atmosphère se calcule à partir d'une distribution moyenne supposée de la température et de l'humidité de l'atmosphère libre tirée du diagramme d'Elsasser et des observations au sol d'après la formule d'Ångström, les deux méthodes donnant des résultats concordants. L'émission de la surface du glacier se calcule à l'aide de sa température. Ainsi s'obtient le bilan radiatif total. Les plus fortes variations de l'échange radiatif à la surface du glacier et en même temps celles qui jouent le plus grand rôle dans l'économie de masse du glacier sont produites par les variations de son albédo. On donne encore quelques résultats de mesures du rayonnement global à grande altitude. Une estimation du bilan radiatif de la zone comprise entre 6.000 et 7.000 m. montre que dans ce climat sans mousson d'été et en admettant un albédo de 0,75, la fusion de la neige n'est possible que dans de rares circonstances.

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Mit 8 Textabbildungen

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

Der Strahlungshaushalt eines alpinen Sees

Zusammenfassung Für den Lunzer Untersee wurde die Strahlungsbilanz in den verschiedenen Monaten und im Jahresmittel berechnet. Der See ist von Bergen umgeben, welche den Horizont im Durchschnitt um 17° überhöhen. Daher mußten Sonnen-, Himmels-, Gegen- und Ausstrahlung je für sich behandelt werden. Grundlage der Berechnungen bilden Karten der möglichen Sonnenscheindauer, die mit Hilfe des Tagbogenmessers vonW. Schmidt gewonnen wurden, zahlreiche Messungen an Ort und Stelle sowie die Ergebnisse verschiedener früherer Untersuchungen. Die Jahresbilanz des Untersees wurde erheblich größer gefunden als die vonAlbrecht für den Sakrowersee berechnete, nämlich 53670 cal/cm² gegen 30050 cal/cm². Vor allem bereiten die ungenügenden Kenntnisse über die Gegenstrahlung derartigen Berechnungen Schwierigkeiten.Die zur Bestimmung der Sonnenstrahlungssummen unter Berücksichtigung der Bewölkung durchgeführten Berechnungen aus den Strahlungssummen wolkenloser Tage mit Hilfe der Monatswerte der Prozente der effektiv möglichen Sonnenscheindauer ergaben gegenüber den Berechnungen aus Stundenwerten der effektiven Sonnenscheindauer unter Berücksichtigung des Tagesganges der Bewölkung keine nennenswerten Unterschiede. Ebenso zeigen die mit Hilfe der Tagesmittel der Temperatur und des Dampfdruckes berechneten Mittelwerte der Gegenstrahlung keine bemerkenswerten Abweichungen von den aus Terminwerten oder aus Stundenwerten berechneten Summen der Gegenstrahlung.

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Summary Monthly and annual mean values of radiation balance were calculated for the Untersee near Lunz. This lake is surrounded by mountains rising above horizon by 17° on the average. Therefore, solar radiation, sky radiation, atmospheric and outgoing radiation must be treated separately. Maps of possible sunshine duration obtained with the aid of the solar arc-meter ofW. Schmidt, numerous measurements on the spot, and the results of various former investigations represented the basid of the calculations. The annual balance of the Untersee was found to be considerably greater than that calculated byAlbrecht for the Sakrow-lake, viz. 53670 cal/cm² against 30050 cal/cm². Difficulties in calculating such values arise principally from insufficient knowledge of the atmospheric radiation. Solar radiation sums with consideration of cloudiness calculated from radiation sums of cloudless days with the aid of monthly values of the percentage of the effectively possible sunshine duration did not differ noticeably from those calculated from hourly values of the effective sunshine duration taking into account the daily march of cloudiness. Also the mean values of atmospheric radiation determined with the aid of daily means of temperature and vapour pressure show but small departures from the sums of atmospheric radiation calculated from term observations and hourly values.

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Résumé On a calculé les moyennes mensuelles et annuelles du bilan de rayonnement du lac inférieur de Lunz, lequel est environné de montagnes formant un horizon surélevé d'environ 17 degrés en moyenne. Il a donc fallu traiter séparément le rayonnement solaire, céleste, terrestre et atmosphérique sur la base de cartes de l'insolation possible obtenue au moyen de l'héliochronomètre deW. Schmidt, de nombreuses mesures sur place et des résultats d'études antérieures. Le bilan annuel du lac s'est révélé notablement plus élevé que celui queAlbrecht a calculé pour le lac de Sakrow, soit 53670 cal/cm² contre 30050 cal/cm². Des difficultés surgissent avant tout du fait de la connaissance insuffisante du rayonnement atmosphérique obscur.Il est à peu près indifférent de calculer les sommes de rayonnement solaire tenant compte de la nébulosité au moyen des sommes de rayonnement de jours sans nuages par l'intermédiaire des valeurs mensuelles moyennes des pourcents de l'insolation possible d'une part, ou au moyen des valeurs horaires de l'insolation effective sons l'influence de la marche diurne de la nébulosité d'autre part. De même les valeurs moyennes du rayonnement atmosphérique obtenues à partir des moyennes journalières de la température et de la tension de vapeur d'eau ne s'écartent guère des sommes de ce rayonnement que l'on tire des valeurs termes ou horaires du rayonnement atmosphérique.

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Mit 5 Textabbildungen.

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Herrn Prof. Dr.Franz Ruttner, Leiter der Biologischen Station Lunz, zum 70. Geburtstag gewidmet.     

Intensität und Spektralverteilung der Globalstrahlung bei klarem Himmel

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

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

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

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Mit 7 Textabbildungen.     

Untersuchungen der Himmelsstrahlung in den Ostalpen mit besonderer Berücksichtigung ihrer Höhenabhängigkeit

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

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

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

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Mit 17 Textabbildungen.     

Registrierungen der nächtlichen Ausstrahlung

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

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

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

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Mit 6 Textabbildungen.     

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.     

The distribution of solar radiation over the Earth's surface

Summary Records of total solar radiation measured on a horizontal surface (Q) on a monthly basis and of more than three years' duration are available for 88 stations. The stations are mainly concentrated in North America and Europe, and it is not possible to determine the global distribution of radiation directly from these records. Solar radiation and mean cloud amount (C) were therefore related by the quadratic regressionQ=Q _A (0.803–0.340C–0.458C ²), whereQ _A is the maximum possible radiation in the absence of an atmosphere (Angot's values) and the values ofC were obtained from the maps printed inShaw's Manual of Meteorology.Using the known distribution ofQ _A andC, values ofQ were calculated by use of the equation above for each 5° intersection of latitude and longitude over land, and for each 10° intersection over sea. Isopleths ofQ for each successive 50 gcal/cm² day are shown on the 12 monthly maps on which the distribution of radiation over the earth's surface is illustrated. Attention is drawn to certain features of these maps, in particular to the occurrence and movement of zones of high radiation, and a comparison is made of estimated and recorded radiation for twelve stations.

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Zusammenfassung Registrierungen der Monatswerte der Globalstrahlung auf Horizontalfläche (Q) über mindestens drei Jahre liegen für 88 Stationen vor; diese sind vorwiegend auf Nordamerika und Europa konzentriert, und es ist daher nicht möglich, auf Grund davon die gesamte Strahlungsverteilung über die Erde zu bestimmen. Es wird nun mit Hilfe der quadratischen RegressionsgleichungQ=Q _A (0.803–0.340C–0.458C ²) eine Beziehung zwischen GlobalstrahlungQ und mittlerer BewölkungC aufgestellt, woQ _A den Maximalwert der Globalstrahlung bei Fehlen einer Atmosphäre bedeutet und die Konstanten nachAngot und die Bewölkungsdaten nachShaw angenommen sind.Auf Grund der Verteilung vonQ _A undC wurden mit Hilfe der angegebenen Gleichung für jeden Bereich von je 5° Länge und Breite über Land von je 10° über Meer die Werte der Globalstrahlung berechnet. Isoplethen der Globalstrahlung für Stufen von je 20 gcal/cm² Tag sind in 12 Monatskarten wiedergegeben, auf denen die Strahlungsverteilung über die Erde dargestellt ist. Einige Resultate dieser Karten werden besprochen, im speziellen das Auftreten und die Verschiebung der Zonen hoher Strahlung; zudem wird für 12 Stationen eine Vergleichung zwischen der berechneten und der registrierten Strahlung durchgeführt.

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Résumé On possède des enregistrements de 88 stations pour les sommes mensuelles du rayonnement global sur une surface horizontale (Q) pour des périodes d'au moins 3 ans. Ces stations sont concentrées essentiellement en Amérique du Nord et en Europe ce qui ne permet pas d'en déduire la répartition du rayonnement global sur toute la terre. Pour cette raison l'auteur établit, au moyen de l'équation carrée de régressionQ=Q _A (0.803–0.340C–0.458C ²), une relation entre le rayonnement globalQ et la moyenne de la nébulositéC, oùQ _A représente la valeur maximale du rayonnement global sans atmosphère et où les constantes sont données selonAngot, la nébulosité selonShaw.A partir de la répartition deQ et deC et à l'aide de la formule précédente l'auteur a calculé les valeurs du rayonnement global pour des surfaces de 5° de latitude et de longitude sur terre et de 10° sur mer. Des isoplèthes représentent le rayonnement global par échelons de 50 gcal/cm² jour, sur 12 cartes mensuelles qui illustrent sa répartition sur toute la terre. L'auteur discute encore divers résultats de ces cartes, en particulier l'apparition et le déplacement des zones de fort rayonnement, et compare encore pour 12 stations les résultats obtenus par le calcul et par enregistrement.

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With 14 Figures     

Untersuchungen der Strahlungsbilanz von Wien auf Grund langjähriger Radiosondenmessungen

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

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

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

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Mit 2 Textabbildungen     

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

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

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

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

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Mit 10 Abbildungen     

Über Möglichkeiten der Bestimmung,Berechnung und kurzfristigen Vorhersage der Globalstrahlung am Erdboden

Zusammenfassung Die Messung der Globalstrahlung verlangt definitionsgemäß Meßgeräte, die eine ebene, horizontale und das Cosinus-Gesetz befolgende Empfangsfläche haben. Es werden Registrierungen der Globalstrahlung mit einem elektrischen und einem mechanischen Pyranometer durchgeführt, um eine Unterlage für die Berechnung der Globalstrahlung zu erhalten. Als photometrische Meßmethode für Dauerregistrierungen im Freien wird die Strahlungsmeßkugel nachLarché-Schulze gewählt; für sie wird auf experimentellem Wege eine Glasabdeckung gefunden, die zusammen mit dem Gerät die genannten strahlungsphysikalischen Forderungen erfüllt. Es wird geprüft, ob die mit ihr im Spektralbereich des Selenphotoelements gewonnenen Tagessummen der Globalstrahlung auf das gesamte, kurzwellige Spektrum mit Hilfe eines konstanten Faktors zu erweitern sind.Die Ergebnisse verschiedener Autoren über die Berechnung von Mittelwerten der Globalstrahlungssummen für Wochen oder Monate und eigene Erfahrungen bei der Messung des Strahlungsgenusses der Erdoberfläche führen zu dem Problem, die einzelnen Tagessummen der Globalstrahlung zu berechnen. Unter Benutzung synoptischer Unterlagen wird hierfür eine Beziehung aufgestellt, welche, aufbauend auf den sich nach der Albrechtschen Formel ergebenden Normalwerten bei heiterem Himmel, die Berechnung der Globalstrahlung bei jeder beliebigen Wetterlage für einen Tag oder einzelne Stunden gestattet. Dies führt zu dem Ziel, die Tagessumme der Globalstrahlung wie andere meteorologische Elemente zu prognostizieren und in die tägliche Wettervorhersage aufzunehmen.

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Summary Measurement of total radiation of sun and sky calls for instruments with a plane, horizontal receiver-surface following the cosine law. Records of total radiation were carried out by both an electric and a mechanical pyranometer to obtain a basis for its calculation. As a photometric method for continuous records in the open air theLarché-Schulze sphere for measurement of radiation was chosen. By experiments a glass-cover was found which, together with the instrument, complies with the above mentioned requirements of radiation physics. A test was made as to whether the daily sums of total radiation obtained in this way within the spectral range of the selenium rectifier cell can be extended, by aid of a constant factor, to the whole short-wave spectrum.The results obtained by different authors with the calculation of mean values of sums of total radiation for weeks or months as well as experimental experiences of the author himself led to the solution of the problem of calculating the single daily sums of total radiation. Using synoptic material, the author develops a relation which, starting from the normal values of theAlbrecht formula for clear sky allows the calculation of total radiation of one day or single hours for any weather condition. Thereby it becomes possible to forecast the daily sum of total radiation in the same way as other meteorological elements and to make it a part of the daily weather-forecast.

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Résumé La mesure du rayonnement global exige des appareils possédant une surface réceptrice plane, horizontale et tenant compte de la loi du cosinus. On a procédé à des enregistrements du rayonnement global à l'aide de pyranomètres électrique et mécanique pour obtenir une base de son calcul. La mesure photométrique pour l'enregistrement en plein air fut faite au moyen de l'appareil sphérique deLarché-Schulze muni d'un verre protecteur de façon à remplir les conditions rappelées ci-dessus. On examina si les totaux journaliers du rayonnement global obtenus de la sorte dans le domaine spectral de la cellule au sélénium peuvent être étendus au spectre complet de courte longueur d'onde en leur appliquant un facteur constant.Les résultats obtenus par différents auteurs cherchant à établir des valeurs moyennes du rayonnement global par semaine ou par mois, ainsi que l'expérience personnelle de l'auteur, conduisent à la solution du problème de calculer les sommes individuelles journalières du rayonnement global. S'appuyant sur des documents de la synoptique, l'auteur établit une relation qui, partant des valeurs normales par ciel clair (selonAlbrecht), permet le calcul du rayonnement global par heure ou par jour en n'importe quelles conjonctures météorologiques. Cela rend possible la prévision de la somme journalière du rayonnement global et de l'introduire dans les pronostics quotidiens du temps.

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Mit 11 Textabbildungen.

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Gekürzte Fassung der von der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Hamburg im Juni 1951 angenommenen Dissertation.     

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

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

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

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

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With 5 Figures     

Klimatologische Untersuchung über die geographische Verteilung der Globalstrahlung und der diffusen Himmelsstrahlung

Zusammenfassung Die vorliegende strahlungsklimatologische Studie verfolgt den Zweck, ausschließlich auf Grund von Meßergebnissen anhand ausgewählter Beispiele gegensätzlicher Großaumklimate zunächst die typischen Eigenschaften des Jahresganges der Globalstrahlung (T) und der diffusen Himmelsstrahlung (D) zu untersuchen. In Ergänzung hierzu werden häufigkeitsstatistische Betrachtungen über die Eigenheiten im Verhalten dieser Strahlungselemente im Bereich verschieden beschaffener geographischer Räume angestellt. Dabei zeigt sich, daß neben dem jahreszeitlichen Ablauf auch die Häufigkeitsverteilungen vonT undD sich zur Klimatypisierung heranziehen lassen. Ein besonderes Interesse beansprucht der jahreszeitliche Verlauf des VerhältnissesD/T in den Hauptklimazonen der Erde. Ferner wird die Breitenabhängigkeit der Globalstrahlung (T), der diffusen Himmelsstrahlung (D) und des VerhältnissesD/T behandelt. Hinsichtlich der Höhenabhängigkeit ergibt sich auf Grund des Verhaltens vonT undD für die gemäßigten Breiten eine Abnahme des QuotientenD/T. Den Abschluß bilden strahlungsklimatologische Überlegungen zur Frage der Abhängigkeit des VerhältnissesD/T von der Sonnenscheindauer im Bereich charakteristischer Klimazonen der Erde.

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Summary The present study of radiation climatology, exclusively basing on results of measurements, presents selected examples of contrary large-scale climatic conditions and examines the typical features of the annual variation of global radiation (T) and diffuse sky radiation (D). Supplementary considerations on frequency statistics refer to the peculiarities in the behaviour of these two radiation elements in different geographical areas. It results that beside the seasonal variation frequency distributions ofT andD can be used for a characterization of radiation climates. The seasonal variation of the characteristic ratioD/T in the main climatic zones of the earth is of particular interest. Furthermore, the latitudinal dependency of global radiation (T), diffuse sky radiation (D) and of the ratioD/T is discussed. As to the dependence on altitude the ratioD/T shows a decrease in temperate latitudes on account of the behaviour ofD andT. Finally climatological reflections on the dependence of the ratioD/T on the duration of sunshine in characteristic climatic regions of the earth are discussed.

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Résumé La présente étude de la climatologie du rayonnement a pour but de déterminer les propriétés typiques de l'évolution annuelle du rayonnement global (T) et du rayonnement diffus du ciel (D) et cela exclusivement sur la base de mesures faites et d'exemples choisis parmi des climats très différenciés. En complément, on prend en considération des statistiques de la fréquence des particularités de ces deux éléments à l'intérieur d'aires géographiques de climats divers. On en déduit que, à côté de l'évolution annuelle, la répartition des fréquences deT et deD permettent d'établir le type du climat. L'évolution saisonnière du rapportD/T est tout spécialement intéressant dans les principales zones climatiques de la terre. On considère ensuite la dépendance du rayonnement global (T), du rayonnement diffus du ciel (D) et du rapportD/T de la latitude du lieu. Dans les zones tempérées, le quotientD/T diminue avec l'altitude. L'auteur termine par des réflexions concernant la climatologie du rayonnement en relation avec la dépendance du rapportD/T de la durée d'insolation dans des zones climatiques caractéristiques de notre planète.

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Mit 12 Textabbildungen     

Ein Beitrag zum Problem der Eichung des Bimetallpyranographen Fuess-Robitzsch

Zusammenfassung Zwei von der Firma R. Fuess auf den neuesten Stand gebrachte Bimetallpyranographen nachRobitzsch wurden einer eingehenden Prüfung unterzogen. Dabei zeigte sich, daß verschiedene Eichmethoden (Eichung durch die Herstellerfirma, Eichungen durch Abschattung der direkten Sonnenstrahlung, Vergleiche mit thermoelektrischen Pyranographen) zu abweichenden Werten der Eichkonstanten führen. Es wird empfohlen, in Zukunft Bimetallpyranographen nur noch mit Hilfe von thermoelektrischen Pyranographen zu eichen und sich auf die Auswertung von Tagessummen der eingestrahlten Energie zu beschränken.

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Summary A thorough examination of two bimetallic pyranographsRobitzsch, Fuess latest model, has shown that different calibration methods (calibration factor of the manufacturer, calibrations by screening direct solar radiation, comparisons with thermoelectric pyranographs) lead to different values of the calibration constant. The author recommends to calibrate bimetallic pyranographs exclusively by means of thermoelectric pyranographs and to restrict in future the evaluation to the daily totals of the incoming radiation.

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Résumé Deux pyranographes bimétalliques deRobitzsch munis par la Maison Fuess des derniers perfectionnements furent soumis à un contrôle des plus poussés. On a alors constaté que les constantes d'étalonnage variaient selon la méthode utilisée (étalonnage des appareils par le fabricant, par élimination de l'insolation directe et par comparaison avec des pyranographes thermo-électriques). L'auteur conseille de n'utiliser à l'avenir que des pyranographes thermo-électriques pour l'étalonnage de pyranographes bimétalliques et de se restreindre à l'évaluation des sommes journalières du rayonnement reçu.

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Mit 6 Textabbildungen     

Über die Vorzüge der Verwendung der „Relativen Bestrahlung” für strahlungsklimatologische Betrachtungen

Zusammenfassung Für die relative Bestrahlung, die als Quotient von gemessener Globalstrahlung und extraterrestrischer Strahlung definiert ist, wird eine Beziehung zumLinkeschen Trübungsfaktor abgeleitet. Diese dient als Grundlage zur Berechnung des Strahlungsklimas der Erde an wolkenlosen und an bewölkten Tagen bei gegebenen Trübungsfaktoren. Die durch unterschiedliche Rückstrahlung, durch den Einfluß von Änderungen des Wasserdampfgehaltes der Atmosphäre und durch Änderungen der Trübung bewirkte Variabilität der berechneten Strahlungswerte wird diskutiert. Die durch diese Änderungen bewirkten Abweichungen der berechneten Strahlungswerte liegen innerhalb von ±10%.

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Summary A relationship is derived betweenLinke's turbidity factor and relative insolation. The latter is defined as the quotient of measured global radiation and extraterrestrial radiation. The relationship is used as a basis for calculating radiation climate on cloudless and cloudy days, and for a given turbidity factor. The variability of the results due to varying reflexion, vapour content of the atmosphere, and turbidity, is discussed. The deviations of calculated values from observed values of radiation caused by these factors lie within ±10%.

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Résumé L'auteur établit une relation entre le rayonnement relatif, c'est à dire le quotient du rayonnement global au rayonnement extra-terrestre, et le facteur de trouble deLinke. Cette relation sert à calculer le climat radiatif de la terre pour les jours sans nuages et pour les jours nuageux à partir du rayonnement relatif et pour des facteurs de trouble donnés. Le rayonnement réfléchi, les variations de la teneur en vapeur d'eau et du trouble atmosphérique conduisent à des différences des valeurs calculées, dont les écarts restent inférieurs à 10% en valeur absolue.

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Mit 3 Textabbildungen     

On the measurement of sky radiation

Summary Equipment for the continuous registration, at the earth's surface, of the vertical flux of short-wave sky radiation of solar origin was first introduced into South Africa in 1951. This radiation is the energy component which is scattered out of the solar beam and diffused downwards by gaseous molecules, water droplets and solid particles. A contribution to the radiation from cloudless portions of the sky is also provided by the reflection of sunlight at the surfaces of cloud masses.In this paper the techniques of instrumental measurement and reduction of the records, which have been originated in the Radiation Service of the Union Weather Bureau, are described. In particular, a section is devoted to the problem of correcting for radiation intercepted when shadow bands are employed to screen off the direct solar component. Tabular values of this corrective factor are presented, for a specific screening ring and three standard categories of cloudiness, on a world-wide basis.At present nine radiation stations (soon to be increased to eleven) in Southern Africa are equipped with the type of sky pyranograph described in the paper; in the Belgian Congo, three more stations are operated with equipment which is very similar. The general method outlined here has been adopted by the joint session of the Radiation Commission of the International Union of Geodesy and Geophysics with the Working Group on Radiation of the World Meteorological Organization (Rome 1954) as a basic principle for the introduction of such measurements within national weather services.

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Zusammenfassung Eine Einrichtung für die Dauerregistrierung des Vertikalstroms der kurzwelligen Himmelsstrahlung solaren Ursprungs am Erdboden wurde in Südafrika 1951 eingerichtet; es handelt sich dabei um die Strahlungsenergiekomponente, die aus dem Sonnenstrahl gestreut und durch Gasmoleküle, Wassertröpfchen und feste Partikel abwärts diffundiert wird. Ein Beitrag zu der Strahlung der wolkenlosen Partien des Himmels wird auch durch die Reflexion des Sonnenlichts an den Wolkenoberflächen geleistet.In der vorliegenden Untersuchung wird die Technik der instrumentellen Messung und der Reduktion der Registrierungen beschrieben, die im Strahlungsdienst des Unions-Wetterdienstes entwickelt wurde. Ein spezieller Abschnitt ist dem Problem gewidmet, wie die Strahlungswerte zu korrigieren sind, wenn die direkte Sonnenstrahlung durch einen Beschattungsring abgeschirmt wird. Es werden Tabellenwerte dieser Korrektionsgröße für die ganze Erde und für einen speziellen Abschirmungsring und drei typische Bewölkungszustände vorgelegt.Zur Zeit sind 9 Strahlungsstationen (die in Kürze auf 11 erhöht werden) in Südafrika mit dem hier beschriebenen Modell eines Himmelspyranographen ausgestattet; im Belgischen Kongo werden weitere 3 Stationen mit ganz ähnlichen Einrichtungen betrieben. Die hier skizzierte Methode wurde 1954 in Rom an der gemeinsamen Sitzung der Strahlungskommission der U. G. G. I. und der Arbeitsgruppe für Strahlung der W. M. O. als Grundprinzip für die Einführung solcher Messungen in Landeswetterdiensten angenommen.

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Résumé On a installé en 1951 en Afrique du Sud un dispositif d'enregistrement continu du flux vertical de rayonnement céleste à courte longueur d'onde; il s'agit de la composante de l'énergie radiative solaire diffusée par les molécules gazeuses, les gouttelettes d'eau et les particules solides en suspension. Le ciel serein participe également à ce rayonnement par réflexion de la lumière solaire à la surface des nuages.On décrit ici l'appareillage de mesure et la réduction de celles-ci développée par le Service du rayonnement du Service météorologique de l'Union de l'Afrique du Sud. On s'applique en particulier à la correction des valeurs de rayonnement dans le cas où le rayonnement solaire direct est arrêté par un anneau protecteur. Des tableaux de cette correction ont été calculés pour la Terre entière et pour un anneau déterminé ainsi que pour trois états typiques de la nébulosité.Il existe actuellement 9 stations de mesure (11 sous peu) en Afrique du Sud équipées du pyranographe céleste ici décrit; en outre trois stations travaillent au Congo belge avec un appareillage analogue. La présente méthode a été adoptée en 1954 à Rome lors de la session de la Commission du Rayonnement de l'U.G.G.I. et du Groupe de Travail du Rayonnement de l'O.M.M. comme principe de base pour l'introduction de telles mesures dans les services météorologiques nationaux.

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With 3 Figures     

Über das Licht- und Strahlungsklima einer Hanglage der Ötztaler Alpen bei Obergurgl und seine Auswirkung auf das Mikroklima und auf die Vegetation

Zusammenfassung Im innersten Ötztal wurde knapp unterhalb der Waldgrenze auf einer Lichtung des Zirben-Lärchen-Waldes in 1940 m Seehöhe an einer Basisstation die Sonnen- und Himmelsstrahlung auf die horizontale Fläche (Globalstrahlung) mittels Sternpyranographen, die Globalbeleuchtungsstärke mittels Selen-Photoelement und Schreiber sowie die Sonnenscheindauer registriert. In der Vegetationsperiode 1953 wurden, ebenfalls registrierend, die Strahlungsverhältnisse in Zirben- und Lärchenbeständen, ferner die Abhängigkeit der Boden- und Pflanzentemperaturen von der Strahlung sowie die Albedo der wichtigsten Pflanzengesellschaften in der Kampfregion untersucht.Bei wolkenlosem Himmel verursacht der am Untersuchungsort im Mittel um 22° überhöhte Horizont einen Globalstrahlungsverlust von etwa 10% bei den Juni-Tagessummen, von mehr als 60% bei den Dezember-Tagessummen und einen Verlust von 28% bei der jährlichen Strahlungssumme. Die bei dieser Witterung und freiem Horizont erreichbare höchste Strahlungstagessumme beträgt im Juni 850 cal/cm², jene bei tatsächlicher Horizontabschirmung 755 cal/cm². Die registrierten Mittagsintensitäten bei klarem Himmel lagen in jedem Monat der Beobachtungszeit um 11 bis 12% höher als in der Niederung (200 m). Die Tagessummen der Himmelsstrahlung betragen bei Abwesenheit von Wolken zwischen 60 cal/cm² im Juni und 18 cal/cm² im Dezember; sie sind in den Monaten ohne Schneedecke durch den überhöhten Horizont um 15 bis 17% vermindert; eine Neuschneedecke vermag die Himmelsstrahlungssumme bei klarer Witterung durch Vermehrung der multiplen Reflexion und der Hangreflexstrahlung um 40% zu erhöhen.Bei bedecktem Himmel haben die Tagessummen der Strahlung in allen Monaten eine große Variationsbreite; die Mittelwerte sinken von 225 cal/cm² im Mai auf 35 cal/cm² bzw. 51 cal/cm² bei Neuschneedecke im Dezember ab. Die maximalen Stundenmittel der Strahlung des bedeckten Himmels betrugen in jedem Monat ca. 40% der Globalstrahlung bei wolkenlosem Himmel. Als höchste Momentanintensität diffuser Strahlung wurden im Juli 0,82 cal/cm² min registriert.Bei wechselnder Bewölkung erreichen die Momentanintensitäten in den Monaten hohen Sonnenstandes häufig Werte von 140 bis nahezu 150% der entsprechenden Globalstrahlungsintensität bei wolkenlosem Himmel. Die absoluten Globalstrahlungsmaxima lagen bei 2,20 bis 2,25 cal/cm²min (Mai bis Juli), das sind 118% der Solarkonstante.Im Jahresdruchschnitt erhält die Station bei wolkenlosem Himmel um 3% weniger, bei bedecktem Himmel um 30 bis 35% mehr Strahlung als eine freiliegende Stelle in der Niederung (200 m).Die Globalstrahlung wurde bei den verschiedenen Witterungsfällen in Beziehung gesetzt zur Sonnenscheindauer, zur Globalbeleuchtungsstärke und zur Tagesschwankung der Temperatur oberflächennaher Bodenschichten. Letztere Beziehung weicht ab von bisherigen Kenntnissen aus dem Tiefland und stellte sich als ökologisch wichtige Standortskonstante heraus, indem sie sich nicht jahreszeitlich ändert, sondern von Standort zu Standort je nach dem Grad der Windausgesetztheit.Die für die Nettoassimilationsleistung von Jungzirben wichtige Nadeltemperatur wird in ihrer Abhängigkeit von der Strahlung untersucht und ihre Bedeutung für sommerliche Hitzeschäden und winterliche Frostschäden erörtert. Auf den Einfluß der winterlichen Strahlungsverhältnisse für assimilationshemmende Chlorophyllzerstörungen sowie auf die UV-Strahlung als begrenzender Faktor für Pilzschäden an der Zirbe wird hingewiesen.Dichte Zirbenbestände vermindern die bis zum Boden gelangende Strahlung auf durchschnittlich 8% bei sonnigem Wetter, auf 15% bei diffuser Strahlung, bezogen auf die Basisstation. Dadurch wird für die Naturverjüngung des Bestandes nur in den drei Monaten höchsten Sonnenstandes maximale Stoffproduktion aus der Photosynthese sichergestellt. In den übrigen Monaten herrscht Lichtmangel, was zusammen mit der Niederschlagsverringerung auf wenige Prozent des Freilandwertes bewirkt, daß sich diese Beständenicht verjüngen. Eine Lärchenbeimischung von etwa einem Drittel erhöht die Strahlungsdurchlässigkeit auf das doppelte. In reinem Lärchenbestand steigen die bis auf den Boden gelangenden Strahlungsmengen auf den dreifachen Wert des dichten Zirbenbestandes an, was bei Behinderung der Belüftung zu starker Überwärmung des Bodens und vermutlich zu seiner weitgehenden Sterilität (Verarmung der Bodenfauna und-vegetation) führt.Abschließend wird gezeigt, daß die wichtigsten Pflanzengesellschaften der Kampfzone aus dem Strahlungsangebot einen sehr verschiedenen Wärmegewinn ziehen, indem die mittleren Albedowerte bei wolkenlosem Himmel von einer Vegetationseinheit zur anderen zwischen 14 und 28% schwanken. Durch Zeichnung der Tagesgänge der Albedo wird deutlich, daß die Strahlung maximal zur Zeit des örtlichen Sonnenaufgangs absorbiert wird.

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Summary Measurements of solar and sky radiation, of global illumination and of sunshine duration were carried out in a glade of a stone-pine and larch wood somewhat below the upper tree limit at 1940 m altitude in the Ötztal. During the vegetation period 1953, radiation conditions within the stone-pine and larch woods themselves were investigated as well as the influence of radiation on soil and plant temperatures and the albedo of the principal plant communities of the transition region.With cloudless sky, the elevations of the horizon reaching on the average 22° cause a loss of 28 per cent for the annual sum of radiation. The maximum of the daily radiation sum reaches 755 cal/cm². Midday intensities are always higher by 11 to 12 per cent than those in the lowland (200 m). Daily sums of sky radiation are, in the months without snow cover, somewhat reduced by the natural horizon; fresh fallen snow may raise the sum of sky radiation by 40 per cent, because of multiple reflexion and slope influence. With overcast sky, radiation conditions are more variable; the highest hourly mean values amount to 40 per cent of those with cloudless sky. The highest instantaneous intensity of diffuse radiation was recorded in July, being 0,82 cal/cm². With varying cloudiness and in summer, instantaneous intensities often reach values of 140 to 150 per cent of the global radiation intensity with cloudless sky. On the average of a year, the station gets less radiation with cloudless sky (3 per cent) and more radiation with overcast sky (30 to 35 per cent) than an open place in the lowland (200 m).Beside other relations the global radiation was studies as function of the daily variation of the surface temperature; it was found not to vary with the seasons, but to depend locally on the degree of exposure to wind.Dense stone-pine woods reduce the radiation at ground level to 8 per cent, on the average, with sunny weather, and to 15 per cent with diffuse radiation. Therefore, during the three months of highest sun elevation only, photosynthesis is effective enough to make possible the natural regeneration of the wood. There is lack of light during the rest of the year which, in addition to the reduction of the precipitation by the trees themselves, makes a regeneration impossible. If a third of the trees consists of larches the permeability for radiation is doubled. In a pure larch wood the radiation penetrating to the ground reaches the threefold value of the dense stone-pine wood which, because of reduced ventilation, leads to strong overheating of the soil and probably to its great sterility.The principal plant communities of the transition region absorb different heat quantities from the available radiation according to the mean albedo values varying between 14 and 28 per cent from one vegetation unit to another; most radiation is absorbed at the time of local sunrise.

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Résumé Des mesures de rayonnement solaire et céleste, d'éclairement global et d'insolation ont été faites dans une clairiére d'une forêt de mélèzes et d'arolles de l'Ötztal à 1940 m. d'altitude; elles ont compris en outre pendant la période de végétation de 1953 des enregistrements de rayonnement dans la population forestière même, de la température du sol et des essences ainsi que de leur albédo.Par temps clair l'horizon relevé entraine une perte de rayonnement global de 28% en moyenne. Le maximum journalier s'élève à 755 cal/cm². L'intensité à midi est supérieure à celle de la plaine. Le rayonnement céleste est un peu réduit par l'horizon naturel; il est par contre accru par réflexion multiple lorsque la neige recouvre le sol.Par ciel couvert le rayonnement est plus variable; il s'élève en moyenne à 40% de celui des jours clairs. L'intensité instantanée maximum de rayonnement diffus s'observe en juillet avec 0,82 cal/cm²min. Par nébulosité variable les valeurs instantanées atteignent souvent en été le 140 à 150% de celles du rayonnement global par ciel serein. La station reçoit en moyenne par ciel sans nuages moins de rayonnement (3%), par ciel couvert plus de rayonnement (30 à 35%) qu'une station de plaine (200 m).Le rayonnement global considéré en fonction de la variation diurne de la température superficielle du sol ne varie pas selon les saisons, mais dépend du degré d'exposition au vent.Un peuplement dense d'arolles diminue du 8% le rayonnement atteignant le sol par temps clair, de 15% par rayonnement diffus. Ainsi le rajeunissement de la forêt n'est-il assuré que pendant les trois mois de hauteur solaire maximum, lors du maximum de l'effet de la photosynthèse; pendant le reste de l'année il y a insuffisance de lumière ce qui, joint à la diminution de la pluie par le peuplement lui-même, ne peut assurer le rajeunissement. Le mélange de mélèzes à raison d'un tiers environ double la perméabilité au rayonnement. Dans un peuplement pur de mélèzes le rayonnement atteignant le sol est trois fois celui du bois dense d'arolles ce qui provoque une surchauffe du sol et entraine probablement sa stérilité partielle.Les principales populations végétales de la zone de transition vers les hauteurs absorbent des quantités d'énergie radiative très différentes par suite de leur albédo qui varie entre 14 et 28%; cette absorption est maximum au moment du lever local du soleil.

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Mit 16 Textabbildungen     

Energy blance of the Arctic

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

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

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

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With 17 Figures

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