Die Modifikation einer Luftmasse durch die nächtliche Abkühlung der Erdoberfläche

Zusammenfassung Im Anschluß an eine frühere Untersuchung über die Theorie der nächtlichen Abkühlung der bodennahen Luftschicht (Reuter [3]) wird die Modifikation einer Luftmasse durch Austausch und Eigenstrahlung beim nächtlichen Abkühlungsprozeß behandelt. Gegenüber anderen derartigen Untersuchungen (Schwerdtfeger [1] undTaylor [2]) tritt im Falle der nächtlichen Abkühlung der Erdoberfläche eine zeitlich veränderliche Temperatur der Unterlage auf. Im Abschnitt I wird mit Hilfe der bereits in meiner früheren Arbeit abgeleiteten Formeln bei Vernachlässigung der Eigenstrahlung der Luft für verschiedene als konstant angenommene Austauschwerte der Aufbau einer ursprünglich adiabatisch geschichteten Atmosphäre nach einer 6-bzw. 12stündigen nächtlichen Abkühlung berechnet (siehe Abb. 1. bis 3). Man erkennt vor allem aus diesen Abbildungen gut die Ausbildung der Bodeninversion. In Abschnitt II wird dann versucht, neben der Modifikation der Luft durch Austauschvorgänge auch die Eigenstrahlung zu berücksichtigen. Für bodennahe Luftschichten, bei denen vorausgesetzt wird, daß sie nur mit der Erdoberfläche in Strahlungsaustausch stünden, gelingt die Aufstellung einer entsprechenden Differentialgleichung mit Hilfe einer vonPanofsky [6] aus dem Strahlungsdiagramm vonElsasser abgeleiteten Beziehung. Eine allgemeine Integration der Differentialgleichung durch Quadraturen, erscheint undurchführbar, so daß versucht wird, nur zwei Sonderfälle zu behandeln. Im ersten Sonderfall, nämlich dem alleiniger Abkühlung der Luft durch Eigenstrahlung, ergibt sich eine Lösung, die in Abb. 4 veranschaulicht ist. Im zweiten Fall, nämlich dem größerer Austauschbeträge, kann gezeigt werden, daß für die bodennahen Schichten (2 m Höhe) die Abkühlung durch Eigenstrahlung gegenüber der durch Austausch bis zu Beträgen vonA=1 g pro cm und sek herunter praktisch vernachlässigt werden kann.

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Summary In addition to a former paper of mine on the theory of nocturnal cooling of atmospheric layers near the ground (Reuter [3]) the modification of air masses through eddy conductivity and radiative cooling during the night is being dealt with. In comparison with other studies in this line (Schwerdtfeger [1] andTaylor [2]) in case of nocturnal cooling of the surface of earth the temperature of the ground varies in the progress of time. Using the formula derived in my former paper, in chapter I the modification of an air mass through nocturnal cooling of the ground after 6 resp. 12 hours is calculated. The radiative cooling of the air is hereby neglected and the eddy coefficient is assumed as being constant. Figures 1 to 3 show the result of this calculation under the assumption that the atmosphere at the beginning of the cooling process has an adiabatic lapse rate. By these figures especially the formation of the ground inversion can be recognized. In chapter II attempt is made to calculate the modifications of the atmosphere, both by eddy conductivity and by radiative cooling. As regards atmospheric layers near the ground, the setting up of a differential equation can be obtained under the condition that the atmospheric layers are in radiative connection with the surface of earth only, but not between each other. In the differential equation a relation is used obtained byPanofsky [6] from the atmospheric radiation chart ofElsasser.The general integration of this differential equation meets great difficulties. Therefore only the solution of special cases is attempted. In the first case, neglecting the eddy conductivity, only the radiative cooling of the atmosphere is dealt with. See Figure 4. In the second case, where the eddy coefficient is assumed to be larger than 1 g per cm and sec, the radiative cooling of atmospheric layers near the ground (about 2 m high) can be practically neglected.

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Résumé Faisant suite à une étude antérieure sur la refroidissement nocturne de la couche d'air voisine du sol (Reuter [3]) l'auteur examine la transformation d'une masse d'air par échange turbulent et rayonnement lors du refroidissement nocturne. A la différence d'autres recherches analogues (Schwerdtfeger [1] &Taylor [2]) la température du sol n'est ici pas constante. La première partie est consacrée au calcul de la variation de température d'une atmosphère à gradient vertical primitivement adiabatique, au bout de 6 ou 12 h. de refroidissement nocturne; on se sert pour cela des formules établies dans un précédent travail, en négligeant le rayonnement propre de l'air et en adoptant une valeur fixe de l'échange turbulent (v. fig. 1 à 3). Les figures montrent nettement la formation d'une inversion de température au voisinage du sol. Dans la deuxième partie, l'auteur essaye de tenir compte en outre du rayonnement propre de l'atmosphère. En ce qui concerne les couches d'air basses dont on suppose qu'elles n'échangent de l'énergie rayonnante qu'avec le sol, il est possible d'établir une équation différentielle à l'aide d'une relation quePanovsky [6] a tirée dudiagramme de rayonnement deElsasser. Toutefois l'intégration de cette équation n'est pas possible, de sorte qu'il faut se borner à deux cas particuliers. Dans le premier cas, où seul le rayonnement entre en jeu, une solution apparaît qu'illustre la figure 4. Dans le second cas où l'échange turbulent est prépondérant, on peut montrer que pour les couches basses (2 m. de hauteur) la perte de chaleur par rayonnement est pratiquement négligeable vis à vis de la perte par échange turbulent jusqu'à la valeur minimum deA=1 g. par cm. par sec. pour ce dernier.

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Mit 4 Textabbildungen     

Wirkungsbereiche und Häufigkeit der natürlichen Gefrierkerne

Zusammenfassung Die in den Wolken stark verbreitete Unterkühlbarkeit des Wassers sowie die Wirkungsweise der Gefrierkerne wurden im Laboratorium untersucht. Dabei wurden im Gefrierkernspektrum Maxima bei –4, –11 bis –12 und –19°C gefunden. Änderungen der Untersuchungsbedingungen beeinflussen nur die Höhe, nicht aber die Temperatur der Maxima. Auch eine künstliche Beeinflussung des Spektrums ist möglich und äußert sich in gleichem Sinne. Die Stärkere Unterkühlbarkeit kleiner Tropfen (im 3. Maximum) wird als rein statistischer Volumeneffekt erkannt. Wäßrige Lösungen zeigen das Gefrierkernspektrum um die Gefrierpunktserniedrigung verschoben. Diese Ergebnisse sowie die nachgewiesene allgemeine Gültigkeit des Gefrierkernspektrums führen zu dessen Deutung durch temperaturbedingte Strukturänderungen des Wassers; sie erklären die deutlich erkannte Bevorzugung derselben Temperaturbereiche bei der atmosphärischen Niederschlagsbildung, was keine der bisherigen Niederschlagstheorien vermag.Der Gefrierkerngehalt des Wassers wird bestimmt und es wird nachgewiesen, daß diese früh wirkenden Kerne auch im natürlichen Aerosol in genügender Anzahl vorhanden sind. In den verschiedenen Luftmassen werden sehr unterschiedliche Gefrierkerngehalte festgestellt: polare Luftmassen enthalten viele und sehr früh wirkende Gefrierkerne, in rein subtropischen Luftmassen fehlen diese nahezu vollständig. Daraus ist auf maritimen Ursprung dieser Gefrierkerne zu schließen.Zwischen –40° und –50°C, je nach erfaßter Luftmasse, vereist die Mischwolke ganz, nach einem schon früher einsetzenden Anstieg der Eisteilchenzahl. Dabei sind wieder Gefrierkerne beteiligt, und zwar etwa 200 per cm³. Der für die homogene Keimbildung charakteristische starke Anstieg der Eisteilchenzahl tritt erst bei Annäherung an –70°C auf. Die hier gebildete kubische Modifikation des Eises wird durch neue Beobachtungen belegt.Schließlich wird noch die kernfreie Eiskeimbildung durch dielektrische Polarisation erwähnt, welche bei geringer Unterkühlung ausgelöst werden kann, die mechanischen Gefrierauslösungen erklärt und auch in der Atmosphäre vorkommen muß.

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Summary The supercooling of water which is found most frequently in clouds, as well as the mechanism of action of freezing nuclei were investigated in the laboratory. The spectrum of freezing nuclei was found to have maxima at –4, –11 to –12 and –19°C. Alterations of the investigation conditions influence only the height but not the temperature of the maxima. Also an artificial influence on the spectrum is possible, and it has the same effect. The fact that small droplets can be supercooled to lower temperatures (in the 3rd maximum) is proved to be merely a statistical volume-effect. Aqueous solutions show the spectrum of freezing nuclei displaced by the lowering of the freezing point. These results and the ascertained general validity of the spectrum of freezing nuclei lead to its interpretation by changes of the structure of water itself, which are determined by temperature. They explain the fact that the formation of atmospheric precipitation prefers the same regions of temperature whereas none of the hitherto existing precipitation theories can do that.The content of freezing nuclei in water is determined, and it is shown that these early active nuclei are also present, in a sufficient number, in the natural aerosol. The contents of freezing nuclei found in various air masses show a great variation: polar air masses contain many and very early active freezing nuclei; these are nearly entirely absent in subtropical air masses. Thence it is concluded that these freezing nuclei are of maritime origin.Between –40° and –50°C, according to the investigated air mass, the mixed cloud, consisting of crystals and droplets, freezes entirely, following an increase of the number of ice particles which takes place somewhat earlier. Freezing nuclei participate in this process, again, their number being of the order of 200/cm³. The strong increase of the number of ice nuclei which is characteristic for the homogeneous formation of particles, takes place only if the temperature approaches –70°C. The cubic modification of ice formed at this temperature is proved by further observations.Finally, we mention the formation of ice particles bare of nuclei by dielectric polarisation which can be caused at slight supercooling. It explains the mechanical release of freezing, a process which should also occur in the atmosphere.

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Résumé L'eau surfondue, un état très fréquent dans les nuages, et la manière dont les noyeaux glaçogènes agissent pour former de la glace ont été l'objet de recherches au laboratoire. Au cours de ces expériences, le spectre des noyaux glaçogènes montrait des maxima aux températures de –4, –11 à –12 et –19°C. Des changements dans les conditions expérimentales n'influencent que la hauteur mais pas les températures des maxima. Une influence artificielle sur le spectre est possible et se mainifeste dans le même sens. Le fait que des gouttelettes plus petites peuvent être surfondues à des températures plus basses, fut décelé comme n'étant qu'un effet statistique causé par le volume.Les solutions aqueuses montrent aussi le spectre des noyeaux glaçogènes, mais le spectre y est déplacé par l'abaissement du point de cristallisation. Ces résultats et la validité commune du spectre des noyaux glaçogènes impliquent l'explication de ce spectre par les changements de la structure de l'eau elle-même par la température. Ils expliquent aussi la préférence des mêmes températures lors de la formation des précipitations atmosphériques, ce qu'aucune théorie à ce sujet n'a pu faire jusqu'ici.En mesurant le contenu de l'eau en noyaux glaçogènes on trouve que l'aérosol naturel contient aussi un nombre suffisant de ces noyaux à effet précoce. Dans les diverses masses d'air, le contenu en noyaux glaçogènes est très différent: les masses d'air polaires en contiennent un grand nombre à effect très précoce, dans les masses d'air subtropicales ces noyaux manquent presque complètement. Il s'en suit que ces noyaux glaçogènes sont très probablement d'origine maritime.Entre –40 et –50°C, suivant l'origine de la masse d'air en question, les nuages mixtes, composés de cristaux de glace et de gouttelettes d'eau, gèlent complètement après augmentation préalable du nombre des particules de glace, à laquelle participent de nouveau des noyaux glaçogènes à raison d'environ 200 par cm³. L'augmentation intensive du nombre des particules de glace, caractéristique pour la formation homogène, ne commence qu'en s'approchant de –70°C; de nouvelles observations confirment qu'à cette température se forme une modification cubique de la glace.L'auteur discute encore la formation de la glace par la polarisation diélectrique qui se fait sans noyaux. Elle produit des germes de glace à des températures peu inférieures à 0°C, explique les nucléations mécaniques et doit aussi exister dans l'atmosphère.

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Mit 14 Textabbildungen.     

Ergänzung zur Arbeit: „Zur Physik der Taubildung an der Erdoberfläche”

Zusammenfassung In einer früheren Arbeit wurde auf Grund der Voraussetzung eines höhenkonstanten Austauschkoeffizienten eine Tauformel abgeleitet und diskutiert, die für größere Turbulenz Abweichungen von der Wirklichkeit zeigt. Durch zusätzliche Überlegungen werden nun die nachteiligen Folgen des Rechnens mitA = const. behoben.     

Über theoretische Formeln zur Berechnung der nächtlichen Abkühlung der Erdoberfläche und über ihre Anwendungsmöglichkeiten

Theoretical and Applied Climatology - Im Anschluß an Abhandlungen vonReuter undGroen werden unter Voraussetzung allgemeinerer Anfangsbedingungen neue Abkühlungsformeln für den Fall...     

Photometer mit Selen-Photoelement zur spektralen Messung der Sonnenstrahlung und zur Bestimmung der Wellenlängenabhängigkeit der Dunsttrübung

Zusammenfassung Zur laufenden Bestimmung der Dunsttrübung der Atmosphäre standen bisher fast nur Aktinometer zur Verfügung. Diese Geräte besitzen zur Messung der Sonnenstrahlung thermische Empfangselemente; um die Dunsttrübung und ihre Wellenlängenabhängigkeit genau zu erhalten und von der Absorption des Wasserdampfes zu trennen, sind Filtermessungen (Differenzmessungen) und zeitraubende Auswertungen nötig.Es wurde nun ein handliches Kleinphotometer mit Selen-Photoelement als Empfänger entwickelt, mit dem die Blau- und die Rotstrahlung der Sonne gemessen wird. Zur Auswahl der geeignetsten Photoelemente wurden Messungen über kurzzeitige Ermüdung und Temperaturabhängigkeit des Photostromes sowie über die spektrale Empfindlichkeitsverteilung verschiedener Fabrikate und Typen angestellt. Auch die Temperaturabhängigkeit der Durchlässigkeit verschiedener Filter wird untersucht. Für die Sonnenphotometer werden das Schott-Filter BG 12 und eine dem RG 1 ähnliche, aber viel weniger temperaturabhängige Farbfolie benutzt; die Filterschwerpunkte liegen bei 0,44 und 0,64 . Eine besondere Einrichtung am Sonnenphotometer erlaubt die direkte Ablesung der optischen LuftmasseM. Die Auswertung der Messungen erfolgt mit dem abgeänderten Trübungsdiagramm nachSchüepp und liefert den TrübungskoeffizientenB sowie den Wellenlängenexponenten , durch den die Größenverteilung des Aerosols charakterisiert wird; aus der geschätzten SichtweiteS _v undB kann die HöheH _D der homogenen Dunstatmosphäre berechnet werden.

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Summary Until now only actinometers have been used for the routine determination of the turbidity of the atmosphere by haze. These instruments have thermal receivers for solar radiation. Filter measurements (difference measurements) and laborious evaluations are needed to determine the haze extinction and its wavelength dependency and to separate it from the water vapour absorption.A handy little photometer has now been developed with the aid of which the blue and the red radiation of the sun can be measured. The receiver is a selenium photoelement. For a selection of the best type of photoelement the short time fatigue and the temperature coefficient of the photocurrent as well as the distribution of the spectral sensitivity have been measured. The temperature dependence of the transmission of different glass and foil filters has also been studied. For the new sun photometer the Schott filter BG 12 and a filter like the RG 1 are used; the effective wavelengths of incoming radiation are 0,44 and 0,64 . The photo-current is measured by a technical microammeter. A special device at the sun photometer allows the direct reading of the optical air massM. The evaluation of the radiation measurements with the modified turbidity diagram bySchüepp leads to the turbidity coefficientB and the wave-length exponent , by which the size distribution of the aerosol is characterized. From the estimated visibility rangeS _v andB the scale heightH _D of the homogenized haze layer can be calculated.

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Résumé On ne disposait jusqu'ici pour déterminer le trouble atmosphérique que d'actinomètres à éléments récepteurs thermiques pour la mesure du rayonnement solaire. Il faut des filtres et des calculs fastidieux pour obtenir avec exactitude l'extinction de l'aérosol et pour séparer l'extinction de l'absorption par la vapeur d'eau.L'auteur a mis au point un petit photomètre maniable à cellule au sélénium permettant la mesure des radiations bleues et rouges du soleil. Pour choisir le meilleur type d'éléments photoélectriques, on a exécuté des mesures de fatigue, du coefficient de température du courant photoélectrique, de la distribution spectrale de la sensibilité, ainsi que de l'effet de température sur la transparence des filtres de Schott. Pour le nouveau photomètre on utilise le filtre BG 12 de Schott ainsi qu'une feuille colorée semblable au filtre RG 1 de Schott mais avec une dépendance de température moins prononcée; leurs longueurs d'onde effectives pour le rayonnement solaire sont 0,44 et 0,64 . Le courant se mesure au moyen d'un microampèremètre, et une échelle spéciale permet la lecture directe de la masse optiqueM. Le diagramme deSchüepp modifié donne le coefficient de troubleB ainsi que l'exposant de longueur d'onde qui caractérise la distribution de grandeur de l'aérosol. A partir de la visibilitéS _v et deB on peut calculer la hauteur de l'atmosphère troublée homogène.

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Mit 16 Textabbildungen     

Die Temperaturabhängigkeit der Wasserführung schmelzwassergenährter Flüsse

Zusammenfassung Über dem Patagonischen Eisgebiet fällt jährlich ein Niederschlag von 7000 bis 8000 mm, fast ausschließlich in fester Form. Dazu kommen noch Nebelfrostablagerungen und an der Ostseite des Hauptkammes der Kordilleren eine sehr erhebliche Schneeverdriftung. Das Wasser der Flüsse Rios Leona und Santa Cruz stammt nahezu in seiner Gesamtheit aus dieser Gletschermasse und ist daher temperaturabhängig. Da die nahe der Wasserscheide herrschenden Lufttemperaturen unbekannt sind, wurden aus den Beobachtungen dreier am Ostfuße der Kordilleren gelegenen Stationen Monatsgebietsmittel der Temperatur berechnet. Ihrem Jahresgang folgt mit einer zweimonatigen Verzögerung ein ähnlicher Jahresgang des Abflusses. Ihre Beziehung zueinander wird beim Rio Leona durch einen Korrelationskoeffizienten 0,942 und beim Rio Santa Cruz sogar durch einen Korrelationskoeffizienten 0,978 charakterisiert. Demnach kann aus der Abweichung des jeweiligen beobachteten Monatsmittels der Temperatur vom Normalwert der zwei Monate später erfolgende Wasserablauf mit befriedigender Wahrscheinlichkeit vorhergesagt werden.

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Summary Over the ice-covered region of Patagonia a precipitation of 7000 to 8000 mm a year occurs, nearly the whole of it in solid form. This amount of water is further increased by the deposition of suspended and supercooled water droplets of the low clouds and, to the East of the watershed, by the enormous quantity of snow transported by the wind. The water of the rivers Leona and Santa Cruz originates almost totally in that bulk of glaciers and, therefore, their stream-flow depends on the temperature. We do not know the air temperatures in the region of the main divide, hence we had to construct an average of the zonal monthly temperatures based on the observations of three stations located to the East of the Cordillera. The annual variation of this temperature average was contrasted with that of the stream-flow of the two rivers, allowing for a delay of the latter of two months. The correlation coefficient between the two series is 0.942 with respect to the river Leona and 0.978 with respect to the river Santa Cruz. Consequently, the approximate stream-flow two months later can be forecast from the difference between the mean temperature of a certain month and its normal temperature.

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Resumen Debido a las condiciones geográficas, que brevemente se exponen, se produce sobre el Hielo Patagónico una precipitación de 7000 á 8000 mm anuales de agua, casi enteramente en forma sólida. A ella se sume otra cantidad considerable, en parte por deposición de agua contenida en las nubes bajas en estado de suspensión y sobrefusión; en parte, al Este de la divisoria, debido al transporte de la nieve por el viento. El agua del sistema fluvial de los Ríos Leona y Santa Cruz proviene casi en su totalidad de esta mole glacial y por lo tanto, su caudal depende de la temperatura. Ya que desconocemos las temperaturas del aire reinantes en la región de la divisoria principal, se calculó un promedio mensual de la zona sobre la base de las observaciones de tres estaciones situadas al pié oriental de la Cordillera. Su marcha anual se contrastó con la del caudal de los ríos, admitiendo que este último lleva un retraso de dos meses. Se halló para las dos series una correlación de 0,942 con respecto al Río Leona y de hasta 0,978 con referencia al Río Santa Cruz. En consecuencia, contrastando la diferencia de la temperatura media de un cierto mes con la normal, se puede pronosticar en forma aproximada los caudales de los dos ríos que se producirán dos meses más tarde. Las observaciones disponibles indicaron que la probabilidad de acierto de la predicción era de 72,8% y 76,8% respectivamente.

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Résumé 7000 à 8000 mm de précipitations tombent chaque année sur les territoires gelés de la Patagonie; il s'agit presque exclusivement de précipitations solides. On constate en plus des dépôts de givre et des quantités très importantes de neige, transportées par le vent sur le versant oriental de la Cordillère. L'eau du Rio Leona et du Rio Santa Cruz provient dans sa presque totalité de ces masses de glace et dépend, par conséquent, de la température. Comme on ignore la température qui règne au voisinage de la ligne de partage des eaux, on a calculé des moyennes mensuelles de la température valables pour des régions entières. Pour ce faire, on est parti d'observations effectuées en trois points situés au pied est de la Cordillère. L'évolution annuelle du débit suit celle de la température avec un retard de deux mois. Le coefficient de corrélation des deux séries ainsi obtenues est de 0,942 pour le Rio Leona, voire de 0,978 pour le Rio Santa Cruz. Il est ainsi possible de déterminer deux mois à l'avance et de manière satisfaisante les quantités d'eau qui s'écouleront par les dites rivières en considérant les écarts de la température par rapport à la normale.

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Mit 1 Textabbildung     

Ein Kurzverfahren zur Bestimmung der langwelligen Ausstrahlung dicker Atmosphärenschichten

Zusammenfassung Für eine Reihe von Atmosphärenmodellen, die untereinander gleiche Temperaturschichtung und konstante relative Feuchtigkeit, aber verschieden hohe Temperatur und Feuchtigkeit im festen Niveau haben, wird der NettostrahlungsstromE in 400 mb und am Boden durch Berechnungen in den bekannten Strahlungsdiagrammen bestimmt. Es läßt sich zeigen, daßE ₄₀₀ (E _B ) als Funktion der Temperaturt ₄₀₀ (t _B ) und der Feuchtigkeit bzw. des Taupunktes ₄₀₀ ( _B ) dargestellt werden kann [Abb. 1 und 3, Gl. (1) und (3)], ählich, wie das für die effektive Strahlung des BodensE _B bereits früher durch die Formeln vonÅngström, Brunt u. a. geschehen ist. Wolkenschichten können durch Korrektionsfaktoren berücksichtigt werden. Die Abweichungen zwischen den so gewonnenen Strahlungssummen und den durch Planimetrieren im Strahlungsdiagramm berechneten sind im Durchschnitt kleiner als 3,5% (11%), für die Differenz E=E ₄₀₀–E _B sind sie kleiner als 6%.

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Summary For a series of model atmospheres which have the same stratification of temperature and constant relative humidity but different temperatures and humidities at a fixed level, the net radiation fluxE at 400 mb and at the surface are determined by computations in the well known radiation charts. It is shown thatE ₄₀₀ (E _B ) can be represented as a function of the temperaturet ₄₀₀ (t _B ) and humidity resp. dew point ₄₀₀ ( _B ) [Fig. 1 and 3, formula (1) and (3)], in a similar manner as the outgoing radiationE _B is already approximated by the formulae ofÅngström, Brunt, a. o. Cloud layers may be accounted for by correction factors. The differences between the radiation fluxes found in this way and those computed by integration in a radiation chart are in the average smaller than 3.5% (11%); with E=E ₄₀₀–E _B , the differences are smaller than 6%.

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Résumé Pour plusieurs modèles de l'atmosphère qui ont la même structure par rapport à la température et une humidité relative constante, mais à un niveau fixe des températures et humidités différentes, on calcule à l'aide de diagrammes de radiation connus le flux net de radiationE pour 400 mb et au sol. On peut montrer queE ₄₀₀ (E _B ) peut être représenté comme fonction de la températuret ₄₀₀ (t _B ) et de l'humidité, resp. du point de rosée ₄₀₀ ( _B ) [Fig. 1 et 3, formules (1) et (3)], tout comme cela a déjà été fait pour la radiation effective au solE _B grâce aux formules d'Ångström, deBrunt et d'autres. Par un facteur de correction on tient compte des couches de nuages. Les écarts entre les sommes de radiation ainsi obtenues et celles calculées à l'aide des diagrammes de radiation sont en moyenne plus petits que 3,5% (11%), la différence E=E ₄₀₀–E _B ne dépasse pas 6%.

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Mit 4 Textabbildungen.     

Ein Strahlungsempfänger mit kugelförmiger Empfängerfläche zur Bestimmung des Extinktionskoeffizienten in Gletschern

Zusammenfassung Zur Ermittlung des Extinktionskoeffizienten der Globalstrahlung im Gletscher, der für die innere Ablation von Bedeutung ist, wurde ein Strahlungsempfänger mit kugelförmiger Fläche gebaut. Dieses Gerät gewährleistet eine gleichmäßige Berücksichtigung der Streustrahlung aus allen Raumrichtungen. Die Empfindlichkeit des Gerätes ist in Verbindung mit einem Kipp-Spiegelgalvanometer (A70) groß genug, um im Gletscher Messungen bis 200 cm Tiefe durchzuführen. Das Gerät ist im Prinzip ein Thermoelement aus Vacoplus-Thermokonstantan, dessen Lötstelle die Übertemperatur einer kleinen Bleikugel (4 mm Durchmesser) mißt. Es werden Hinweise für die optimale Dimensionierung des Gerätes gegeben. Man erhält für die gemessenen Tiefen (20 bis 170 cm) im Gletscher einen Extinktionskoeffizienten der Totalstrahlung vom Betrage 0,0150/cm bis 0,0180/cm. Er ist von der Tiefe unabhängig und bestätigt damit die exponentielle Strahlungsabsorption für die Globalstrahlung.

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Summary A radiation receiver with a spherical surface was constructed to determine the extinction coefficient of the total radiation in a glacier. This coefficient is important in connexion with the inner ablation. The apparatus guarantees a uniform absorption of the diffuse radiation from all directions. Its sensitivity, when connected with a Kipp mirror galvanometer (A70), is large enough to carry out measurements within the glacier to a depth of 200 cm. In principle, the apparatus is a thermocouple consisting of Vacoplusthermoconstantan the soldered joint of which measures the relatively higher temperature of a lead sphere (4 mm diameter). Indications are given for optimal dimensions of the apparatus. At different depths within the glacier where measurements were made (20 to 170 cm) an extinction coefficient of the global radiation of 0,0150/cm to 0,0180/cm was found. The coefficient is independent on depth and confirms, thereby, the exponential absorption for total radiation.

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Résumé L'auteur a construit un récepteur sphérique pour évaluer le coefficient d'extinction du rayonnement global dans le glacier, coefficient dont la connaissance est importante pour le calcul de l'ablation interne. Cet instrument permet d'évaluer de façon uniforme le rayonnement diffus provenant de toutes les directions; sa sensibilité est suffisante pour effectuer, avec un galvanomètre à miroir de Kipp (A70), des mesures jusqu'à 200 cm. de profondeur dans le glacier. Il est constitué en principe par un thermocouple de Vacoplusthermoconstantan dont la soudure mesure l'excès thermique d'une petite boule de plomb (diamètre de 4mm). Indications concernant les dimensions les plus avantageuses de l'instrument. Les mesures faites de 20 à 170 cm. de profondeur fournissent un coefficient d'extinction du rayonnement global de 0,0150/cm. à 0,0180/cm. Il ne dépend pas de la profondeur et confirme ainsi l'allure exponentielle de l'absorption du rayonnement global.

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Mit 4 Textabbildungen     

Bemerkungen zur Frage der Eiskeimbildung im frostübersättigten Bereich

Zusammenfassung Es wird die Frage untersucht, wie die neuerdings recht gut fundierten Vorstellungen über die Wirkungsweise der Gefrierkerne (Weickmann u. a.) mit der Tatsache in Einklang zu bringen sind, daß der überwiegende Teil der atmosphärischen Kondensationskerne Mischkerne darstellen, deren feste, unlösliche Bestandteile mit einer Lösungshülle umgeben sind. Danach wäre zu erwarten, daß ein wesentlicher Teil der Gefrierkerne bereitsvor Erreichen derWassersättigung Eisteilchenbildung bewirkt. Dies steht im Widerspruch zu allen bisherigen Beobachtungen, nach denen Eiskeimbildung erst bei Wassersättigung einsetzt. Eine mögliche Erklärung wird darin gesehen, daß die Gefrierkerne erst beigrößerer Verdünnung der Kernlösung ansprechen können. Auf Grund dieser Vorstellung muß unterschieden werden zwischen den Kernen, die bei den Kondensationsprozessen verbraucht wurden, und den unbenutzt zurückgebliebenen kleineren Kernen (Findeisens Gefrierkerne 1. und 2. Art).

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Summary The question is discussed how the rather well-founded modern theories on the function of freezing nuclei (Weickmann and others) can be accorded with the fact that the greater part of the condensation nuclei are mixed nuclei the solid, indissoluble parts of which are covered by an envelope of solution. It could be expected accordingly, that an essential part of the freezing nuclei causes formation of ice particles already before saturation with respect to water is reached. This is at variance with all former observations showing formation of ice germs only at the beginning of water saturation. There is a possible explanation in the assumption that the freezing nuclei are effective only if the solution of the nuclei is rather diluted. By this theory a difference must be made between nuclei consumed by the condensation processes and the smaller ones which are left over unconsumed (Findeisen's freezing nuclei of 1st and 2nd kind).

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Résumé On étudie la question de savoir si ce que l'on admet au sujet du rôle des noyaux de congélation (Weickmann, etc.) est compatible avec le fait que dans l'atmosphère le plus grand nombre des noyaux de condensation dans l'atmosphère est formé de noyaux mixtes dont la fraction solide et insoluble est enveloppée d'une solution. On devrait s'attendre à ce qu'une partie importante des noyaux de congélation provoque la formation de cristaux avant même que la saturation de vapeur sur l'eau soit atteinte. Cela contredit toutes les observations faites jusqu'ici d'après lesquelles la formation de centres cristallins ne commence qu'avec la saturation de vapeur sur l'eau. On peut entrevoir une explication dans le fait que les noyaux de congélation ne réagissent que lorsque leur solution est plus diluée. Se fondant sur cette hypothèse, on doit distinguer entre noyaux «utilisés» dans les processus de condensation et noyaux plus petits «non utilisés» restants (Noyaux de condensation de première et deuxième espèce selonFindeisen).

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Mit 3 Textabbildungen.     

Die Verwertung der Höhenwetterkarte zur Beurteilung der Wetterwirksamkeit von Kaltfronten in den Südalpen

Zusammenfassung Viele Kaltfronten, die mit Südkurs den Alpenhauptkamm überschreiten und in das Südalpengebiet eindringen, sind dort außerordentlich wetterwirksam. Andere Kaltfronten, die über die Alpen hinwegziehen, werden dagegen in den Südalpen durch Föhnerscheinungen fast völlig aufgelöst.In vorliegender Arbeit wird an Einzelbeispielen das Verhalten von Kaltluftströmungen beim Überqueren der Alpen und beim Eindringen in das Südalpengebiet eingehend untersucht. Dabei zeigt sich, daß durch charakteristische Merkmale der Strömmungen eine einwandfreie Unterscheidung der beiden Arten von Kaltlufteinbrüchen in das Südalpengebiet möglich ist. Vor allem lassen sich beide Fälle durch Anwendung der Höhenwetterkarte gut auseinanderhalten.Es ergibt sich, daß eine Kaltfront dann die Südalpen wetterwirksam überquert, wenn dieses Gebiet auf der Vorderseite eines in der Höhenkarte in Erscheinung tretenden Höhentroges liegt, daß dagegen die Front durch Föhnwirkung aufgelöst wird, wenn die Südalpen auf der Rückseite des Höhentroges liegen.

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Summary Many cold fronts which cross the principal crest of the Alps in a Southerly direction and penetrate into the region are very avtive in that region. Other cold fronts, however, die out almost completely when crossing the Southern Alps, due to Föhn phenomena.In the present paper, the behaviour of cold air currents crossing the Alps and penetrating the Southern Alps region is thoroughly discussed by analysing individual examples. Thereby it is shown that a clear distinction between the two kinds of cold air invading the Southern Alps region can be drawn from considering the characteristic features of the airstream. Both cases can be easily recognised by examination of the relevant upper air charts.Cold fronts are active in the Southern Alps when this region lies ahead of a high-level trough in the upper air: whilst cold fronts die out through the effect of the Föhn when the Southern Alps lie to the rear of a high-level trough.

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Résumé De nombreux fronts froids dirigés vers le Sud et qui traversent les Alpes se révèlent extrêmement actifs sur le versant sud, de cette chaîne. D'autres fronts au contraire disparaissent presque complètement en franchissant le faîte montagneux à cause du phénomène de foehn.On examine ici des cas déterminés de passages de masses d'air froides par-dessus les Alpes et leur écoulement sur le versant opposé. En repérant certaines caractéristiques de ces courants, il est possible de distinguer nettement les deux types d'invasion froide au Sud des Alpes. Cette distinction est particulièrement facile par l'emploid des cartes de pression en altitude.On constate alors qu'un front froid reste actif en traversant les Alpes lorsque la partie antérieure d'un couloir de basse pression en altitude se trouve sur le versant sud, mais qu'il y a frontolyse par foehn lorsque la partie postérieure de ce couloir se trouve sur cette région.

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Mit 11 Textabbildungen.     

Die Intensität der direkten Sonnenstrahlung bei Nordföhn auf der Alpensüdseite

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

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

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

     

Ein thermoelektrischer Strahlungsbilanzmesser zur Bestimmung der in oberflächennahen Eisschichten eines Gletschers absorbierten Strahlungsenergie

Zusammenfassung Zur Untersuchung der Abnahme der Strahlungsbilanz in den oberflächennahen Schichten eines Gletschers wurde ein thermoelektrischer Strahlungsbilanzmesser gebaut. Er hat eine Empfängerfläche von nur 7,5 mm Durchmesser. Durch seine kleine Ausführung wird eine fast störungsfreie Messung der Strahlungsbilanz in der Oberschicht des Eises möglich, woraus eine direkte Berechnung des Energieumsatzes in dieser Schicht erfolgen kann. Weiter werden einige Hinweise zur Berechnung der optimalen Drahtquerschnitte der zwischen den Empfängerflächen befindlichen Thermosäule gegeben.Die in reinem Gletschereis ausgeführten Strahlungsbilanzmessungen ergaben in der oberflächennahen Schicht (0 bis 20 cm) einen mittleren Extinktionskoeffizienten von 0,14 cm^–1. In Tiefen unter 20 cm ist der Extinktionskoeffizient konstant 0,0184 cm^–1. In 1 bis 2 cm Eistiefe sind bereits 50% des Energieangebotes an der Oberfläche absorbiert; in 10 cm Tiefe sind nur noch 10% der Oberflächenenergie vorhanden. Damit nimmt die Strahlungsbilanz in der Oberschicht etwas stärker ab als die Totalstrahlung, die mit einem kugelförmigen Empfänger gemessen wird.

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Summary A thermoelectric instrument was built to investigate the drop of radiation balance in the top ice layers of a glacier. The radiation sensitive area of the instrument has a diameter of no more than 7,5 mm and allows nearly undisturbed measurement of the radiation balance. The data obtained permit a direct calculation of the energy transformations taking place in these layers. Calculations are given of the optimum wire size for the thermoelectric elements between the two receiver plates.Measurements were made in pure glacier ice. The average extinction coefficient in the layers from 0 to 20 cm depth was found to be 0,14 cm^–1. Below that depth the extinction coefficient assumes a constant value of 0,0184 cm^–1. Half of the incident energy is absorbed in the first 1 or 2 cm. At a depth of 10 cm only 10 percent of the energy remain. Thus the radiation balance decreases somewhat more sharply than the short-wave radiation measured with a spherical receiver.

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Résumé On a construit un appareil de mesure thermoélectrique du bilan de rayonnement pour étudier la diminution de ce bilan dans les couches voisines de la surface d'un glacier. Il a une surface réceptrice d'un diamètre de 7,5 mm seulement; sa petitesse permet une mesure du bilan de rayonnement dans la couche superficielle de la glace sans y apporter de trouble essentiel, d'où résulte un calcul direct de l'échange d'énergie dans cette couche. On donne quelques indications concernant le calcul des sections les plus favorables des conducteurs de l'élément thermoélectrique placé entre les surfaces réceptrices.Les mesures faites dans la glace pure de glacier ont fourni pour la couche voisine de la surface (0 à 20 cm) un coefficient moyen d'extinction de 0,14 cm^–1; au-delà de 20 cm, le coefficient est constant et égal à 0,0184 cm^–1. A une profondeur de 1 à 2 cm, le 50% de l'énergie incidente est déjà absorbé, à une profondeur de 10 cm le 90%. Ainsi le bilan de rayonnement diminue dans la couche superficielle un peu plus rapidement que le rayonnement global mesuré par récepteur sphérique.

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Mit 4 Textabbildungen

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Dem Gedenken an Dr.Franz Sauberer gewidmet.     

Über den nächtlichen Wärmeumsatz der gefrorenen Gletscheroberfläche

Zusammenfassung Nach Messungen am Vernagtferner (Ötztaler Alpen) in ungefähr 3000 m Höhe wird der nächtliche Wärmeumsatz der gefrorenen Gletscheroberfläche studiert. Es zeigt sich, daß die Schmelzwärme des gefrierenden Wassers als wesentliches Teilglied der Wärmebilanz in derselben Größenordnung in Erscheinung tritt wie der fühlbare Wärmestrom aus der Luft zum Eis. Schon ein sehr geringer Schmelzwassergehalt des Eises (geschätzt 0,026 g cm^–3) bedeutet für den nächtlichen Energieumsatz eine beeutende Wärmequelle. Die Abkühlung des Eises drint in klaren Nächten etwa 10 bis 15 cm in das Eis ein und kann mit 10 bis 15 cal cm^–2 angegeben werden. Theoretische Ansätze zeigen, daß die nach Frostnächten beobachtete Verzögerung des Beginns des Schmelzvorganges an der Oberfläche bei beginnender kurzwelliger Einstrahlung durch die Annahme eines Absorptionskoeffizienten des Gletschereises von etwa 0,15 cm^–1 auch quantitativ erklärt werden kann. Die Berechnung der Temperaturänderung des Eises nach Frostnächten wurde auf allgemeinere Störfunktionen erweitert.

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Summary On the basis of measurements carried out on the Vernagtferner (Oetztal Alps) at approximately 3000 m altitude the nocturnal heat balance of the frozen glacier surface is discussed. It was found that the heat of fusion of the freezing water is an essential component of the heat balance showing the same order of magnitude as the heat current from air to ice. A very small melting-water content in the ice (estimated 0,026 g·cm^–3) means quite aconsiderable source of heat for the nocturnal energy exchange. In clear nights, the cooling of the ice reaches depths of 10 to 15 cm and amounts to 10 to 15 cal. cm^–2. Theoretical considerations show that the delay of the beginning of the melting-process at the surface observed after frost nights, when short-wave radiation is setting in, can be explained also quantitatively by assuming an absorption coefficient of the glacier ice of about 0,15 cm^–1. The calculation of the temperature variation of the ice after frost nights is extended to more generalized perturbation functions.

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Résumé L'auteur présente une étude des échanges calorifiques nocturnes de la surface glaciaire d'après des mesures effectuées à environ 3000 m. d'altitude sur le Vernagtferner dans les Alpes de l'Oetztal. On constate que la chaleur de solidification de l'eau représente dans le bilan thermique un facteur ordre de grandeur que l'apport de chaleur de l'air à la glace. Une faible teneur de la glace en eau de fusion (estimée à 0,026 g · cm^–3) constitue pour les échanges calorifiques nocturnes déjà une source de chaleur appréciable. Le refroidissement de la glace par nuits claires se fait sentir jusqu'à 10 à 15 cm de profondeur et représente environ 10 à 15 cal·cm^–2. Des considérations théoriques montrent que le retard du début de la fusion superficielle après des nuits à gelée, dèe que commence le rayonnement à courte longueur d'onde, s'explique quantitativement en admettant und coefficient d'absorption de la glace d'environ 0,15 cm^–1. L'auteur calcule la variation de température de la glace après des nuits à gelés au moyen de fonctions généralisées de perturbation.

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Mit 4 Textabbildungen.     

Die Veränderlichkeit der Globalbeleuchtungsstärke in Wien

Zusammenfassung Auf Grund 8 jähriger Registrierungen der Globalbeleuchtungsstärke in Wien mit einer durch Filter der Augenempfindlichkeit angepaßten Selenphotozelle wird eine Isoplethendarstellung der Beleuchtungsstärke entworfen. Tages- und Jahresgänge der Beleuchtungsstärke zeigen bemerkenswerte Unsymmetrien, die im Hinblick auf ihre Ursachen diskutiert werden.Zur Beurteilung der Veränderlichkeit der Globalbeleuchtungsstärke werden für die Stunden 5–6, 8–9, 11–12, 15–16 und 18–19 Uhr Häufigkeitsverteilungen abgeleitet. Da die Variationsbreite im Laufe des Jahres sehr großen Änderungen unterworfen ist, wurde als variables Maß für die Klassenintervalle die halbe durchschnittliche Abweichung von den Mittelwerten gewählt, um in allen Monaten und zu allen Tageszeiten eine ungefähr gleiche Zahl von Klassen zu erhalten. Die Häufigkeitsverteilungen zeigen eine auffallende Unsymmetrie in dem Sinn, daß in den Monaten November bis Februar die kleineren Beleuchtungsstärken, in den Monaten Mai bis August aber die größeren Werte der Beleuchtungsstärke häufiger vorkommen, während die Übergangsmonate annähernd symmetrische Häufigkeitsverteilungen aufweisen.

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Summary On the basis of 8-year records of the illumination from sund and sky at Vienna obtained by a selenium rectifier cell adapted by filters to eye sensitivity the intensity of illumination is represented by means of isopleths. Daily and annual variation of the luminous intensity show considerable asymmetries which are discussed with a view to their causes. To consider the variability of the global illumination intensity frequency distributions were derived for the hours 5–6, 8–9, 11–12, 15–16, and 18–19. The range of variations being subject to great changes in the course of a year the half average deviation from the mean values has been chosen as a variable measure for the class intervals. In this way, in all months and at all times of the day, about the same number of classes could be obtained. The frequency distributions show a pronounced asymmetry to the effect that, in the months november till february, the smaller intensities and, in the months may till august, the higher values of illumination intensity occur, while approximately symmetrical frequency distributions are found during the transitional months.

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Résumé Etablissement d'un réseau d'isoplèthes de l'intensité lumineuse globale sur la base de 8 ans d'enregistrements à Vienne à l'aide d'une cellule au sélénium adaptée an moyen de filtres a la vision de l'oeil. L'intensité lumineuse présente des asymétries remarquables dans les variations diurne et annuelle dont l'auteur examine les causes.On a établi des distributions de fréquence de la luminosité globale pour les intervalles de 5–6, 8–9, 11–12, 15–16 et 18–19 h. Comme la dispersion des mesures est très grande au cours de l'année, on a choisi comme variable pour les intervalles de classes la moitié de l'écart moyen des moyennes pour obtenir dans tous les mois et toutes les heures du jour un nombre à peu près égal de classes. Les distributions de fréquence sont nettement asymétriques, dans ce sens que les plus faibles intensités lumineuses apparaissent de novembre à février et les plus fortes de mai à août, tandis que les mois intermédiaires présentent des distributions à peu près symétriques.

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Mit 2 Textabbildungen.     

Kritische Bemerkung zur Frage der Temperatur-abhängigkeit der Ozonverteilung

Zusammenfassung A. undE. Vassy haben in der Frage der Temperatur-abhängigkeit des Ozongehalts der Atmosphäre aus der Gleichung loge _n –logJ _n logK(T _n ) geschlossen, daß auch die Gleichung loge _n logJ _n +logK(T _n ) gültig sei. Es wird hier nun gezeigt, daß die bei der ersten Gleichung erlaubten Vernachlässigungen bei der zweiten zu großen Fehlern führen können und daß daher von A. undE. Vassy kein Beweis für die Richtigkeit der Beziehunge=J.K(T) erbracht ist.

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Summary In the question of temperature dependence of ozone content of the atmosphere A. andE. Vassy have concluded from the equation loge _n –logJ _n logK(T _n ) that also the formula loge _n logJ _n +logK(T _n ) must be valid. In this paper it is proved that the neglections which may be admitted for the first equation, can conduct to great errors. Therefore A. andE. Vassy have not produced a proof for the correctness of the equatione=J.K(T).

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Résumé A. etE. Vassy en étuidant le problème de la teneur de l'ozone atmosphérique en relation avec la température ont admis que l'équation loge _n –logJ _n logK(T _n ) entraînait aussi la relation loge _n logJ _n +logK(T _n ). On montre ici que les simplifications admises pour la première équation conduisent pour l'application de la seconde à de fortes erreurs, et que par conséquent ces auteurs n'ont pas fourni de preuve de la justesse de la relatione=J.K(T).