The size spectrum of condensation nuclei by a new form of the ionic mobility method

Summary A novel form of ionic mobility spectrometer is described, based on the intrinsic properties of the construction of thePollak-Nolan nucleus counter. It is used for the size-frequency analysis of an artificial aerosol of Aitken nuclei at various stages in its decay. The first, construction of the instrument has been found to perform quite satisfactorily; suggestions for its improvement are discussed.

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Zusammenfassung Es wird ein neues Modell für ein Spektrometer zur Bestimmung der Ionenbeweglichkeit beschrieben, das auf den wesentlichen Konstruktionseigenschaften des Kernzählers vonPollak undNolan beruht. Es wird zur Analyse der Größenverteilung eines künstlichen Aerosols von Aitken-Kernen in verschiedenen Zerfallstadien benützt. Das Instrument hat sich in seiner ersten Ausführung als recht befriedigend erwiesen, und es werden Anregungen für seine Verbesserung diskutiert.

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Résumé L'auteur présente un nouveau modèle de spectromètre pour la mesure de la mobilité des ions. Cet appareil est basé sur les propriétés de conception du compteur de noyaux dePollak etNolan. Il s'emploie pour analyser la répartition des grandeurs d'un aérosole artificiel comprenant des noyaux de Aitken à différents stades de décomposition. L'instrument est tout à fait satisfaisant dans sa forme originale et l'on présente différentes suggestions pour l'améliorer encore.

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With 2 Figures     

A condensation method particle size spectrometer

Summary A condensation method of measuring the size frequency distribution of Aitken nuclei is described. Making use of thePollak-Nolan photoelectric nucleus counter it is based on the removal of the nuclei activated at various overpressures from the counter by precipitation and the counting of those that remain. Various stored aerosols are investigated by means of it and the decay mechanisms of these aerosols discussed in the light of the results obtained. The value of the exhaustion method of finding diffusion coefficients is also examined.

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Zusammenfassung Es wird eine Kondensationsmethode zur Messung des Häufigkeitsspektrums der Größenverteilung von Aitken-Kernen beschrieben. Unter Benützung des photoelektrischen Kernzählers vonPollak undNolan beruht sie darauf, daß die aktivierten Kerne bei verschiedenen Überdrucken durch Ausfällung ausgeschieden und die übrigbleibenden ausgezählt werden. Mit dieser Methode wurden verschiedene gespeicherte Aerosole untersucht und auf Grund der Ergebnisse der Zerfallsmechanismus dieser Aerosole diskutiert; es wurde auch die Eignung der Evakuierungsmethode zur Bestimmung von Diffusionskoeffizienten untersucht.

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Résumé L'auteur décrit une méthode permettant de mesurer par condensation le spectre des fréquences de la répartition des grosseurs de noyaux d'Aitken. Cette méthode repose sur le principe suivant: On élimine les noyaux activés sous différentes pressions par sédimentations successives. Les noyaux restant sont alors dénombrés par le compteur photoélectrique de noyaux mis au point parPollak etNolan. L'auteur a étudié par cette méthode divers aérosoles conservés et il discute, sur la base des résultats obtenus, le mécanisme de désagrégation de ces aérosoles. Il a également étudié si la méthode par évacuation se prêtait à la détermination des coefficients de diffusion.

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With 1 Figure     

Sampling of condensation nuclei by means of a mobile photo-electric counter

Summary A motor van was equipped with an improved photo-electric nuclei counter and samples of condensation nuclei were taken during travels in Ireland on 19 days. Nuclei measurements were made at 15 places in the Dublin area and at 19 stations during two traverses of Ireland and at the Atlantic Coast. The new model of the counter and its accessories are described in detail and a working drawing of the counter given in order to facilitate standardisation and to enable the users to apply the same calibration table which may be obtained on request from the School of Cosmic Physics. The mobile laboratory used in the nuclei survey of Ireland is depicted and both its equipment and the procedure of measurement during travel, including the necessary precautions and possible sources of error, are discussed.One noteworthy result deduced from observations made in polar air, is the uniformity of nuclei distribution over the whole of Ireland if contamination from nuclei produced by human activity is avoided. Another conspicuous feature, which was common to three consecutive days at the Atlantic Coast when there were passing showers in the morning, clearing afterwards and with the wind from the sea throughout, is the enormous fluctuation in the numbers of nuclei within a matter of minutes and from concentrations of about 100 nuclei per cm³ up to as high as 206000 per cm³ within three quarters of an hour.

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Zusammenfassung Ein Automobil wurde mit einem verbesserten photoelektrischen Kernzähler ausgerüstet und Messungen des Gehaltes an Kondensationskernen wurden in Irland während zahlreicher Meßfahrten an 19 Tagen vorgenommen; Kernzählungen wurden an 15 Orten im Gebiete von Dublin und an 19 Stationen während zweier Durchquerungen von Irland und an der atlantischen Küste durchgeführt.Das neue Modell des Kernzählers und die erforderlichen Hilfsgeräte werden im einzelnen beschrieben und eine Werkstattzeichnung des Zählers gegeben, um die Standardisierung des Instrumentes zu erleichtern und zu ermöglichen, daß die Benützer dieselbe Eichtabelle verwenden können, welche von der School of Cosmic Physics bezogen werden kann. Das mobile Laboratorium, das bei den Meßfahrten in Irland benützt wurde, wird abgebildet und seine Einrichtung, die Meßmethode, die notwendigen Vorsichtsmaßnahmen bei den Messungen und die Fehlerquellen besprochen.Bemerkenswert ist das Meßresultat, daß die in Polar-Luftmassen gefundenen Kernzahlen eine große Gleichmäßigkeit der Kernverteilung über ganz Irland aufweisen, wenn Verunreinigung durch Kondensationskerne, welche von Industrie-Anlagen, Hausbrand oder Motorfahrzeugen herrühren, vermieden wird. Das andere hervorstechende Merkmal, welches an drei aufeinander-folgenden Tagen an der Küste des atlantischen Ozeans bei Seewind, leichten Schauern am Vormittag und nachheriger Aufklärung beobachtet wurde, besteht in kurzzeitigen und außerordentlich großen Schwankungen der Kernzahl; so konnten an einem Beobachtungstage innerhalb 3/4 Stunden Schwankungen von ungefähr 100 Kernen im cm³ bis zu 206000 Kondensationskernen gemessen werden.

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Résumé Des mesures de la teneur en noyaux de condensation ont été faites en Irlande à l'aide d'un compteur de noyaux photoélectrique amélioré, placé sur une automobile qui effectua de nombreuses courses pendant 19 jours. Des dénombrements de noyaux furent faits en 15 endroits dans la région de Dublin et à 19 stations au cours de deux traversées de l'Irlande, ainsi que sur la côte atlantique.On décrit en détail le nouveau modèle de compteur de noyaux et ses accessoires et on donne une épure de l'appareil afin de faciliter sa normalisation et de permettre aux usagers d'utiliser le même tableau d'étalonnage fourni par la School of Cosmic Physics. On représente le laboratoire mobile employé lors des trajets d'observation en Irlande et on discute ses installations intérieures, la méthode de mesure, les précautions à prendre lors des mesures et les sources d'erreur.Comme résultat intéressant on peut signaler que le nombre de noyaux dans les masses d'air polaire présente dans toute l'Irlande une répartition très uniforme si l'on évite les endroits pollués par des noyaux provenant d'installations industrielles, du chauffage domestique ou de véhicules à moteur. Un autre résultat remarquable observé lors de trois jours consécutifs d'observation sur la côte atlantique, par brise de mer, faibles averses le matin suivies d'éclaircies, consiste en des variations rapides et extrêmement fortes du nombre de noyaux; c'est ainsi qu'un jour, en trois quarts d'heure, on a observé des variations allant de 100 noyaux par cm³ environ à 206000 noyaux.

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With 8 Figures.     

Erfahrungen mit dem automatischen Kondensationskernzähler

Zusammenfassung Es wird über Erfahrungen mit einem früher an dieser Stelle beschriebenen automatischen Kondensationskernzähler berichtet und speziell die Abhängigkeit der gemessenen Kernzahl von Expansionsgrad, Temperatur und relativer Feuchtigkeit untersucht, sowie die Einstellung einer konstanten Empfindlichkeit beschrieben.

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Summary Experiments are reported with the automatic condensation nuclei counter, which has already been described in this review. Adjustment for a constant sensitivity is described. The dependence of the number of nuclei upon the degree of expansion, temperature and relative humidity is especially studied.

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Résumé L'article rapporte des expériences faites avec un compteur automatique de noyaux de condensation, qui auparavant déjà a été décrit dans cette revue. Il examine en particulier la dépendance du nombre des noyaux mesuré du degré d'expansion, de la température et de l'humidité relative et décrit aussi la mise au point d'une sensibilité constante.

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Mit 6 Textabbildungen.     

Untersuchungen zum Problem der Aktivität kleiner Kondensationskerne

Zusammenfassung Es werden Experimente mit Mischwolken- und Expansionskammern zur Prüfung der Aktivität der Aitkenkerne beschrieben und mit der Theorie vonH. Köhler undChr. Junge verglichen. Dabei wird festgestellt, daß eine Übersättigung von ungefähr einem halben Prozent ausreichend ist, um den größten Teil aller mit einem Aitkenkernzähler bei einer Volumenvergrößerung von 25% gezählten Kerne zu aktivieren. Da die genannte Theorie zur Aktivierung der Gesamtheit der Aitkenkerne eine wesentlich höhere Übersättigung erfordert, konnte eine Übereinstimmung zwischen Theorie und Meßergebnissen nicht gefunden werden.Es ließ sich ferner zeigen, daß bei adiabatischer Expansion der freiwerdende Wasserdampf sich in ungefähr 100 ms an den Kernen so weitgehend angelagert hat, daß sich der möglicherweise noch nicht kondensierte freie Dampf der Messung entzieht. Dieses Verhalten ist in erster Näherung unabhängig von der Expansionsgeschwindigkeit, bei sehr schneller Expansion ist die Wolke bereits nach 1 bis 2 ms nachweisbar. Die außergewöhnlich große Schnelligkeit, mit der sich die Kondensation vollzieht, läßt es wahrscheinlich erscheinen, daß die in der freien Atmosphäre sich ausbildenden Übersättigungen den Wert von 1 nicht überschreiten, so daß für die Bildung natürlicher Wolken nur die Gruppe von Kernen in Frage kommt, die bei so kleiner Übersättigung bereits aktiviert wird. Auf Grund der Versuchsergebnisse liegt die Annahme nahe, daß im Gegensatz zur bisher gewöhnlich vertretenen Auffassung ein sehr großer Teil der Aitkenkerne zu dieser hochaktiven Kerngruppe gehört.

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Summary The author describes experiments with mixed cloud and expansion chambers for the examination of the activity of Aitken nuclei and compares them with the theory ofH. Köhler andChr. Junge. He states that a supersaturation of about half a percent is sufficient to actuate most of the nuclei counted by means of an Aitken nucleus counter with an increase of volume of 25%. Since this theory requires a considerably higher supersaturation for actuating all Aitken nuclei, a correspondence between theory and results of measurements could not be found.Further-on it could be demonstrated that with adiabatic expansion the released water vapour combines with the nuclei in approximately 100 millisec to such an extent that possibly not yet condensed free vapour is not detectable. This reaction is in first approximation independent of the expansion speed; with very rapid expansion the cloud is already traceable after 1–2 millisec. The extremely high speed of the condensation makes it probable that the supersaturations of the free atmosphere do not exceed 1, so that in the formation of natural clouds only that group is involved which is already actuated with such small supersaturation. The results of the experiments lead to the assumption that, contrary to the conception hitherto generally recognized, a very large quantity of the Aitken nuclei belongs to this highly active group of nuclei.

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Résumé L'auteur décrit des expériences faites au moyen de chambres d'expansion et de nuages de turbulence, expériences destinées à déterminer l'activité des noyaux d'Aitken. Le résultat en est alors comparé à la théorie deH. Köhler et deChr. Junge. Au cours des dites expériences, on a constaté qu'une sursaturation de 0,5% environ suffisait pour rendre visible la plus grande partie de tous les noyaux pouvant être décomptés par un compteur de noyaux d'Aitken dans le cas d'une augmentation de volume de 25%. Comme la dite théorie réclame une sursaturation notablement supérieure pour permettre de dénombrer la totalité des noyaux d'Aitken, il est impossible d'établir un parallèle entre la théorie et le résultat des mesures.L'expérience démontre en outre qu'après 100 millisecondes la vapeur d'eau libérée en cas d'expansion adiabatique est déjà à tel point absorbée par les noyaux que celle qui pourrait ne pas s'être encore condensée échappe à la mesure. Ce comportement est, à la première approximation près, indépendant de la vitesse d'expansion. Si cette dernière est très rapide, on peut déjà constater la présence du nuage après 1 à 2 millisecondes. La rapidité extraordinaire avec laquelle la condensation se produit laisse à penser que, dans l'atmosphère libre, la sursaturation ne dépasse guère 1. Dans la formation des nuages naturels, le groupe de noyaux qui sont actifs par une aussi faible sursaturation entre seul en cause. Sur la base des dites expériences, on peut facilement admettre que, contrairement à ce qui était reconnu jusqu'ici, une très grande partie des noyaux d'Aitken se range dans ce groupe des noyaux hautement actifs.

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Mit 15 TextabbildungenVon der Fakultät für Allgemeine Wissenschaften der Technischen Hochschule Aachen genehmigte Dissertation (D 82 Diss. T.H. Aachen), Berichterstatter Prof. Dr.F. Schultz-Grunow und Prof. Dr.H. Israël, Tag der mündlichen Prüfung 28. Februar 1961.     

The control of the electrical conductivity of the lower atmosphere

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

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

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

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

Die Beeinflussung des Mikroklimas und der Bodenstruktur durch künstliche Beregnung

Zusammenfassung Um den Anteil an beweglichem Wasser im Boden zu erfassen, wird eine vonGilbert angegebene Methode weiterentwickelt, bei der künstliche Druckschwankungen dem Boden aufgegeben werden und ihr Abklingen im Boden gemessen wird. Die theoretischen Unterlagen wurden so weit geklärt und geformt, daß die Auswertung der Messung auf ein einfaches Rechenschema zurückgeführt werden kann; die verwendeten Geräte sind einfach zu handhaben. An einem Beispiel werden die Einzelheiten der Messung und Auswertung dargelegt.Von den vorliegenden zweijährigen Erfahrungen werden die Messungen auf der Domäne Schloßböckelheim ausführlich behandelt. Die mikroklimatischen Messungen bestätigen die früheren Erfahrungen, während die Messungen des Bodenwassers die großen Unterschiede in der Wirkung der Schwachbzw. Starkberegnung auf verschiedenen Bodenarten erkennen lassen.

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Summary A method for determining the share of moving water in the soil described byGilbert has been further developed; artificial variations of pressure are transmitted to the soil and their fading is measured. The theoretical assumptions are clarified and transformed so far that the evaluation of the measurement is reduced to a simple arithmetical scheme; the instruments used are easy to handle. An example demonstrates the particulars of measurement and evaluation.Of the two years' experience at hand the measurements on the Schlossböckelheim domain are dealt with in detail. The microclimatic measurements confirm the former experience, while the measurements of the soil water content show the large differences as to the effect of slight or abundant irrigation on different kinds of soil.

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Résumé Afin de déterminer la part d'eau mouvante dans le sol les auteurs reprennent et développent une méthode qui a été décrite parGilbert, dans laquelle on applique sur le sol des ondes artificielles de pression dont on mesure l'amortissement dans le sol. Les donneés théoriques ont été transformées de telle manière que le dépouillement des mesures peut être fait à l'aide de simples schémas de calcul. Les instruments sont également faciles à manier. Un exemple démontre tous les détails d'une mesure et de son dépouillement.Les auteurs étudient ensuite les expériences faites au cours de deux années de mesures dans le domaine de Schlossböckelheim. Les mesures microclimatiques confirment les expériences antérieures tandis que les mesures de l'eau du sol démontrent les grandes différences dues à l'effet d'un arrosage faible ou intense sur des sols de nature différente.

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Mit 17 Textabbildungen     

Zur Realität der Zerlegung von Häufigkeitsverteilungen in Normalkurven

Zusammenfassung Für eine Reihe von Stationen wird die Häufigkeitsverteilung langjähriger täglicher Niederschlagswerte in Normalkurven zerlegt; diese Zerlegung wurde nach einer vom Autor stammenden Methode sowie unabhängig davon nach einer Methode vonDoetsch durchgeführt. Die nach beiden Methoden berechneten 20 Beispiele ergeben nur in zwei Fällen eine schlechte Übereinstimmung, welche durch die größere Auflösefähigkeit der MethodeDoetsch bedingt ist. Es kann gefolgert werden, daß für meteorologische Zwecke die vom Autor vorgeschlagene Methode besser geeignet ist und daß in allen Fällen eine unabhängige Zerlegung möglich ist, in denen sich ein Kollektiv zwingend erfassen läßt, wobei dieses nicht immer das Randkollektiv zu sein braucht.

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Summary The frequency distribution of the daily amounts of many years' precipitation of a series of stations is split up into normal curves; this split is made by a method of the author and independently by one ofDoetsch. 20 examples are computed by means of the two methods and an insufficient concordance results only in two cases; these are due to the greater capacity of disintegration by the method ofDoetsch. It can be concluded that for meteorological purposes the method of the author is better and that in all cases an independent split is possible, where one collective can be embraced whereat this needs not necessarily be a marginal collective.

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Résumé Pour une série de stations, on démontre la décomposition en courbes normales de la répartition de la fréquence des hauteurs diurnes des précipitations. Ce procédé fut effectué indépendamment à l'aide d'une méthode développée par l'auteur d'une part et d'une méthode deDoetsch d'autre part. Les 20 exemples soumis aux deux méthodes concordent bien, excepté dans deux cas, ce qui d'ailleurs est dû au plus grand pouvoir de décomposition de la méthodeDoetsch. Il semble que la méthode de l'auteur convienne mieux aux besoins de la météorologie. D'autre part, cette décomposition est possible indépendamment dans tous les cas où un collectif peut être compris sans qu'il doive toujours s'agir ici d'un collectif marginal.

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Mit 6 Textabbildungen     

Geoelektrische Tiefenmessungen in Tälern

Zusammenfassung Für ein idealisiertes Tal mit halbkreisförmigem Profil werden einige für dieWenner-Anordnung der Elektroden sich ergebende Widerstandskurven berechnet. Sie besitzen den Habitus gewisser Dreischichtkurven, können aber wenigstens für große Werte des Widerstandsverhältnisses doch nicht leicht mit diesen verwechselt werden, weil sie einen doppelt so großen Anstieg aufweisen als die entsprechenden Zweischichtkurven.

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Summary Resistance curves for the arrangement of electrodes as indicated byWenner are calculated for the case of an idealized valley with a semicircular profile. They resemble certain three-layer curves, but cannot easily be mistaken for those, at least not for high values of the resistance ratio, as they show a slope twice as great as the corresponding two-layer curves.

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Résumé On calcule quelques courbes de résistance concernant des électrodes disposées selon le schéma deWenner dans une vallée idéale à profil semi-circulaire. On connaît l'allure de certaines courbes relatives à trois couches, mais on ne peut les confondre avec celles dont il est question, au moins pour les fortes valeurs du rapport de résistance, car ces dernières présentent une pente deux fois plus grande que les courbes correspondantes relatives à deux couches.

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Mit 1 Textabbildung.     

Über das Verhalten des atmosphärischen Dunstes am Alpensüdfuß

Zusammenfassung Aus vier Jahren Aktinometermessungen wurden für die Station Locarno-Monti (Schweiz) die Schüeppschen Trübungsparameter berechnet. Die Eintrittszeit der Tagesmaxima für den Dunstgehalt der Luft weist eine deutliche Jahreszeitenabhängigkeit auf. In Übereinstimmung mit der Schmidtschen Theorie des Massenaustausches läßt sich die Ausbeuterate der bodennahen Kernquellen durch ein Exponentialgesetz beschreiben. Häufigkeitskurven zeigen für den Trübungskoeffizienten für alle Jahreszeiten eine linksseitig schiefe Verteilung. Auf Grund theoretisch-dunstoptischer Beziehungen wurde eine Typisierung für das tageszeitliche Verhalten des Dunstzustandes vorgenommen. Änderungen in der Anzahl und Größenverteilung der Dunstpartikel werden durch die Typeneinteilung auf meteorologische Ursachen, Umgebungseinflüsse sowie auf Vorgänge im Teilchenbestand selbst zurückgeführt.

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Summary Using a four year period of actinometric measurements turbidity parameters according toW. Schüepp have been calculated for the station Locarno-Monti (Switzerland). The time of occurence of the daily maximum for the atmospheric haze content shows a marked annual variation. In accordance with Schmidt's theory of vertical mass exchange an exponential law for the exploitation rate of nuclei sources near the ground may be formulated. Frequency curves for the turbidty coefficient are positively skewed for every season. Based on considerations in theoretical haze optics the diurnal behaviour of dust conditions is classified. By means of this classification changes in the amount and in the size distribution of dust particles are connected with meteorological and environmental factors, as well as with events occuring to the particles themselves.

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Résumé Partant de quatre années de mesures action métriques à Locarno-Monti (Suisse), l'on calcule pour cette station les paramètres de trouble atmosphérique d'aprèsW. Schüepp. Le moment où intervient le maximum journalier de la teneur de l'air en brume montre une nette dépendance saisonnière. En accord avec la théorie de l'échange de masse deW. Schmidt, l'on constate que le taux d'exploitation des sources de noyaux près du sol obéit à une loi exponentielle. Les courbes de fréquence du coefficient de trouble représentent, en toute saison, une fonction de distribution dissymétrique tombant plus rapidement vers les faibles valeurs de la variable. En s'appuyant sur des considérations théoriques de l'optique des brumes, l'on propose une classification du comportement journalier du trouble atmosphérique en différentes types. Pour chacun de ces types, les variations de concentration et de granulométrie des particules de brume sont rapportées aux causes météorologiques, aux influences du milieu ambiant, ainsi qu'aux modifications des particules ellesmêmes.

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Mit 6 Textabbildungen

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

Messung von kurzperiodigen Schwankungen der Luftionisation

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

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

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

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Mit 5 Textabbildungen.     

Untersuchung über den Zusammenhang zwischen maximalem Höhenwind und Gewittertätigkeit

Zusammenfassung Der einzige Faktor, der nachH. Dessens [1] Gewitter zu schweren Hagelgewittern werden läßt, ist ein sehr starker Horizontalwind in Höhen zwischen 6000 und 12000 m. Mit Hilfe statistischer Methoden wird untersucht, wie am Alpensüdfuß das Auftreten von Gewittern und Hagel vom Betrag und von der Richtung der Geschwindigkeit des Höhenwindes abhängt. Es stellt sich dabei heraus, daß hier der Zusammenhang zwischen diesen beiden Größen wenig ausgeprägt ist. Von der Gesamtheit der Faktoren, die bewirken, daß ein Gewitter zu einem schweren Hagelgewitter wird, beträgt der Anteil der Geschwindigkeit des horizontalen Höhenwindes weniger als 10%.

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Summary According toH. Dessens [1] the only factor that changes a thunderstorm into an intense hailstorm is a strong horizontal wind at heights between 6000 and 12000 m. The dependence of thunderstorm and hail on the direction and speed of upper wind on the southern slope of the Alps has been investigated by means of statistical methods. No significant correlation was found between these two values in this region. Of the factors which cause heavy hail during a thunderstorm the contribution of the speed of horizontal wind in altitudes amounts to less than 10%.

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Résumé D'aprèsH. Dessens [1], le seul élément qui puisse déclencher de fortes chutes de grêle à partir d'un orage est un très fort vent horizontal entre 6000 et 12000 m d'altitude. Les auteurs examinent par des méthodes statistiques dans quelle mesure l'apparition d'orages et de grêle dépend, au sud des Alpes, de la force et de la direction du vent en altitude. Il en découle que, dans cette région, la relation entre le vent en altitude d'une part, les orages et la grêle d'autre part est peu marquée. Dans l'ensemble des facteurs qui provoquent la transformation d'un orage commun en un orage fortement grêligène, la vitesse du vent horizontal en altitude ne représente qu'un poids inférieur à 10%.

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Mit 3 Textabbildungen     

Die Verwendung von Kontinuitätsdiagrammen in der nordalpinen Wetterprognose

Zusammenfassung Mit Hilfe desHovmöller-Diagrammes wird die Überlagerung von Wellenbewegung und Gruppengeschwindigkeitseffekt studiert und das Ergebnis für eine 4- bis 5tägige Mittelfristprognose im nordalpinen Raum verwendet. Die Föhn- und Stauwirkung wird dabei durch die geostrophische Meridionalkomponente der Strömung im 500 mb-Niveau berücksichtigt, deren Einfluß mittels eines zu diesem Zwecke entwickelten Kontinuitätsdiagrammes (Meridional-Zirkulations-Diagramm=MZD) prognostisch abgeschätzt werden kann. Die Anwendungsmöglickeit für solche Diagramme wird schließlich durch die Monate Januar und Februar 1957 mit Beispielen belegt.

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Summary With the aid ofHovmöller's trough-and-ridge diagram the superposition of wave motion and group velocity is studied and the results are being applied to four to five-days extended range forecasts for the northern alpine region. The influence of foehn and barrage is taken into account by the geostrophic meridional component of the 500 mb circulation at 45 degrees northern latitude. A continuity diagram (Meridional Circulation Diagram=MZD) has been devised which allows to estimate this influence for prognostic purposes. The applications of MZD andHovmöller-diagram are discussed by using January and February of 1957 as an example.

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Résumé Etude de la superposition d'un mouvement ondulatoire et de l'effet de vitesse de groupe à l'aide du diagramme deHovmöller; application à la prévision de 4 à 5 jours dans l'espace nord-alpin. L'effet de foehn et de remous s'introduit par la composante méridienne du vent au niveau de 500 mb; il s'apprécie au moyen d'un diagramme de continuité (MZD) dressé dans ce but. Les possibilités d'application de ce diagramme sont illustrées par l'exemple des mois de janvier et de février 1957.

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Mit 6 Textabbildungen     

Ozonbestimmung aus Aktinometermessungen

Zusammenfassung Es wird nachgewiesen, daß es durch Benützung derSchottschen Farbfilter GG7, OG1, OG2, RG2 und RG5 möglich ist, im sichtbaren Teil des Sonnenspektrums drei schmale Banden auszusondern, wo praktisch nur dieRayleigh-Streuung, die Aerosolextinktion und die Ozonabsorption zur Wirkung kommen, und aus den in diesen Banden gemessenen Strahlungsintensitäten den Ozongehalt der Atmosphäre über dem Beobachtungsort und die Dunstextinktionsparameter vonÅngström zu bestimmen. Der Fehler, der bei diesem Näherungsverfahren gemacht wird, liegt weit unter dem Meßfehler. Ein graphisches Verfahren mit Rechenscheibe und Nomogrammen, das kurz besprochen wird, ermöglicht eine rasche Durchführung der Berechnungen.

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Summary It is shown that by measuring the intensity of solar radiation in three narrow bands of the visible spectrum separated by theSchotts coloured glass filters: GG7, OG1, OG2, RG2 and RG5, where practically onlyRayleigh-scattering, aerosol extinction and ozone absorption occur, it is possible to determine the total amount of ozone above the station and theÅngström parameters of the aerosol extinction. The error of this simplification is found to be negligible. The procedure, with slide-rule and nomographs which permit the fast and simple calculation, is described.

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Résumé On met en évidence qu'il est possible de séparer à l'aide de filtres deSchott GG7, OG 1, OG 2, RG 2 et RG 5 trois régions étroites du spectre solaire visible, où ne se présentent pratiquement que la diffusion deRayleigh, l'extinction par l'aérosol et l'absorption par l'ozone. On montre comment il est possible d'en calculer la quantité d'ozone au-dessus du lieu d'observation ainsi que les paramètres d'Ångström de l'extinction par l'aérosol. L'erreur possible de ce procédé d'approximation est beaucoup plus petite que celle des mesures actinométriques. On présente des procédés graphiques qui permettent de faire les calculs d'une manière simple et rapide.

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Mit 5 Textabbildungen     

Über die Voraussage zeitlich gemittelter Höhenkarten für Zwecke mittelfristiger Wetterprognosen

Zusammenfassung Eine Überprüfung der vonNamias abgeleiteten Formel zur Konstruktion sogenannter Trendkarten an Hand 20 ausgewählter Höhenkarten in der Zeit vom November 1955 bis Mai 1956 ergab eine vollkommene Bestätigung der vonNamias für Amerika angegebenen Korrelationskoeffizienten und des Faktors der entsprechenden Regressionsgleichung für den mitteleuropäischen Raum, obwohl die Untersuchungen sich auf die 850 mb-Topographie bezogen zum Unterschied vonNamias, der die 700 mb-Fläche zugrunde legte. Durch eine sinngemäße Kombination der in der synoptischen Praxis üblichen Konstruktionsmethode für 24 stündige Vorhersagekarten mit statistischen Überlegungen über die Abweichungen vom Normalwert gelingt die Ableitung einer Prognosenformel für eine dreitägige Mittelkarte, die als Grundlage für mittelfristige Wetterprognosen (Halbwochenprognosen) Verwendung findet. Die Formel weist gegenüber der Trendformel vonNamias den Vorteil auf, daß sie mit praktisch derselben Treffergenauigkeit einen wesentlich größeren Vorhersagezeitraum erfaßt.

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Summary Using 20 different contour charts during the period from November 1955 to May 1956 the formula for the construction of socalled trendcharts, primarily derived byNamias, has been verified for Central Europe though the investigations were based upon data from the 850 mb-level instead of the 700 mb-level used byNamias. Through a combination of the synoptic method for construction of forecast maps 24 hours in advance with statistic considerations about the departure from normals a formula is finally derived for a forecast of a three day mean chart. This formula has been successfully used for an extended forecast half week in advance. The described method shows an essential improvement upon theNamias procedure since a much greater forecast period can be obtained with almost the same accuracy.

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Résumé La formule établie parNamias en vue de construire les cartes d'évolution a fait l'objet d'un examen critique fondé sur la discussion de vingt cartes d'altitude de la période de novembre 1955 à mai 1956. Les valeurs des coefficients de corrélation données par cet auteur pour l'Amérique du Nord ainsi que le coefficient de l'équation de régression correspondante ont été confirmés pour l'espace européen, bien que les topographies étudieés n'aient pas été les mêmes (850 mb au lieu de 700 mb). Combinant les méthodes usuelles de construction des cartes de prévision de vingt-quatre heures à des critères statistiques d'écart à la normale, l'auteur établit une formule de prévision destinée à calculer une carte moyenne de trois jours servant de base à la prévision à moyenne échéance. Cette formule présente sur celle deNamias l'avantage d'atteindre une plus longue période de prévision avec une égale exactitude.

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

Vergleichende Untersuchungen zur graphischen Integration der barotropen Wirbelgleichung

Zusammenfassung An Hand einer konkreten Wetterlage wird gezeigt, daß die Güte einer 24stündigen Vorhersage des Wirbelfeldes der 500 mb-Fläche durch graphische Integration der barotropen Wirbelgleichung wesentlich von der Gitterdistanz abhängt, mit welcher das räumliche Mittel des Geopotentials gebildet wird. Als optimaler Wert für die Vorausberechnung des Wirbelfeldes ergibt sich eine Gitterdistanz von 1000 km. Ein mit dieser Distanz bestimmtes Mittelfeld weist größte zeitliche Konstanz auf. Auch der Erfolg der Berechnung der Änderung der Geopotential verteilung bei vorgegebener Änderung des Wirbelfeldes (graphische Lösung der Poisson-Gleichung) mit Hilfe der bekannten Fjörtoftschen Näherungslösung wird weitgehend durch die Wahl der Gitterdistanz bestimmt. Es zeigt sich, daß die günstigste Gitterdistanz in diesem Fall rund 600 km ist.

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Summary It is shown by a given weather situation that the quality of a 24-hour forecast of the velocity field of the 500 mg-surface on the basis of graphic integration of the barotropic vorticity equation depends in first line on the lattice distance by which the three-dimensional mean value of the geopotential is determined. The optimum value for the precalculation of the vorticity field is a lattice distance of 1000 km. An average field determined with this distance shows maximal constancy in time. The success of calculating the variation of the distribution of the geopotential in relation to a given variation of the vorticity field (graphical solution of the Poisson equation) by means of the approximative method ofFjörtoft is dependent to a great extent on the lattice distance too: in this case, the most suitable lattice appears to be about 600 km.

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Résumé Sur la base d'une situation météorologique donnée, on montre que le succès d'une prévision pour vingt-quatre heures du champ tourbillonnaire de la surface de 500 mb à partir de l'intégration graphique de l'équation barotrope dépend de la grandeur des mailles du réseau carrelé servant à établir le géopotentiel moyen. Le carrelage le meilleur est celui de 1000 km de côté, car un champ de cette unité de surface présente la plus grande stabilité dans le temps. Le choix du carrelage joue aussi un rôle important pour le calcul de la variation de la distribution du géopotentiel sur la base d'un changement donné du champ de tourbillons à l'aide du procédé d'approximation deFjörtoft; dans ce cas le côté le plus avantageux est celui de 600 km environ.

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Mit 5 Textabbildungen     

Time variation of the size-distribution of stored condensation nuclei

Summary Stored aerosols belonging to the Aitken nucleus size range are investigated both experimentally and theoretically. Using the exhaustion method of diffusion, it is found that they tend to be composed of particles of different size ranges. The processes of sedimentation, diffusion and coagulation of aerosols in closed containers are discussed in the light of the results. It is considered that turbulence affects the results obtained.

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Zusammenfassung Gespeicherte Aerosole von der Größenordnung von Aitken-Kernen werden experimentell und theoretisch untersucht. Bei Benützung der Diffusionsmethode durch Evakuierung wird festgestellt, daß die Aerosole die Tendenz zeigen, sich aus Partikeln verschiedener Größenordnung zusammenzusetzen. Die Vorgänge der Sedimentation, Diffusion und Koagulation von Aerosolen in geschlossenen Behältern werden im Lichte der Meßresultate diskutiert; dabei wird auch die Wirkung von Turbulenz berücksichtigt.

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Résumé L'auteur examine, des points de vue expérimental et théorique, des aérosols conservés de l'ordre de grandeur des noyaux de Aitken. En utilisant la méthode de diffusion par evacuation, on constate que les dits aérosols ont la tendance à se composer de particules de différents ordres de grandeur. Sur la base des résultats obtenus, l'auteur discute les phénomènes de la sédimentation, de la diffusion et de la coagulation des aérosols en vase clos. Il tient compte alors des effets de la turbulence.

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With 1 Figure     

Nodal surfaces in the atmosphere with special reference to isopycnic and horizontal motion levels

Summary Consideration of the physical explanation of the existence of an isopycnic level at 8 km permitted the existence of another isopycnic level at about 24 km to be foreseen. Further evidence suggesting the reality of this second isopycnic level is given. The study of the dynamical implications of the existence of the isopycnic level at 8 km led to the discovery of the existence of a level of horizontal flow of air nearby. This was found to exist at about 9 km. A further study showed the probable existence of another level of horizontal flow at about 17 km. The integration of the linearized Eulerian equations of atmospheric motion shows that for the periods and wavelengths observed in the large scale motion of the atmosphere the solution is cellular, with nodal surfaces for all independent variables.If the numerical value of the constant of integration in the equations giving the heights of the nodal surfaces is determined by means of the empirical value of the height of one such surface, the heights of all the other theoretical nodal surfaces can be computed. The numerical agreement between the experimental and theoretical results is rather satisfactory. The cell motion which is deduced to exist in the atmosphere explains a number of other features of atmospheric dynamics, such as the distribution of divergence and vertical motion. The frequency of mother-of-pearl clouds found byHesstvedt fits fairly well in the scheme; this scheme may also provide a physical explanation of other nodal surfaces found at higher levels, such as the level of horizontal motion at about 50–60 km and the isopycnic level at about 80 km, as well as the frequency of the noctilucent clouds.

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Zusammenfassung Die Untersuchung der physikalischen Erklärung einer isopyknischen Schicht in 8 km Höhe gestattete, die Existenz eines anderen isopyknischen Niveaus in ungefähr 24 km Höhe vorauszusagen. Es werden weitere Beweise für die Realität dieses zweiten isopyknischen Niveaus gegeben. Die Untersuchung der dynamischen Folgerungen aus der Existenz der isopyknischen Schicht in 8 km führte zur Entdeckung der Existenz eines Niveaus mit horizontaler Luftströmung in 9 km Höhe. Eine weitere Prüfung ergab die wahrscheinliche Existenz eines anderen Niveaus mit horizontaler Luftströmung in ungefähr 17 km. Die Integration der linearisierten Eulerschen Gleichungen der Luftbewegung zeigt, daß die Lösung für die Perioden und Wellenlängen, welche in der großräumigen Bewegung der Atmosphäre beobachtet werden, zellenförmig ist und Knotenflächen für alle unabhängigen Veränderlichen aufweist.Wenn der numerische Wert der Integrationskonstanten in den Gleichungen, die die Höhen der Knotenflächen geben, mittels des empirischen Wertes der Höhe einer dieser Flächen bestimmt wird, so können die Höhen aller anderen theoretischen Knotenflächen berechnet werden. Die numerische Übereinstimmung zwischen den experimentellen und theoretischen Resultaten ist ziemlich zufriedenstellend. Die Zellenbewegung, deren Existenz in der Atmosphäre abgeleitet wurde, erklärt eine Reihe anderer Merkmale der Dynamik der Atmosphäre, wie z. B. die Verteilung der Divergenz und der Vertikalbewegung. Die Häufigkeit der Perlmutterwolken, welcheHesstvedt gefunden hat, fügt sich ziemlich gut in das Schema ein, welches auch eine physikalische Erklärung für andere Knotenflächen in höheren Niveaus liefern könnte, wie z. B. im Niveau horizontaler Bewegung in ungefähr 50 bis 60 km und das isopyknische Niveau bei ungefähr 80 km; die Frequenz der leuchtenden Nachtwolken dürfte sich mit diesem Schema ebenfalls erklären lassen.

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Résumé En considérant l'explication physique de l'existence d'un niveau isopycnique à 8 km, on peut prévoir l'existence d'un autre niveau isopycnique à environ 24 km. On indique également d'autres preuves de la réalité de ce second niveau isopycnique. L'étude dynamique de l'existence du niveau isopycnique à 8 km a mené à la découverte de l'existence d'un niveau d'écoulement horizontal de l'air à environ 9 km. Une étude additionnelle a montré l'existence probable d'un autre niveau à courant horizontal à environ 17 km. L'intégration des équations linéaires d'Euler pour les mouvements atmosphériques montre que pour les périodes et les longueurs d'ondes observées dans les dits mouvements la solution est cellulaire à grande échelle, avec des surfaces nodales pour toutes les variables indépendantes.Si la valeur numérique de la constante d'intégration dans les équations qui donnent les hauteurs des surfaces nodales est déterminée par la valeur empirique de la hauteur d'une de ces surfaces, on peut calculer les hauteurs de toutes les autres surfaces nodales théoriques. L'accord numérique entre les résultats expérimentaux et théoriques est assez bon. Le mouvement cellulaire dont on déduit l'existence dans l'atmosphère explique plusieurs autres particularités de la dynamique de l'atmosphère, par exemple la distribution de divergences et de mouvements verticaux. La fréquence de nuages nacrés queHesstvedt a trouvée prend assez bien place dans le schéma qui peut aussi fournir une explication physique pour d'autres surfaces nodales qu'on trouve à des niveaux plus élevés, par exemple le niveau de mouvement horizontal situé à environ 50–60 km et le niveau isopycnique à environ 80 km. La fréquence des nuages lumineux nocturnes pourrait aussi bien être expliquée au moyen de ce schéma.

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With 5 Figures     

Über die Häufigkeitsverteilung meteorologischer Elemente in der freien Atmosphäre bis 30 km über Wien

Zusammenfassung Es wird gezeigt, daß die Häufigkeitsverteilungen der Temperatur, des Luftdrucks und der relativen Feuchte in der freien Atmosphäre bis 30 km über Wien zum Großteil keine Normalverteilungen sind, sondern von Null verschiedene Schiefe- und Exzeßparameter aufweisen. Die Höhenabhängigkeit der statistischen Parameter wird besprochen.

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Summary The author shows that the frequency distributions of temperature, air pressure and relative humidity in the free atmosphere up to 30 km above Vienna mostly are not normal, the parameters of skewness and kurtosis differ from zero. The dependancy on altitude of the statistical parameters is discussed.

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Résumé On démontre dans ce mémoire que les courbes de répartition des fréquences de la temérature, de la pression atmosphérique et de l'humidité relative dans l'atmosphère libre jusqu'à 30 km au-dessus de Vienne (Autriche) ne correspondent nullement à des courbes de Gauss. En effet les paramètres des 3ème et 4ème moments (3ème moment=dissymétrie, 4ème moment=aplatissement) sont différents de zéro. On discute pour terminer la dépendance des paramètres statistiques avec l'altitude.

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Mit 4 Textabbildungen     

Über die Verlagerung einzelner abgeschlossener atmosphärischer Wirbel (Kaltlufttropfen) bei ruhender Umgebung

Zusammenfassung In letzter Zeit hatC. G. Rossby zwei Arbeiten über die Verlagerung einzelner abgeschlossener Wirbel veröffentlicht. Wegen der Veränderlichkeit des Coriolisparameters mit der geographischen Breite findet eine Verlagerung des Wirbels auch bei vollständiger Symmetrie und bei ruhender Umgebung statt.C. G. Rossby konnte unter diesen Vereinfachungen einen Ausdruck für die Größe der auf den Wirbel wirkenden Kraft ableiten und zeigten, daß die Verlagerung in einer Nordsüdrichtung erfolgen müßte. Im nachfolgenden Artikel wird die Rolle der Reibungskräfte bei der Verlagerung untersucht. Unter der Annahme einer Windänderung mit der Höhe im Sinne der Ekmanspirale ergibt sich eine Abweichung der Bahn des Wirbels von der Nordsüdrichtung nach rechts bis zu einem Winkel von 20°.

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Summary RecentlyC. G. Rossby has published two papers on the displacement of a solitary atmospheric vortex. Because of the variation of the Coriolisparameter with the latitude a displacement of the vortex takes place even if we assume that the vortex is originally symmetrical and embedded in resting air.C. G. Rossby was able to show that with these simplifications a displacement in a strict north-south direction has to occur. In the following article moreover the role of frictional forces is dealt with. Assuming a variation of the winddirection with height according to the Ekman spiral a deviation of the track of the vortex from the north-south direction to the right up to an angle of 20 degrees can be shown.

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Résumé C. G. Rossby a publié récemment deux travaux sur le déplacement de cyclones isolés et occlus. Par suite de la variation du paramètre de Coriolis avec la latitude géographique, le cyclone se déplace même par symétrie complète et calme à l'extérieur.C. G. Rossby a pu, dans cette hypothèse, exprimer la grandeur de la force agissant sur le cyclone et a montré que le déplacement devait se faire dans une direction Nord-Sud. On a étudié dans le présent article le rôle des forces de frottement dans ce déplacement. En admettant une variation du vent avec l'altitude du type de la spirale d'Ekman, on trouve une déviation de la trajectoire vers la droite par rapport à la direction Nord-Sud, allant jusqu'à 20 degrés.

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Herrn Prof. Dr.H. Benndorf zum 80. Geburtstag gewidmet.