Bemerkungen zur Wolkenhöhenmessung mittels eines Vertikalradars im Vergleich zu optischen Wolkenhöhenmessungen

Zusammenfassung Anhand eines Beobachtungsmaterials von 700 Fällen optischer Wolkenhöhenmessungen und 443 Fällen, bei denen die Wolkenhöhe mittels eines X-Band-Vertikalradars bestimmt wurde, wird ein Vergleich zwischen beiden Verfahren angesgellt. Es zeigt sich, daß das optische Verfahren unterhalb 1000 bis 1500 m Wolkenbasishöhe dem Radarverfahren überlegen ist; darüber ist jedoch die Wolkenhöhenmessung mittels Radars wegen der Transparenz tiefer Wolken für die Radarfrequenzen zuverlässiger.

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Summary By means of 700 optical measurements of cloud ceiling and 443 soundings made with a X-band vertical radar a comparison is made between these two methods. One finds out that the optical method gives better results for ceilings below 1000 through 1500 m, whereas above this level the radar method is more reliable. The reason for this is that low clouds have a high transparency for radar waves.

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Résumé Au moyen de 700 déterminations optiques de la hauteur des nuages et de 443 cas où cette hauteur fut mesurée au moyen d'un radar vertical de bande X, on compare ces deux méthodes. Il en résulte que la détermination optique est préférable à celle au radar pour les bases des nuages inférieurs à 1000–1500 m. Au-dessus, la mesure au radar est plus sûre, puisque les nuages bas sont perméables aux fréquences utilisées.

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Mit 5 Textabbildungen     

Bemerkungen zur Frage der Sicht in Wolken

Zusammenfassung Theoretisch ist aus Messungen der Größenverteilung von Wolkenelementen mit Hilfe derMieschen Theorie die Berechnung der Sichtweite in Wolken möglich; dabei wird die Absorption im allgemeinen als vernachlässigbar klein angesehen. An über 300 in Wolken gemessenen Spektren der Häufigkeitsverteilung der Sicht wird diese Rechnung durchgeführt und mit den gleichzeitig gemessenen bzw. geschätzten Sichtweiten verglichen. Es ergeben sich in 87% der Fälle berechnete Sichtweiten, die höher sind als die gemessenen. Die Ursache dieser systematischen Abweichung ist nach unseren Überlegungen nur in der Vernachlässigung der Absorption in der Theorie zu suchen. Die Größenordnung der Absorptions-koeffizienten liegt in der der Streuungskoeffizienten. Deshalb sollte dieMiesche Theorie für Wolken mit komplexen Brechungsexponenten ausgearbeitet werden.

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Summary The theory ofMie enables the calculation of the visibility in clouds from measurements of the size distribution of cloud elements, whereby the absorption is in general considered negligible. This calculation is carried out in this paper by means of more than 300 spectra of the frequency distribution of visibility determined in clouds and compared with the measured or estimated. The calculated visibilities are in 87 per cent of the cases higher than the measured. This systematic deviation seems to be caused by neglecting the absorption in the theory. The order of magnitude of the absorption coefficients is the same as that of the dispersion coefficients. The theory ofMie should therefore be elaborated with complex refraction exponents for clouds.

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Résumé La théorie deMie permet en principe de calculer la visibilité à l'intérieur des nuages à partir de la mesure de la répartition des particules en suspension selon leur grosseur; on adment alors que l'absorption est négligeable. L'auteur compare plus de 300 mesures dans des nuages aux visibilités correspondantes: dans 87% des cas celles-ci sont plus petites que les visibilités calculées. Cet écart doit être dû au fait que l'absorption est négligée par la théorie. L'ordre de grandeur des coefficients d'absorption est comparrable à celui des coefficients de dispersion. Il faudrait donc introduire des exposants complexes de réfraction dans la théorie deMie pour des nuages.

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Mit 1 Textabbildung     

Quelques appareils pour l'étude de la structure physique des brouillards et des nuages

Résumé L'auteur décrit un appareil permettant de déterminer le contenu en eau liquide des brouillards et des nuages, dont il discute le principe thermodynamique. En plus, on décrit un tunnel placé au Monte Cimone (2164 m) qui, par sa tourelle tournante, permet d'observer et de mesurer la structure physique des nuages sous les conditions de la circulation naturelle. Enfin, on montre la construction d'une chambre à expansion qui permet d'étudier en laboratoire les différentes phases de développement des gouttelettes sous les conditions d'une expansion qui se produit d'une manière aussi lente qu'elle est observée dans la nature.

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Summary The author describes an apparatus for the determination of the content of liquid water in fogs and clouds and discusses its thermodynamic principle. Further, a wind channel placed on Mount Cimone (2164 m) is described which, owing to a revolving turret, allows to observe and measure the physical structure of the clouds under the natural conditions of the circulation. Finally, the construction of an expansion chamber is shown, which can be used for investigating in the laboratory the different phases in the formation of droplets, this under conditions happening as slowly as in nature.

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Zusammenfassung Es wird eine Apparatur zur Bestimmung des Gehaltes von Nebeln und Wolken an flüssigem Wasser beschrieben und ihr thermodynamisches Prinzip erläutert. Sodann wird ein Windkanal beschrieben, der auf dem Monte Cimone (2164 m) aufgestellt ist und dank seinem Drehturm gestattet, die physikalische Struktur der Wolken unter den Bedingungen der natürlichen Strömung zu beobachten und zu messen. Schließlich wird die Konstruktion einer Expansionskammer entwickelt, mit der die verschiedenen Phasen der Tröpfchenentwicklung im Laboratorium untersucht werden können, und zwar unter den Bedingungen einer Expansion, die so langsam verläuft wie in der Natur.

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Avec 5 figures.     

Planning cloud seeding research

Summary It is suggested that a theory of cloud seeding needs to be developed before seeding experiments can be properly planned and assessed. This theory will arise from improved knowledge of cloud processes gained by the study of natural clouds. Some techniques used in observing shower clouds in Sweden are described, and some preliminary results mentioned.

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Zusammenfassung Es wird die Ansicht vertreten, daß eine Theorie des Cloud seeding entwickelt werden muß, bevor die diesbezüglichen Experimente in vorteilhafter Weise geplant und ihr Effekt abgeschätzt werden können. Diese Theorie hat sich aus einer Verbesserung unserer Kenntnisse über die Vorgänge in den Wolken durch die Ausführung entsprechender Beobachtungen in der Natur zu ergeben. Einige Verfahren, welche bei der Beobachtung von Schauerwolken in Schweden angewendet wurden, werden beschrieben und einige vorläufige Ergebnisse werden mitgeteilt.

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Résumé La nécessité de développer une théorie de l'ensemencement des nuages avant que de pouvoir projeter et analyser de telles experiences est démontrée. Cette théorie se déduira d'une connaissance améliorée de la physique des nuages, acquise par l'observation directe. Quelques procédures employées, au Suède, pour l'observation des nuages d'averses sont décrites et quelques résultats préliminaires sont mentionnés.

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With 3 Figures.     

Results of investigation on precipitation and cloud electricity based on 15 years of observation

Summary An attempt is made to develop a systematic, phenomenological classification of non-thunderstorm clouds based on the electrical characteristics of such clouds, and to derive a similar classification of precipitation from the electrical properties of hydrometeors. The system, as proposed, will cover low stratus, cumulus humilis, convective cumulus and cumulus congestus, and also the cloud configuration associated with stable upslide situations characterized by a continuous transition, in time and space, from altocumulus to altostratus and nimbostratus, with the bases of the latter steadily losing altitude. The significance of the physical state of hydrometeors and of the intensity of turbulence in clouds as a key to atmospheric-electrical phenomena, and the interpretation and phenomenological classification thereof, is stressed.

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Zusammenfassung Es wird eine systematische Phänomenologie der luftelektrischen Erscheinungen innerhalb und in der Umgebung von Wolken und Niederschlägen, soweit sie nicht mit Gewittern verbunden sind, entwickelt. Sie erstreckt sich auf niedrige Schichtwolken, Cumulus humilis, Cumuli im Wachstumsstadium sowie Cu congestus und schließt typische stabile Aufgleitprozesse mit Übergang von Altocumulus über Altostratus in Nimbostratus bei absinkender Basis ein. Die schlüsselhafte Bedeutung des Aggregatzustandes der Niederschläge und des Turbulenzgrades innerhalb der Wolken für das Verständnis der atmosphärisch-elektrischen Prozesse und ihrer Systematisierung im Rahmen einer Phänomenologie wird dargestellt.

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Résumé On développe ici un système des phénomènes électriques atmosphériques au voisinage et à l'intérieur des nuages et des précipitations, pour autant que ces deux catégories d'hydrométéores ne soient pas liées à des orages. Cette classification s'étend aux nuages stratiformes bas, aux cumulus humilis, aux cumulus en plein développement ainsi qu'aux cumulus congestus, Elle englobe en outre des processus de glissement ascendant stables et typiques tels que le passage de l'altocumulus au nimbus en passant par l'altostratus et cela par abaissement de la base du nuage. On souligne la signification de l'état des précipitations et du degré de turbulence à l'intérieur du nuage pour la compréhension des processus électriques atmosphériques et leur systématisation.

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With 8 Figures

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Paper presented at the XIVth General Assembly of the IUGG, meeting of the Joint Committee on Atmospheric Electricity IAMAP/IAGA, Lucerne, October 1967. Sponsored in part by Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Der impulsoptische Wolkenhöhenmesser

Zusammenfassung Das Prinzip der trigonometrischen Messung von Wolkenhöhen wurde mittels Impulslicht sehr hoher Spitzenleuchtdichte (Edelgasfunkenstrecken) zu einer vollautomatischen Registrier-Anlage ausgebaut, die sich durch Tageslichtunabhängigkeit, große Meßhöhen von 1000 bzw. 3000 m und einfache Konstruktionselemente auszeichnet. Es wird sowohl die Wolken-untergrenze wie der Wolkencharakter aufgezeichnet.

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Summary The principle of trigonometric measurements of cloud heights was developed, by means of pulse light of very high maximum brightness (rare gas spark gap), to a full-automatic recording apparatus characterized by independence on day light, the possibility of measuring great heights from 1000 to 3000 m, and simple elements of construction. The lower limit as well as the kind of clouds are recorded.

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Résumé Mise au point d'une installation entièrement automatique pour la mesure de la hauteur des nuages par voie trigonométrique à l'aide d'impulsions lumineuses de très grande intensité. Le procédé est applicable de jour et de nuit, permet des mesures de 1000 à 3000 m. et utilise un apparaillage simple; il enregistre l'altitude de la base des nuages et le caractère de ceux-ci.

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Mit 4 Textabbildungen     

Geographical differences in cloud populations

Summary Cumulus clouds have been studied by radar and special flight observations with particular reference to the temperatures at which rain is initiated. In the Caribbean area rain starts while the clouds have temperatures greater than +5°C at their tops, except over heated islands. These results are in sharp contrast with data from New Mexico indicating no rain even when the tops of the cumulus are at temperatures less than –10°C. In the humid areas of the Middle West both above-freezing and below-freezing temperatures characterize the levels of rain formation.The rate of upward growth of the clouds appears to determine to some extent the height attained before rain initiation. Flight measurements of chloride particles in the atmosphere under favorable conditions show that enough giant-size nuclei can be available to initiate rain by coalescence in the manner hypothetically ascribed to them.

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Zusammenfassung Mittels Radar und Messungen vom Flugzeug aus wurden Cumuluswolken unter spezieller Berücksichtigung der Temperaturverhältnisse, bei denen sich Regen bildet, untersucht. Im Gebiet um Puerto Rico bildet sich Regen, wenn die Wolkenobergrenze bei Temperaturen über +5°C liegt, außer über erhitztem Inselboden. Diese Resultate stehen in schroffem Gegensatz zu Meßergebnissen aus Neu-Mexiko, wo sich kein Regen zeigt, selbst wenn die Obergrenze der Cumuli Temperaturen unter –10°C aufweist. In den feuchten Gebieten des mittleren Westens wird das Niveau der Regenbildung durch Temperaturen sowohl über als auch unter dem Gefrierpunkt gekennzeichnet.Die Höhe, welche die Wolken erreichen, bevor der Regen ausgelöst wird, scheint in gewissem Ausmaß von der Intensität der Vertikalentwicklung bestimmt zu werden. Flugzeugmessungen zeigen, daß in der Atmosphäre unter günstigen Bedingungen genügend übergroße Chloridkerne vorhanden sein können, um theoriegemäße Regenbildung durch Koagulation auszulösen.

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Résumé La température de formation de la pluie dans des cumulus a été étudiée à l'aide d'un radar et d'observations en plein vol. Dans la région de Puerto-Rico, on observe l'initiation de la pluie bien que la température du sommet des nuages soit supérieure à +5°C, sauf au dessus des îles. Ces résultats sont tout à fait contraires à ceux du Nouveau-Mexique qui indiquent l'absence complète de pluie lorsque la température du sommet des cumulus est inférieure à –10°C. Dans les régions humides du Middle-West américain d'autre part, le niveau de formation de la pluie peut être également observé à une température supérieure ou inférieure à la tempèrature de congélation.La vitesse de développement vertical des nuages semble déterminer l'altitude atteinte avant la formation de la pluie. La présence dans l'atmosphère de particules géantes de chlorures en nombre suffisant pour initier la formation de la pluie par coalescence, selon la théorie proposée, a été établie par des mesures en plein vol.

     

Cloud physics at the meteorological research flight

A review is given of the aircraft instrumentation used for cloud physics investigations. Below the cumuliform cloud the nature of the convection is examined by means of rapidly acting thermometers, hygrometers, hot wire anemometers and aircraft accelerometers. In the lowest 1000 feet where the lapse-rate is slightly super-adiabatic, continuously turbulent conditions are found. Above this bubbles or pulses 300–600 feet across rise sporadically in an environment whose lapse-rate is approximately dryadiabatic. Just below the cloud base the lapse-rate is usually stable and long wave fluctuations of temperature in the horizontal are found.Within the cloud temperatures are difficult to measure accurately. Attempts to use vortex thermometers for this purpose have been unsuccessful. Vertical currents can be estimated roughly from aircraft displacements. Water content in cumuliform cloud probably attains local values of about 5 g/m³ for short periods, but up to the present none of the instruments developed have been capable of measuring amounts of this magnitude. The progress made so far in developing hot wire water content meters and refrigerated icing disc meters is described.Cloud particles can readily be sampled from aircraft when they are small but satisfactory methods have not yet been developed for the larger particles (e.g. hail, snow and rain). Droplet sampling over England has shown the presence of large droplets (100 microns diameter or more) in moderate sized cumulus clouds. Examples are shown of rain being produced by stratiform warm sector clouds with tops well below the freezing level and precipitation in large cumulus clouds apparently preceeding the ice crystal stage. A comparison between average cloud top temperatures for clouds which produce rain and for those whose tops are composed of ice crystals rather than supercooled droplets suggests that rainfall in England may often be produced in clouds in which theBergeron mechanism does not operate.

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Zusammenfassung Es wird eine Übersicht über die für wolkenphysikalische Beobachtungen im Flugzeug verwendeten Instrumente gegeben. Mit Hilfe von Thermometern kurzer Einstelldauer, Hygrometern, Hitzdraht-Anemometern und Flugzeug-Beschleunigungsmessern wird die Konverktion unter Cumuluswolken studiert. In den untersten 300 m, wo der Temperaturgradient etwas überadiabatisch ist, werden ständig turbulente Verhältnisse gefunden. Oberhalb dieser Zone steigen in einer Umgebung mit ungefähr trockenadiabatischen Temperaturgradienten sporadisch Luftpakete oder Blasen von etwa 100 bis 200 m Durchmesser auf. Knapp unterhalb der Wolkenbasis ist der Temperaturgradient meist stabil und es werden dort lange wellenartige Schwankungen der Temperatur in horizontaler Richtung gefunden.Innerhalb der Wolke ist die genaue Temperaturmessung schwierig. Die versuchsweise Anwendung von Vortex-Thermometern blieb ohne Erfolg. Vertikale Luftbewegungen können aus der vertikalen Versetzung des Flugzeuges ungefähr abgeschätzt werden. Der Wassergehalt von cumulusartigen Wolken erreicht vermutlich stellenweise und für kurze Zeit Werte von 5 g/m³. Es ist jedoch mit keinem der bisher entwickelten Instrumente gelungen, einen derart hohen Wassergehalt zu messen. Die bisher erzielten Fortschritte bei der Entwicklung der Geräte zur Wassergehaltsmessung (Hitzdraht und gekühlte Eisansatz-Scheibe) werden mitgeteilt.Wolkenteilchen können in einfacher Weise vom Flugzeug aus aufgefangen werden, wenn sie klein sind; doch sind für größere Teilchen (Hagel, Schnee, Regen) bisher keine zufriedenstellenden Methoden angegeben worden. Messungen der Tröpfchendurchmesser über England haben ergeben, daß in mäßig entwickelten Cumuluswolken große Tröpfchen (Durchmcsser 100 oder mehr) vorhanden sind. Beispiele für die Erzeugung von Regen durch Stratus- (Warmsektor-) Wolken mit Gipfelhöhen unterhalb der 0°-Grenze und Niederschläge in großen Cumuluswolken, offensichtlich vor Erreichen des Eisstadiums, werden beschrieben. Ein Vergleich zwischen den Temperaturen in Gipfelhöhe für Wolken, aus denen Regen ausfällt, und für solche, deren oberste Teile eher aus Eiskristallen als aus unterkühlten Tröpfchen bestehen, scheint darauf hinzuweisen, daß in England der Regenfall häufig in Wolken entsteht, in denen der vonBergeron beschriebene Mechanismus nicht wirksam ist.

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Résumé L'auteur passe en revue les instruments utilisés sur les avions pour l'étude de la physique des nuages. On étudie la convection au-dessous des cumulus à l'aide de thermomètres à petite inertie, d'hygromètres, d'anémomètres à fil chaud et d'accéléromètres. Dans les 300 m. inférieurs ou le gradient de température est légèrement sur-adiabatique on trouve toujours une forte turbulence; au-dessous de cette zone, des paquets» d'air isolés, de 100 à 200 m. de diamètre, pénètrent dans un milieu à gradient quasi adiabatique. Immédiatement au-dessous de la base nuageuse, le gradient est en général stable et l'on y trouve des variations de température de type ondulatoire dans le sens horizontal.A l'intérieur du nuage, la mesure de la température est difficile. L'emploi de thermomètres «Vortex» n'a pas eu de succès. Les déplacements verticaux de l'avion permettent d'estimer les mouvements de l'air selon la verticale. La teneur en eau de nuages cumuliformes atteint probablement et pour peu de temps des valeurs de l'ordre de 5 g/m³; toutefois aucun des instruments jusqu'ici proposés n'a pu mesurer des teneurs en eau aussi élevées. L'auteur expose les progrès réalisés dans le perfectionnement des instruments de mesure de la teneur en eau (fil chaud et disque à dépôt glacé).Il est possible de capter facilement en avion les particules nuageuses tant qu'elles sont petites; lorsqu'elles sont plus grandes (grêle, pluie, neige), les méthodes font encore défaut. Des mesures de diamètre de gouttes en Angleterre ont montré qu'il y a des grosses gouttes (diamètre de 100 ou davantage) au sein de cumulus moyennement développés. L'auteur donne des exemples de formation de pluie à partir de stratus (secteur chaud) ayant leur sommet au-dessous de l'isotherme de zéro degré ainsi que de précipitations provenant de gros cumulus sans que le stade glacé ait été apparement atteint. Une comparaison entre les températures au sommet de nuages pluvieux et de nuages dont la partie supérieure est formée de cristaux plutôt que de gouttes en surfusion semble démontrer qu'en Angleterre la pluie prend souvent naissance au sein de nuages où le mécanisme décrit parBergeron n'intervient pas.

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With 10 figures.     

Beiträge zur Strahlungsmeßmethodik I: Die physikalischen Grundlagen der kalorischen Strahlungsmeßmethoden

Zusammenfassung Es wird eine systematische Übersicht über die Möglichkeiten zur Messung von Strahlungsenergien gegeben. Bei den hier besonders betrachteten kalorischen Meßmethoden wird die Strahlungsenergie durch einen Empfangskörper absorbiert, von dem sie dann als Wärmestrom abfließt; daher sind alle Meßmethoden für Wärmeströme zu Strahlungsmessungen verwendbar. Es können Wärmeströmungen unterschieden werden mit oder ohne Phasenänderungen von Körpern des Meßsystems, sowie stationäre und nichtstationäre Wärmeströmungen, wobei sich noch weitere Varianten ergeben. Die Möglichkeiten werden in einem Schema veranschaulicht und die wichtigsten bekannten Strahlungsmeßinstrumente werden darnach eingeordnet.

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Summary A systematic survey of the possibilities for measurements of radiant energy is given. With the calorimetric methods specially considered here, the radiant energy is absorbed by a receiving-body from which it will flow off as a thermal current; hence all methods for measuring thermal currents can be employed to measure radiant energy. Thermal currents with or without a change of phase of bodies composing the receiving-system can be distinguished, as well as stationary and nonstationary thermal currents, of which further variants exist. A table by use of which the most important radiation-measuring instruments are classified illustrates these possibilities.

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Résumé On donne un exposé systématique des différentes possibilités de mesure de l'énergie de rayonnement. Lors des mesures calorifiques spécialement envisagées ici, l'énergie des radiations est absorbée par un corps récepteur qui la restitue alors sous forme d'un courant de chaleur; c'est pourquoi toutes les méthodes de mesure du fluide calorifique s'appliquent-elles aux mesures de l'énergie de rayonnement. On peut distinguer ici des courants calorifiques avec ou sans changement de phase des corps de l'appareil de mesure, ainsi que des courants permanents et variables, ce qui fournit d'autres variantes encore. Un schéma montre les différentes possibilités et classe d'après elles les appareils de mesure du rayonnement les plus connus.

     

Über die Konvektionsbewölkung im Hochgebirge

Zusammenfassung Die Wolkenphysik brachte in den letzten Jahren neue Erkenntnisse, besonders hinsichtlich der Cumulusbewölkung. Von der synoptischen Seite her ist das Problem der Konvektionsbewölkung nach wie vor sehr schwierig, vor allem für Gebirgsprognosen. In der vorliegenden Arbeit werden die Besonderheiten der Konvektionsbewölkung im Gebirge im Gegensatz zum Flachland diskutiert. Für ungestörte Tage ergeben sich drei Entwicklungsstufen. Eine Beziehung der Gewitterwahrscheinlichkeit zum Dampfdruck, wie sie für das Flachland schon mehrfach gefunden wurde, besteht für den Gebirgsraum nicht. Über das Auftreten stärkerer Konvektionsbewölkung bei verschiedenen Großwetterlagen und die Unterschiede zwischen gebirge und Flachland werden zahlenmäßige Anhaltspunkte gegeben. In diesem Zusammenhang werden auch einige Überlegungen über die Brauchbarkeit der 500 mb-Topographie und über die Bedeutung eines nördlich der Alpen vorbeiziehenden 24stündigen Steiggebietes gemacht. Zur Frage, ob der Münchner Aufstieg an ungestörten Tagen ein ausreichendes Kriterium für die Entwicklung der Konvektionsbewölkung im Hochgebirge ist, werden einige Vergleiche gebracht. Schließlich folgen synoptische Argumente für die Fälle, bei denen die Basis der Cumulusbewölkung über den höchsten Gipfeln zu liegen kommt.

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Summary Cloud physics has made considerable progress during the last years, particularly with regard to the cumulus type. From the synoptic point of view, however, the problem is still rather difficult, especially where forecasts in mountainous regions are concerned. In this paper the particularities of cloud formation by convection in mountains are discussed and compared with those over lowlands. Undisturbed days show three steps of development. In mountainous regions no relation exists between thunderstorm probability and vapour pressure such as was found over plains several times. Numerical indications are given for occurrence of stronger convection cloudiness with different general weather conditions and for the differences between mountainous and plain regions. In this connection are also considered the applicability of the 500 mb topography and the rôle of an area of rising pressure of 24 hours passing on the northern side of the Alps. The question whether, on undisturbed days, the Munich sonde yields a sufficient criterion for the development of convection cloudiness over the high mountains is discussed by presenting some comparisons. Finally, synoptic arguments are given for those cases in which the basis of the cumuli lies above the level of the highest summits.

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Résumé La physique des nuages a apporté ces dernières années de nouvelles connaissances concernant en particulier les nuages du type cumulus. Du point de vue synoptique, le problème de la convection nuageuse et de sa prévision en pays montagneux reste très difficile. La présente étude envisage les particularités des nuages de convection en montagne par rapport à ceux des régions plates. Il y a trois stades d'évolution lors des jours non troublés. Une relation entre la probabilité orageuse et la pression de vapeur d'eau trouvée en plaine n'existe pas en montagne. L'auteur donne des critères numériques au sujet de l'apparition d'une forte convection lors de différentes situations météorologiques générales et des différences entre plaine et montagne; il considère également le degré d'utilité de la topographie à 500 mb et le rôle du passage au Nord des Alpes d'un noyau de hausse de vingt-quatre heures; il examine, à l'aide des quelques comapraisons, si le sondage de Munich lors des jours non troublés fournit un critère suffisant pour le développement des nuages de convection en haute montagne. Suivent quelques arguments synoptiques pour les cas où la base des cumulus dépasse les plus hauts sommets.

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Mit 3 Textabbildungen.     

Über die Änderung des Tagesganges der Luftfeuchtigkeit mit der Höhe im Gebirge

Zusammenfassung Auf Grund von Registrierungen an eng benachbarten Stationen, die im obersten Salzachtal im Land Salzburg in verschiedenen Höhenlagen zwischen Tal (900 m) und Kammhöhe (2000 m) des begleitenden Gebirgszuges gelegen waren, werden Tagesgänge der relativen Feuchtigkeit, des Dampfdrucks und der spezifischen Feuchtigkeit für Schönwettertage abgeleitet (Tab. 2). Im Vergleich dieser Stationen zeigt sich der Übergang der Form der Tagesgänge der relativen Feuchtigkeit (Abb. 2 und 3) und des Dampfdrucks (Abb. 4) von dem Typ der Niederung zu dem der Bergstationen. Der Einfluß der Konvektion und der über die feuchten Hänge streichenden Hangaufwinde auf diese Umgestaltung der Tagesgänge wird für die einzelnen Jahreszeiten quantitativ nachgewiesen und diskutiert.

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Summary Using records taken at closely neighbouring stations situated in the uppermost valley of the Salzach in the province of Salzburg at different levels between the valley-bottom (900 m) and the height of the adjacent mountain-ridge (2000 m) the diurnal variation of relative humidity, vapor pressure and specific humidity are derived for fair weather days (Tab. 2). The comparison of these stations shows the transition of the diurnal variation of relative humidity (Fig. 2 and 3) and vapor pressure (Fig. 4) from the ground type to that of the mountain stations. The influence of the convection and of the ascending currents passing over the moist slopes upon this modification of the diurnal variation is quantitatively proved and discussed for the different seasons.

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Résumé Sur la base d'enregistrements à des stations étroitement voisines situées dans la vallée la plus haute de la Salzach en province de Salzbourg à des niveaux differents entre la vallée (900 m) et l'altitude de la crête de la chaine adjacente de montagnes (2000 m) les variations diurnes de l'humidité relative, de la pression de vapeur et de l'humidité spécifique sont derivées pour les jours de beau temps (Tab. 2). En comparaison de cettes stations la transition de la forme des variations diurnes de l'humidité relative (Fig. 2 et 3) et de la pression de vapeur (Fig. 4) se présente du type de vallée à celui des stations de montagne. L'influence de la convection et des courants ascendants passant sur les pentes humides sur la transformation des variations diurnes est démontrée quantitativement et discutée.

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Mit 4 Textabbildungen.     

Results of a large-scale rain stimulation experiment on the Southern Slopes of the Alps

Summary The large-scale Experiment III conducted in the Ticino (Southern Slope of the Alps) in 1957–1963 for the suppression of hail was also used to investigate the problem of rain stimulation. Based on a randomization principle, the experiment showed that the number of days on which rain fell was not increased by seeding the clouds with silver iodide but that the amount of rainfall on test days with precipitation was augmented. The increase on thundery days with cold fronts was up to 60%, and in thundery barrage situations even amounted to 100%, while on days with local thunderstorms no significant differences were recorded, and on days with changing weather conditions the differences in some cases carry the opposite sign. Statistical evaluation consequently showed that seeding the clouds with silver iodide was in certain cases effective.

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Zusammenfassung Der in den Jahren 1957–1963 durchgeführte Großversuch III zur Bekämpfung des Hagels im Tessin (Alpensüdhang) wurde auch dazu verwendet, das Problem der Niederschlagsstimulation zu untersuchen. Der nach der Zufallszuordnung geplante Versuch ergab, daß durch Impfung der Wolken mit Silberjodid zwar die Anzahl der Niederschlagstage nicht vergrößert, die Niederschlagsmenge an Versuchstagen mit Niederschlag jedoch vermehrt wurde. Diese Zunahme betrug bei Gewitterlagen begleitet von Kaltfronten bis zu 60% und bei gewittrigen Südstaulagen sogar 100%, während bei Lokalgewittern keine signifikanten Unterschiede nachgewiesen werden konnten und bei Gewittern mit wechselnder Wetterlage die Unterschiede teilweise sogar ein anderes Vorzeichen haben. Die statistische Auswertung ergab somit, daß das Impfen der Wolken mit Silberjodid unter bestimmten Umständen wirkungsvoll war.

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Résumé Les données provenant des essais à grande échelle — essais effectués au Tessin de 1957 à 1963 pour lutter contre la grêle — sont utilisées également pour essayer d'apporter une solution au problème de la stimulation des précipitations. La série des essais basés uniquement sur les effets du hasard montre que le nombre de jours avec précipitations n'augmente pas par une insémination des nuages par de l'iodure d'argent. La quantité d'eau recueillie est cependant plus importante lorsque des précipitations suivent l'insémination. Cette augmentation atteint 60% par situations orageuses accompagnées de fronts froids, voire 100% en cas d'orages par barrage du sud. Par contre, lorsqu'on a à faire à des orages locaux, on ne constate pas de différences significatives. Si la situation météorologique change pendant un orage, les différences constatées peuvent même être affectées de signes contraires. Le dépouillement statistique des données démontre donc que l'insémination des nuages par de l'iodure d'argent a une influence certaine.

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With 1 Map and 8 Figures     

Progress in cloud physics research

Summary This progress report summarises the researches of the cloud physics group at Imperial College during the last four years 1949–1952. It describes work carried out on the following topics: 1. the spontaneous condensation of water vapour; 2. measurements on the concentration and size distribution of sea-salt nuclei over the N. Atlantic and their contribution to atmospheric opacity; 3. laboratory and theoretical studies on the supercooling and freezing of water and aqueous solutions; 4. experimental and theoretical researches on ice crystal growth from the vapour; 5. theoretical computations on the growth of water drops and ice particles in both layer and shower type clouds; 6. studies of the form, structure and development of high-level ice clouds and their formation relative to orographic features; 7. the construction of instruments for precipitation studies.

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Zusammenfassung Der vorliegende Bericht gibt einen Überblick über die Forschungen der Arbeitsgruppe für Wolkenphysik am Imperial College in London während der vier Jahre 1949 bis 1952. Es werden Untersuchungen über folgende Probleme beschrieben: 1. Spontane Wasserdampfkondensation; 2. Messungen über die Konzentration und die Größenverteilung von Meersalzkernen über dem Nordatlantik und über ihren Anteil an der atmosphärischen Trübung; 3. theoretische und Laboratoriumsuntersuchungen über Unterkühlung und Gefrieren von Wasser und wässerigen Lösungen; 4. experimentelle und theoretische Untersuchungen über das Wachstum von Eiskristallen aus der dampfförmigen Phase; 5. theoretische Berechnungen über das Wachstum von Wassertropfen und Eispartikeln sowohl in Schicht- wie in Quellbewölkung; 6. Untersuchungen über Form, Aufbau und Entwicklung von hohen Eiswolken und über die Abhängigkeit ihrer Bildung von den orographischen Verhältnissen; 7. Konstruktion von Instrumenten für Niederschlagsuntersuchungen.

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Résumé Le présent rapport résume les recherches effectuées par le groupe d'étude de la physique des nuages de l'«Imperial College» au cours des quatre années 1949–1952, et qui ont concerné les domaines suivants: 1. condensation spontanée de la vapeur d'eau; 2. mesure de la concentration et de la distribution de grosseur des noyaux de sel marin au-dessus de l'Atlantique et leur rôle dans le trouble atmosphérique; 3. recherches théoriques et expérimentales sur la surfusion et la solidification de l'eau et de solutions aqueuses; 4. recherches théoriques et expérimentales sur la croissance de cristaux de glace à partir de la phase gazeuse; 5. essais de calcul de l'accroissement de gouttes d'eau et de particules de glace à l'intérieur de nuages stratifiés ou cumuliformes; 6. recherches sur la forme, la structure et le développement des nuages glacés à haute altitude, ainsi que sur le rôle du relief terrestre sur leur formation; 7. construction d'instruments utiles aux recherches pluviométriques.

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With 26 Figures     

The Ekman Spirals

Summary It is shown that some of the principal features of theEkman Spirals are valid even if the coefficient of friction is variable and that the theory with good approximation gives the explanation of the mean variation of the wind with the height from the anemometer height upwards and for the currents caused in the sea by the wind from the surface waves downwards. The relations between these two phenomena are discussed.

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Zusammenfassung Es wird gezeigt, daß einige der wichtigsten Eigenschaften der Ekman-Spiralen auch für einen variablen Reibungskoeffizient Geltung behalten und daß die Theorie mit guter Annäherung eine Erklärung für die mittlere Windänderung mit der Höhe von Anemometerhöhe aufwärts und für die windbedingten Strömungen im Meer von der Wellenfläche abwärts gibt. Die Beziehungen zwischen diesen zwei Erscheinungen werden diskutiert.

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Résumé L'auteur démontre que certaines des principales propriétés des spirales d'Ekman restent valables même avec un coefficient de frottement variable. En outre, cette théorie explique avec une bonne approximation la variation moyenne du vent avec l'altitude au-dessus de la hauteur de l'anémomètre et les courants occasionnés dans la mer par le vent de la surface des vagues vers le bas. L'auteur discute les relations existant entre les deux phénomènes.

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With 5 Figures.     

The physics of natural precipitation processes

Summary A critical survey is given of the physical processes responsible for the release of precipitation such as drizzle, rain, snow, and hail in middle and low latitudes. By suitable analyses of long series of airplane observations of characteristic states in layer and shower clouds indications are derived for the type of the efficient physical processes. Investigations carried out at the Imperial College during the last years are discussed in a brief report: studies on the growth of precipitation elements in cloud models and theoretical conditions for the formation of showers are compared with both visual and radar observations.

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Zusammenfassung Die physikalischen Vorgänge, welche für die Auslösung von Nieseln, Regen, Schnee und Hagel in mittleren und niedrigen Breiten der Erde in Frage kommen, werden einer zusammenfassenden Prüfung unterzogen. Mit Hilfe geeigneter Analysen langer Serien von Flugzeugbeobachtungen der charakteristischen Zustände in Schicht- und in Schauerwolken werden Hinweise auf die Art der wirksamen physikalischen Prozesse abgeleitet. In einem kurzen Bericht werden die in den letzten Jahren am Imperial College durchgeführten Arbeiten besprochen: Studien über das Wachstum der Niederschlagselemente in Modell-Wolken und die theoretischen Bedingungen für die Entstehung von Schauern werden mit visuellen und Radar-Beobachtungen verglichen.

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Résumé Etude critique des processus physiques responsables de la formation de la bruine, de la pluie, de la neige et de la grêle aux latitudes moyennes et basses. Des analyses de longues séries d'observations faites en avion des états caractéristiques au sein de nuages strafiés ou cumuliformes permettent de donner des indications sur la nature des phénomènes physiques déterminants. Court aperçu de travaux récents effectués à l'Imperial College: des recherches sur la croissance des germes de précipitations dans les nuages de laboratoire et les bases théoriques de la formation des averses sont comparées aux observations visuelles et par radar.

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With 11 Figures.     

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     

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.     

Über die Vertikalverteilung von Windgeschwindigkeit und Schwerestabilität in Freistrahlbewegungen der oberen Troposphäre

Zusammenfassung Aerologische Beobachtungen aus Nordamerika zeigen, daß die Luftströmung in der oberen Troposphäre öfters aus mehreren Stromfäden besteht, die der Windrichtung parallel und durch Gürtel schwächerer Luftbewegung voneinander getrennt sind und sich langsam in der Stromrichtung verschieben. Besonders in der wärmeren Jahreszeit scheint diese faserige Struktur der horizontalen Windverteilung nicht selten von einer auffallendenvertikalen Verstärkung der Bewegungsgröße in einer verhältnismäßig dünnen Schicht im Niveau von 200 mb bis 300 mb begleitet zu sein, während unterhalb 400 bis 500 mb und oberhalb 150 mb schwache Winde vorherrschen.Um diese Verteilung zu erklären, wurde angenommen, daß jede stabil geschichtete Strömung von gegebenem Massentransport unter dem Einfluß von Reibungskräften zwar Änderungen in der vertikalen Verteilung von Windgeschwindigkeit und Schwerestabilität erfahren muß, aber asymptotisch einem Zustand zustrebt, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der mit dem vorgegebenen, konstanten Massentransport verbundene Transport von Bewegungsgröße, bezogen auf die Zeiteinheit und den Strömungsquerschnitt, einen Minimalwert annimmt. Die zugehörige vertikale Struktur der Strömung läßt sich ziemlich einfach berechnen, wenn man die Annahme macht, daß die Bewegungsgrößen der geschichteten Strömung auch dann ausgetauscht werden können, wenn die einzelnen Schichten ungemischt bleiben und mithin ihre potentielle Temperatur beibehalten. Diese Annahme kann auch so ausgedrückt werden, daß in einer stabil geschichteten Strömung die Austauschgröße für Bewegungsgröße jedenfalls eine ganze Größenordnung höher sein muß als die betreffende, auf Wärme bezogene Größe. Bei der Berechnung des oben definierten asymptotischen Endzustandes wurde weiterhin angenommen, daß die Trägheitsstabilität der umgebenden Atmosphäre eine seitliche Ausbreitung des Stromes verhindert.Geschichtete Strömungen, die sich diesem asymptotischen Zustand anpassen, erfahren normalerweise eine vertikale Schrumpfung und mithin auch eine Zunahme der Windgeschwindigkeit in der Mitte des Stromes. Diese Beschleunigung muß offenbar mit einem Druckgefälle in der Bewegungsrichtung verbunden sein; in dieser Weise ausgebildete Ströme müssen somit wahrscheinlich nicht-stationär sein und nur begrenzte Ausdehnung haben. Die während der hier beschriebenen Entwicklung abgegebenen Bewegungsgrößen müssen in der Umgebung des Stromes zur Ausbildung von Mitführströmen (Entrainment Currents) Anlaß geben; es müssen mithin die angrenzenden Luftmassen mitgerissen werden.

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Summary North American aerological data indicate that the wind distribution at the 200 and 300 mb levels often is characterized by the presence of elongated, slowly progressive and nearly parallel streaks of high wind separated from each other by belts of much weaker air motion. Particularly during the warmer part of the year this horizontal concentration of the momentum into a streaky pattern appears to be accompanied by an equally striking vertical concentration of momentum to the 200 or 300 mb level, with feeble winds prevailing above 150 mb and below 400 or 500 mb.As a tentative explanation for this behavior of the winds near the tropopause level it is suggested that stratified currents of prescribed volume transport, through frictional losses to the environment, seek to assume that particular distribution of wind velocity with height which corresponds to a minimum value of the momentum transfer per unit time across a vertical section through the current. On the assumption that momentum can be given off without destruction of the identity of the individual strata within the current it is possible to derive a basic relationship between the vertical gradient of wind velocity and of potential temperature in a current satisfying this minimum requirement.Stratified currents approaching this limiting state will normally pick up speed in the center and shrink in depth. This increase of wind speed in the center of the jet requires a pressure drop in the direction of the motion, indicating that local jets formed by this process must be of limited geographic extent and pressumably also of a transient character.The downstream decrease in the momentum transfer must be accompanied by the establishment of entrainment currents in the environment.

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Résumé Des observations aérologiques en Amérique du Nord montrent que les courants aériens de la haute troposphère s'arrangent souvent en longs filets ou tubes distincts, parallèles, séparés par des espaces de moindre mouvement et qui se déplacent lentement dans le sens du courant général. Dans la saison chaude en particulier cette concentration de la quantité de mouvement en bandes horizontales relativement étroites semble être accompagnée d'une concentration analogue de la quantité de mouvement dans la verticale, au niveau de 200 à 300 mb, alors qu'au-dessus de 150 mb et au-dessous de 400 à 500 mb les vents sont faibles. Pour l'explication du phénomène on a admis que chaque courant de débit donné présentant une stratification stable doit tendre par frottement vers un état particulier de la distribution du vent selon l'altitude qui correspond à une valeur minimum de la quantité de mouvement par unité de temps dans une section verticale du dit courant. On peut calculer assez facilement une telle structure verticale en admettant que les quantités de mouvement du courant stratifié peuvent être échangées même lorsque les couches individuelles ne se mélangent pas et conservent par conséquent leur température potentielle. On peut encore exprimer cette condition en disant que dans un courant à stratification stable l'ordre de grandeur de l'échange turbulent des quantités de mouvement est plus élevé d'une dimension que celui qui se rapporte aux échanges de chaleur. Pour le calcul de l'état final asymptotique vers lequel tend le courant, on a en outre admis que l'inertie de l'atmosphère environnante s'oppose à une extension latérale du courant. Des flux stratifiés qui tendent vers cet état asymptotique subissent normalement un affaissement vertical et par conséquent une augmentation de vitesse en leur centre. Cette accélération centrale doit être évidemment liée à un gradient de pression dans la direction du mouvement, de sorte que de tels courants ne peuvent être stationnaires et n'interessent qu'un domaine limité. Pendant l'évolution décrite, les quantités de mouvement cédées doivent provoquer dans le milieu environnant des courants d'entraînement par lesquels les masses voisines sont entraînées.

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Mit 6 Textabbildungen.     

Zur Struktur der Wolken II

Zusammenfassung Die bisherigen Untersuchungen auf Jungfraujoch wurden durch drei weitere Expeditionen ergänzt, die Messungen bei tieferen Temperaturen ergaben. Die Tropfenspektren sind breiter, die mittleren Tropfendurchmesser jedoch zeigen einen größeren Anteil schmaler Spektren, d. h. die großen Tropfen treten nur vereinzelt auf und bestehen meist aus geschmolzenen Kristallen. Die Tropfenzahlen je cm³ haben ihre größte Häufigkeit bei 100, der Wassergehalt liegt bevorzugt zwischen 0 und 0,1 g/m³. das Maximum bei 1,2g/m³.Aus der Breite der Tropfenspektren auf Jungfraujoch, der dabei herrschenden Temperatur und dem Niederschlag im Tal ergeben sich folgende allgemeine Resultate: Wolken mit Niederschlag im Tal bestehen im Bereich negativer Temperaturen aus Tropfen und Kristallen. Zwischen –2° und –10°C sind die mittleren Tropfendurchmesser groß und die Spektren breit, zwischen –14° und –22°C klein und schmal. Die Niederschlagsmengen im Tal sind bei großflächigem Regen weitgehend unabhängig davon, ob der Niederschlag als Regen oder Schnee fällt. Daraus folgt ein Aufbau der Wolke, der unabhängig von der Lage der Null-Grad-Grenze ist. Bei ergiebigen Niederschlägen am Boden vermindert sich auf Jungfraujoch die Tropfenzahl um eine Zehnerpotenz.Die Niederschlagstheorie vonBergeron muß in einigen Punkten ergänzt werden. Das reine Kristallwachstum reicht nicht aus, um ergiebigen Niederschlag zu erzeugen. Erst die Anlagerung von Tropfen auf dem Fallweg in der Wolke (die Vergraupelung) führt zu Größen der Regentropfen, wie sie am Boden gemessen werden. Nicht erfaßbar sind dabei die großtropfigen Schauer und die Regen aus Wolken im positiven Temperaturbereich.

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Summary Our former investigations on Jungfraujoch have been completed by three further expeditions with measurements at lower temperatures. The drop spectra are broader, the medium drop diameters however yield a larger share of small spectra, i. e. large drops occur only sporadically and consist mainly in melted crystals. The number of drops per cm³ have their maximum frequency at 100, the water content lies preferably between 0 and 0.1 g/m³, its maximum at 1.2 g/m³.From the breadth of drop spectra on Jungfraujoch and from temperature and precipitation in the valley the following general results can be deduced: Clouds with precipitations in the valley consist in the region of negative temperatures of drops and crystals. Between –2° and –10°C medium drop diameters are large and the spectra broad, between –14° and –22°C small and narrow. The quantity of precipitation in the valley is with largescale rainfall largely independent of the kind of precipitation (rain or snow); thus the cloud-structure is independent of the position of the zero degree limit. For rich precipitations at the ground the number of drops on Jungfraujoch is reduced by a power of ten.The precipitation theory ofBergeron is to be completed in some points. Crystal growth in itself is not sufficient to produce extensive precipitations. Only the coalescence of drops on their way in the cloud under production of soft hail leads to the size of rain drops measured at the ground. Largedrop showers and rain from clouds with positive temperatures cannot be covered by this explanation.

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Résumé Les recherches effectuées antérieurement au Jungfraujoch ont été complétées par trois expéditions qui ont procédé à des mesures par de basses températures. Les spectres des gouttes contenues dans un nuage y établis sont plus larges. On y trouve pourtant une plus grande proportion de spectres étroits dans les diamètres de gouttes moyennes, c'est à dire que les grosses gouttes ne sont que des phénomènes isolés et sont en général faites de cristaux fondus. Le nombre de gouttes par cm³ se trouve le plus souvent au vosinage de 100, la contenance en eau du nuage est comprise entre 0 et 0,1 g/m³ et son maximum se situe à 1,2 g/m³.De la largeur du spectre des gouttes au Jungfraujoch, de la température qui y règne et des précipitations recueillies dans la vallée, on peut tirer les conclusions générales suivantes: Les nuages provoquent des précipitations dans la vallée se composent, par températures négatives, de gouttes et de cristaux. Entre –2° et –10°C, les diamètres moyens sont grands et les spectres étalés. Entre –14° et –22°C, les diamètres moyens sont plus petits et les spectres étroits. Les quantités de précipitations en grande étendue recueillies en plaine sont généralement indépendantes du fait qu'elles tombent sous forme de pluie ou de neige. Il s'ensuit une structure nuageuse indépendante de l'altitude de l'isotherme de zéro degré. Si les précipitations sont abondantes au sol, le nombre de gouttes diminue d'une puissance de dix au Jungfraujoch.Il faut compléter sur certains points la théorie des précipitations deBergeron. Le seul grossissement des cristaux ne peut expliquer d'abondantes précipitations. Ce n'est que la réunion de gouttes, lors de leur chute dans le nuage (formation de grésil) qui provoque de grosses gouttes telles qu'on les rencontre au sol. On ne peut pourtant pas expliquer par là ni les averses présentant de très grosses gouttes, ni les précipitations issues de nuages situés dans des zones à températures positives.

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Mit 2 Textabbildungen     

La capture des noyaux de condensation par chocs moléculaires au cours des processus de condensation

Résumé Les processus de transfert de vapeur autour d'une gouttelette en cours d'évaporation ou de condensation peuvent être observés optiquement en introduisant dans l'atmosphère un aérosol inerte de particules diffusantes submicroscopiques. L'examen sur fond noir, en éclairage latéral, permet de suivre ainsi la trajectoire et la vitesse des particules témoins sous l'action des chocs qu'elles reçoivent des molécules de vapeur d'eau se dirigeant ou s'éloignant de la goutte observée.Le transfert de vapeur d'eau se matérialise par un déplacement continu, facilement mesurable, superposé au mouvement Brownien habituel des particules. L'observation d'une goutte en voie d'évaporation met en évidence une chemise noire de protection analogue au «dust free space» des phénomènes d'origine thermique. Une goutte en voie de condensation par contre visualise un mécanisme de cinétique moléculaire permettant la capture des particules submicroscopiques. Les conséquences de ce mécanisme de capture rendent facilement explicables certains processus de la microphysique des nuages. On peut en tirer des conclusions pratiques applicables à l'insémination des nuages par des aérosols à propriétés particulières ou pour le dépoussiérage rapide des locaux industriels et des mines.

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Summary The process of vapor transfer during evaporation or condensation of droplets may be observed directly by introducing aerosols of diffusing submicroscopic particles. When lighted by a lateral beam, velocities and trajectories of these particles are visible under molecular collisions from vapor molecules reaching or leaving the droplet.Vapor transfer materializes itself by a continuous, easily measurable displacement of the particles, superposed with the usual Brownian motion. A freely evaporating droplet is surrounded by a dust-free space similar to that observed in thermic repulsion. A condensing droplet, on the contrary, shows a process of capture due to molecular collisions of the submicroscopic particles.This mechanism of molecular capture may explain some processes which occur in microphysics of clouds. These principles may be applied to artificial inducement of precipitation or for cleaning dusty air.

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Zusammenfassung Der Dampftransport während der Verdunstung und Kondensation von Tropfen kann direkt optisch durch Einführung von Aerosolen zerstreuender, submikroskopischer Teilchen beobachtet werden. Seitenbeleuchtung gestattet, die Bahnen und Geschwindigkeiten, die diese Teilchen bei molekularen Zusammenstößen mit den sich zum Tröpfchen hin oder vom Tröpfchen weg bewegenden Wasserdampfmolekülen erhalten, zu verfolgen.Der Wasserdampftransport besteht in einer steten, leicht meßbaren Partikelbewegung, welche sich der üblichen Browschen Bewegung überlagert. Die Beobachtung eines verdunstenden Tröpfchens zeigt eine Art Schutzmantel, den dust-free space, wie er von anderen thermischen Erscheinungen bekannt ist. Von einem kondensierenden Tröpfchen hingegen werden die submikroskopischen Partikel infolge molekularer Zusammenstöße eingefangen. Dieser Prozeß macht einige Vorgänge der Wolken-Mikrophysik verständlich. Daraus ableitbare Folgerungen können bei Operationen zur künstlichen Regenerzeugung oder zur Reinigung staubhaltiger Luft verwertet werden.