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

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

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

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

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Mit 10 Abbildungen     

Über Strahlungseigenschaften des Gletschereises

Zusammenfassung Am Hintereisferner wurden im Sommer 1956 Strahlungsmessungen an Gletschereisplatten mit Hilfe eines Solarimeters Moll-Gorczynski durchgeführt. Dabei ergab es sich, daß die Albedo der Eisplatten gesetzmäßig mit der Plattendicke zunimmt und außerdem von der Sonnenhöhe abhängig ist. Durchlässigkeitsmessungen lieferten für die Schicht zwischen 10 und 35 cm Tiefe einen mittleren Extinktionskoeffizienten von 0,085 cm^–1.Auf theoretischem Wege wurde versucht, die Beziehungen zwischen Extinktion, Zerstreuung und Reflexion sowie die Strahlungsverhältnisse im Innern der Eisplatten zu erfassen; auf diese Weise war es auch möglich, auf die vertikale Intensitätsverteilung der eindringenden Strahlung in den obersten Dezimetern des Gletschers zu schließen und die in den verschiedenen Tiefenschichten umgesetzten Energiebeträge abzuschätzen.

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Summary Measurements of the radiative properties of slabs of glacier ice were implemented in summer 1956 on the Hintereisferner. The instrument used was a Solarimeter Moll-Gorczynski. As a result of these investigations a simple law governing the increase of the albedo of the slabs with thickness could be stated. The albedo was also found to vary with solar altitude. Measurements of transmissiblity yield a mean extinction coefficient of 0,085 cm^–1 for the layer between 10 cm and 35 cm below the surface.The interrelations of extinction, diffusion and reflection as well as the radiative properties in the interior of the ice slabs were studied theoretically. The vertical distribution of the downward radiation in the uppermost decimetres of the glacier was deduced from the theory. An estimate was made of the amounts of energy involved in the radiative processes occurring at various levels.

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Résumé Des mesures de rayonnement effectuées en été 1956 au Hintereisferner sur des plaques de glace du glacier au moyen d'un solarimètre Moll-Gorczynski, ont montré que l'albédo de ces plaques augmente avec leur épaisseur et dépend de la hauteur du soleil. Des mesures de transparence ont fourni pour la couche de 10 à 35 cm de profondeur un coefficient moyen d'extinction de 0,085 cm^–1.En cherchant à établir théoriquement les relations entre l'extinction la dispersion et la réflexion, ainsi que les conditions de rayonnement à l'intérieur des plaques de glace, il fut possible de déterminer la distribution verticale d'intensité du rayonnement incident dans les premiers décimètres de la surface du glacier et d'estimer les quantités d'énergie échangées aux différentes profondeurs.

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Mit 6 Textabbildungen     

Die Albedo der Sonnblickgletscher und ihre zeitlichen Variationen

Zusammenfassung Im Sommer 1964 sowie vom Mai bis September 1966 wurden auf dem Sonnblick Messungen der Albedo der Gletscheroberflächen durchgeführt. Aufgabe und Ziel der Untersuchungen war es, einerseits die kurzzeitigen Änderungen der Albedo von Schnee, Firn und Eis, andererseits die jahreszeitliche Veränderlichkeit der Albedo und ihre Verteilung über die gesamte Fläche der Sonnblickgletscher zu bestimmen. Mit Hilfe der am Observatorium gemessenen Werte der Globalstrahlung konnte sodann die von den Gletscherflächen absorbierte Menge an kurzweilliger Strahlung ermittelt werden.Die Albedo-Messungen wurden mit augenempfindlichen Photoelementen durchgeführt. Da damit nur die Erfassung des sichtbaren Bereiches der kurzwelligen Strahlung möglich ist, wurden in gesonderten Meßreihen für die verschiedenen Arten von Neuschnee, Altschnee, Firn und Eis sowohl die sichtbare Albedo (mit den Photoelementen) als auch die Gesamtalbedo (mit dem Sternpyranometer) gemessen. Auf Grund dieser Vergleichsmessungen war es möglich, aus den Werten der visuellen Albedo der Gletscheroberflächen auf die Gesamtalbedo schließen zu können.

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Summary In summer 1964 and from May to September 1966 measurements of the albedo of glacier surfaces were executed on the Sonnblick. The purpose of these investigations was to ascertain the short period variations of the albedo of snow, névé, and ice as well as the seasonal variability of the albedo and its distribution over the entire area of the Sonnblick glaciers. By means of the totals of global radiation as measured at the observatory the amount of short wave radiation absorbed by the surfaces of the glaciers could be assessed.The measurements of the albedo were made by means of photoelectric cells which were sensitive in the visible range of the spectrum. As one can only measure the visible part of the short wave radiation with these instruments, the albedo in the visible range was measured as well as the total albedo in different series of measurements over the various kinds of new fallen snow, aged snow, névé, and ice using photoelectric cells and star pyranometers simultaneously. On the base of these comparisons it was possible to draw conclusions from the values of the albedo in the visible range over the glacier surfaces to the amount of the total albedo.

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Résumé En été 1964 ainsi que de mai à septembre 1966, on a effectué des mesures de l'albedo de la surface des glaciers au Sonnblick. Le but de ces recherches était de déterminer d'une part les modifications momentanées de l'albedo de la neige, des névés et de la glace, d'autre part la variation saisonnière de l'albedo et sa répartition sur l'ensemble de la surface des glaciers. A l'aide des valeurs du rayonnement global mesuré à l'observatoire, il fut possible de calculer la quantité de rayonnnement à ondes courtes absorbée par les glaciers.Les mesures de l'albedo furent effectuées au moyen de cellules photoélectriques réagissant au seul spectre visible. Ces appareils ne permettant de mesurer que le rayonnement à ondes courtes visibles, on a relevé parallèlement l'albedo visible (avec les cellules photoélectriques) et l'albedo total (avec un pyranomètre stellaire) provenant de diverses sortes de neige fraîche, de la vieille neige, des névés et de la glace. Il fut ainsi possible de passer des valeurs de l'albedo visible de la surface des glaciers à celles correspondantes de l'albedo total.

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Mit 9 Abbildungen     

Untersuchungen über die Strahlungsverhältnisse auf den Alpengletschern

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

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

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

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Mit 6 Textabbildungen.     

Glazial-meteorologische Untersuchungen im Karakorum

Zusammenfassung In der vorliegenden Untersuchung werden weitere glazial-meteorologische Beobachtungen am Chogo Lungma-Gletscher anläßlich der Frankfurter Himalaya-Expedition 1955 bearbeitet. Die Beobachtungen umfassen: Ablation, Windgeschwindigkeit in 20, 100 und 300 cm Höhe. Temperatur und Feuchtigkeit in 20 und 100 cm Höhe, Oberflächentemperatur, Temperaturdifferenz 20–100 cm, Niederschlag, Verdunstung, sowie den in einer früheren Arbeit publizierten kurz- und langwelligen Strahlungsumsatz an der Gletscheroberfläche.Die erste Meßreihe (Station I, Seehöhe zirka 4000 m) erfaßt das Abschmelzen eines Restes von Winterfirn (51 cm) im Verlauf von 6 Tagen. Die zweite Meßreihe (Station II, Seehöhe zirka 4300 m) beschreibt die Ablation von insgesamt 120 cm Blankeis mit einer mittleren Albedo von 0,30. Beide Stationen liegen unterhalb der Firnlinie auf der flachen Gletscherzunge.Der Tagesgang der Ablation ist ähnlich wie in den Alpen und läßt auch hier a priori auf einen sehr hohen Anteil der Strahlungsablation schließen. Der Gletscherwind des Chogo Lungma ist besonders schwach, was sich vermutlich aus seinen morphologischen Eigenheiten (Mustagh-Typ) erklärt. Eine Erklärung seines täglichen Ganges ergibt sich aus der Differenz Lufttemperatur-Eistemperatur.Die mittleren vertikalen Verteilungen von Windgeschwindigkeit, Temperatur und Feuchtigkeit lassen sich gut durch logarithmische Gesetze annähern. Die vertikalen Ströme von fühlbarer und latenter Wärme werden mit Hilfe des adiabatischen Austauschkoeffizienten berechnet, weil die Berücksichtigung der Stabilität nachLettau die Anwendung nicht-logarithmischer Gesetze für die Temperatur- und Feuchteverteilung erfordern würde (höhenkonstanter Wärmestrom) und die Abweichung in den untersten Dezimetern klein ist.Der mittlere tägliche Wärmehaushalt an den Stationen I und II ist in Tabelle 6 gegeben. Die Übereinstimmung zwischen beobachteter und berechneter Ablation ist befriedigend und rechtfertigt die angewendeten Methoden. Der Anteil der Strahlung an der Ablation beträgt 88% (Firn) und 95% (Blankeis). Wie zu erwarten, ist die konvektive Wärmezufuhr von der gleichen Größenordnung wie auf anderen temperierten Gletschern. Die Ablation durch Verdunstung ist verschwindend klein.Die Rolle der Verdunstung im glazialen Wärmehaushalt wird im Zusammenhang mit dem Büßerschnee-Problem näher diskutiert. Es ergibt sich, daß die Verdunstung für den glazialenWärmehaushalt unter Umständen eine gewisse Bedeutung erlangen kann, für denMassenhaushalt (Verdunstungsablation) wegen ihres hohen Wärmebedarfs im Ablationsgebiet von Gletschern der gemäßigten Zone aber immer weit hinter der Schmelzung zurückstehen wird. Eine qualitative Erklärung der Bildung von Büßerschnee ergibt sich auf Grund des unterschiedlichen Wärmehaushalts der Kleinformen der Eisoberfläche.Die Möglichkeiten vereinfachter Wärmehaushaltsmessungen, besonders für Expeditionszwecke, werden unter Berücksichtigung der bisherigen Erfahrungen diskutiert.Schließlich wird das Ergebnis der Wärmehaushaltsmessungen in hoher, mittlerer und niedriger Breite nach allgemeinen Gesichtspunkten verglichen und erneut auf die Bedeutung der sommerlichen Witterung (Albedoänderungen durch temporäre Schneedecken, Sonnenscheindauer) für die Größenänderungen an Gletschern der gemäßigten Zone hingewiesen.

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Summary The present paper deals with further glacial-meteorological observations on Chogo Lungma Glacier carried out during the Frankfurter Himalaya-Expedition 1955. These observations comprise: ablation, wind velocity at 20, 100, and 300 cm height, temperature and humidity at 20 and 100 cm height, surface temperature, temperature gradient between 20 and 100 cm, precipitation, evaporation, as well as the short and long wave radiative heat exchange at the surface as published in a previous paper.The first series of measuremnts (Station I, altitude about 4000 m) covers the melting of the remains of winter firn (51 cm) in the course of 6 days. The second series (Station II, altitude about 4300 m) covers the ablation of 120 cm of bare ice with an average albedo of 0,30. Both stations were situated below the firn line on the flat glacier tongue.The daily varation of ablation closely resembles that found in the Alps and indicates a very high percentage of radiative ablation. The glacier wind on Chogo Lungma is exceptionally weak which is probably due to its morphological features (Mustagh-Type). An explanation of the daily course of glacier wind is given by considering the temperature difference between air and ice.The mean vertical distributions of wind velocity, temperature and humidity may well be represented by logarithmic laws. The vertical flux of perceptible and latent heat are calculated by means of the adiabatic Austausch coefficient. To account for stability according toLettau's formula would necessitate the application of non-logarithmic laws for the temperature and humidity distribution in order to give a constant heat flux. However, the deviations in the lowermost decimetres are small.The mean daily heat economy at Stations I and II is given in Table 6. The correspondence between observed and computed ablation is satisfactory and justifies the methods applied. Radiation balance (long and short wave) contributes 88% over firn and 95% over bare ice to the total ablation. As is to be expected, convective heat supply is of the same order of magnitude as on other temperate glaciers. Ablation by evaporation is negligible.The part of evaporation in the glacial heat economy is discussed in connection with the problems of nieve de los penitentes. It is shown that, under certain conditions, evaporation may achieve some importance in thethermal budget but that its importance in themass budget (ablation by evaporation) in the ablation area of temperate glaciers will always be negligible compared to the ablation by melting, due to the great amount of heat required for evaporation. Based upon the small local differences of the heat budget of sun-cupped firn an explanation is given of the formation of nieve de los penitentes.The possibilities of simplified measurements of heat economy, especially on expeditions, are discussed.Finally, the glacial heat budget in high, middle, and lower latitudes is compared, and the predominant importance for glacier shrinkage and advance of summer weather (changes of albedo by temporary snow covers, duration of sunshine) is stressed.

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Résumé Les observations glaciologiques et météorologiques effectuées au glacier de Chogo Lungma lors de l'expédition himalayenne de Francfort en 1955 font l'objet ici de nouvelles élaborations. Les mesures concernent: l'ablation, la vitesse du vent à 20, 100 et 300 cm au-dessus du sol, la température et l'humidité à 20 et 100 cm, la température superficielle, la différence de température entre 20 et 100 cm de hauteur, les précipitations, l'évaporation ainsi que l'économie des rayonnements à courtes et longues ondes à la surface du glacier, étudiée dans une publication antérieure.La première série de mesures (Station I, altitude env. 4000 m) comprend la fusion d'un reliquat de névé hivernal (51 cm) en 6 jours. La 2ème série (Station II, 4300 m env.) concerne l'ablation de 120 cm de glace compacte avec un albédo moyen de 0,30. Les deux stations se trouvent au-dessous du névé, sur le plateau glaciaire.La variation diurne de l'ablation est semblable à celle des Alpes et permet là aussi de conclure a priori à une part prépondérante du rayonnement. Le vent du glacier du Chogo Lungma est particulièrement faible ce qui probablement s'explique par ses particularités morphologiques (type Mustagh). Sa variation diurne s'explique par la différence entre la témperature de l'air et celle de la glace.Les distributions verticales moyennes de la vitesse du vent, de la température et de l'humidité peuvent aisément se représenter par des fonctions logarithmiques. Les courants verticaux de chaleur réelle et latente se calculent à l'aide du coefficient d'échange turbulent adiabatique, parce que le recours à la stabilité selonLettau exigerait l'emploi de lois non logarithmiques pour la répartition de la température et de l'humidité (flux de chaleur constant selon la verticale) et parce que l'écart est petit dans les premiers décimètres inférieurs.L'économie thermique diurne moyenne aux stations I et II figure dans le tableau 6. L'accord entre l'ablation observée et calculée est satisfaisant et justifie l'emploi de la méthode. La part du rayonnement dans l'ablation s'élève à 88% (névé) et à 95% (glace compacte). Comme il faut s'y attendre, l'apport convectif de chaleur est du même ordre de grandeur que sur d'autres glaciers des régions tempérées. L'ablation par évaporation est extrêmement faible.Le rôle de l'évaporation dans l'économie thermique des glaciers est discuté en rapport avec le problème de la «neige des pénitents». On constate que l'évaporation peut avoir une certaine importance dans l'économie calorifique du glacier, mais que dans le bilan de masse (ablation par évaporation) son effet reste minime en regard de la fusion, vu les quantités de chaleur mises en jeu dans la zone d'ablation des glaciers tempérés. On peut trouver une explication qualitative de la formation des la «neige des pénitents» dans les différences d'économie calorifique des micro-formes de la surface de la glace. On examine les possibilités de simplifier les techniques des mesure de l'économie calorifique, en particulier pour les expéditions d'exploration.Enfin l'auteur compare les résultats de mesures de l'économie calorifique aux latitudes hautes, moyennes et basses et attire à nouveau l'attention sur l'importance du temps qu'il fait en été (modifications d'albédo par neige fraîche temporaire; durée d'insolation) pour les changements de masse des glaciers des régions tempérées.

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Mit 9 Textabbildungen     

Ein Beitrag zur Kenntnis der Lichtstreuung im Gletschereis

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

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

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

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Mit 14 Textabbildungen     

Untersuchungen der Extinktionseigenschaften des Gletschereises und Schnees

Zusammenfassung Mit Hilfe von Mikroempfängern wurde das Extinktionsvermögen von oberflächennahen Eisschichten der Gletscher und von verschiedenen Schneesorten im kurzwelligen Spektralbereich untersucht und der Extinktionskoeffizient als Funktion der Tiefe (bis 50 cm) und der Wellenlänge bestimmt. Die räumliche Verteilung der Streustrahlung wurde mit Richtempfängern in drei Filterbereichen (650 m, 825 m, 950 m) gemessen. Es wird gezeigt, daß der Extinktionskoeffizient in den oberflächennahen Eisschichten stark von der Meßrichtung abhängt und dadurch in der Oberschicht die räumliche Strahlungsverteilung mit der Tiefe wesentlich verformt wird. Nur Messungen der Strahlungsbilanz können daher über die absorbierte Strahlungsenergie, die in Wärme umgewandelt wird, Aufschluß geben. In tieferen Schichten (x>25 cm) wird der Extinktionskoeffizient von der Meßrichtung unabhängig. In diesem Bereich wird die Theorie vonR. V. Dunkle undJ. T. Gier angewendet und der Streu- und Absorptionskoeffizient berechnet. Im Schnee wird keine Abhängigkeit des Extinktionskoeffizienten von der Meßrichtung gefuden. Aus den Ergebnissen wurde die Porösität der Oberschicht berechnet und der Betrag der inneren Ablation angegeben. Zur Ausbildung der porösen Oberschicht werden im Extremfall etwa 200 cal/cm² verbraucht. Die Art der räumlichen Verteilung der Streustrahlung erlaubt eine neue Erklärung für den Tagesgang der Albedo von Eis.

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Summary Small sensing elements were used to measure radiation extinction in glacier ice and various types of snow. The extinction coefficient for short-wave radiation as a function of depth (down to 50 cm below the surface) and wavelength is given. The spacial distribution of scattered radiation was measured in three wavelengths (650, 825, and 950 m), by means of directional receivers. It is shown that, in the upper layers, the extinction coefficient strongly depends on the direction of the measurement. Therefore, the spacial distribution of radiation below the surface is deformed, Determination of the radiative energy absorbed by the ice and transformed into heat requires measurements of the radiation balance. At greater depths (>25 cm) the extinction coefficient becomes independent of the direction of measurement. For this range the theory ofR. V. Dunkle andJ. T. Gier was applied and the coefficients of scattering and absorption computed. Observations in snow rendered no dependency of the extinction coefficient on the direction of measurement. Using the present results the porosity of the upper ice layer was calculated and internal ablation determined. Under extreme circumstances, the formation of a porous surface layer consumes about 200 cal/cm². Considering the spacial distribution of scattered radiation a new explanation of the daily variation of albedo of ice is given.

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Résumé On détermine à l'aide de récepteurs de petites dimensions les propriétés de l'extinction (affaiblissement total) des couches de glace proches de la surface des glaciers et de diverses sortes de neige. On s'est attaché à l'étude des ondes courtes du spectre et à la recherche du coefficient d'extinction en fonction de la profondeur (jusqua'à 50 cm) et de la fréquence des ondes. La répartition du rayonnement diffus dans l'espace fut mesurée pour les domaines de 3 filtres (650 m, 825m et 950m). On démontre ensuite que le coefficient d'extinction dépend de la direction de mesure dans les couches superficielles de la glace et que la répartition spaciale du rayonnement est, de ce fait, passablement déformée en profondeur. Seules des mesures du bilan de radiation peuvent donc indiquer l'énergie absorbée qui est transformée en chaleur. Dès que la profondeur dépasse 25cm, le coefficient d'extinction est indépendant de la direction selon laquelle il est mesuré. On applique dans cette zone la théorie deR. V. Dunkle etJ. T. Gier et l'on peut calculer les coefficients d'absorption et de dispersion. Dans la neige par contre, on n'a pas trouvé de relation étroite entre le coefficient d'extinction et la direction de mesure. Partant de ces recherches, on a calculé la porosité des couches superficielles et la valeur de l'ablation interne. Il faut, dans les cas extrêmes, 200 cal/cm² pour former la couche poreuse superficielle. La manière dont le rayonnement diffus se répartit dans l'espace permet de formuler une nouvelle explication de la variation diurne de l'albédo de la glace.

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Mit 6 Textabbildungen     

Glazial-meteorologische Untersuchungen im Karakorum

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

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

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

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Mit 8 Textabbildungen

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

Beiträge zur Kenntnis des Gletscherwindes

Zusammenfassung Aus einem umfangreichen Material von Registrierungen und Beobachtungen aus der eisnahen Luftschicht auf Alpengletschern werden die Tage mit Gletscherwind herausgegriffen. Neue Erfahrungen über den Tagesgang, die Geschwindigkeitsverteilung und den thermischen Aufbau dieses Schwerewindes werden mitgeteilt. DerTagesgang läßt zwei gleichberechtigte Maxima (vor Sonnenaufgang und vor Sonnenuntergang) und zwei Minima (vor Mittag und vor Mitternacht) erkennen. Die gleiche doppelte Schwankung zeigt auch der vertikale Temperaturgradient als Folge des verschiedenen Tagesganges von Luft- und Eistemperatur. DieGeschwindigkeitsverteilung im vertikalen Aufbau zeigt das Maximum bis zu 3 m/sec unterhalb 2,5 m Höhe. Die Beziehung zwischen Höhenlage und Geschwindigkeit des Maximums läßt sich durch ein einfaches Potenzgesetz beschreiben. Mit Hilfe der für die Geschwindigkeit eines stationären Schwerewindes vonA. Defant abgeleiteten Formel kann es wahrscheinlich gemacht werden, daß die Mächtigkeit der als Gletscherwind abfließenden Kaltluft auf Alpengletschern die Größenordnung Dekameter kaum übersteigt. Derthermische Aufbau der eisnahen Luftschicht verrät sofort die rezente Vorgeschichte der Luft: die als Gletscherwind abfließende gletschereigene Luft ist bei stabiler Schichtung durch einen großen vertikalen Gradienten der Temperatur, infolge vorausgegangener intensiver Wärmeabgabe, charakterisiert; die durch Advektion vom eisfreien Gelände herangeführte gletscherfremde Luft weist einen wesentlich kleineren Temperaturgradienten auf. Mit dem Temperaturgradienten in linearem Zusammenhang stehen unregelmäßige Schwankungen der Temperatur, deren Amplitude bei Gletscherwind am größten ist. Sie sind vorwiegend eine Folge der turbulenten Vermischung der eisnahen Luftschicht und erlauben die Abschätzung eines Mischungsweges für Wärmeübergang. Da die bei turbulenter Vermischung durch die Luft zum Eis fließende Wärmemenge dem vertikalen Temperaturgradienten direkt proportional ist, wird bei Gletscherwind, unabhängig von der absoluten Höhe der Temperatur, die relativ größte Wärmemenge aus der Luft auf das Eis übertragen. Es ist somit sachlich unbegründet, dem Gletscherwind eine konservierende, das Eis vor rascher Abschmelzung schützende Wirkung zuzuschreiben.

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Summary From an extensive material of records and observations within the air layer near the ice surface of Alpine glaciers the days with glacier wind were extracted. New results concerning daily variation, velocity distribution, and thermal structure of this gravity-wind are communicated. Thedaily variation shows two maxima of equal significance (before sunrise and before sunset) and two minima (before noon and before midnight). The same double variation becomes also manifest in the vertical temperature gradient as a consequence of the different daily variation of air and ice temperature. The verticalvelocity distribution shows a maximum approaching 3 m/sec below 2.5 m height. The relation between level and velocity of the maximum can be described by a simple exponential law. Using the formula ofA. Defant for the velocity of a stationary gravity-wind, it can be shown that, most likely, the height of the layer of cold air moving downward on Alpine glaciers as glacier wind hardly exceeds the order of magnitude of decameters. Thethermal structure of the air layer near the ice surface reveals its origin: air of glacial origin flowing down as glacier wind is characterized, in case of a stable stratification, by a great vertical temperature gradient after intensive emission of heat; non-glacial air arriving by advection from parts clear of ice has a considerably smaller temperature gradient. There is a linear relation between temperature gradient and irregular variations of temperature the amplitudes of which reach a maximum in glacier wind. They are principally an effect of the turbulent mixing process of the air near the ice surface and make possible estimating a mixing length for the heat transfer. As the quantum of heat being transferred by turbulent mixing from air to ice is directly proportional to the vertical temperature gradient, the relatively highest amount of heat passes from air to ice with glacier wind, independently of the absolute height of temperature. Therefore, there are no objective arguments for attributing to the glacier wind a conserving effect which protects the ice from rapid melting.

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Résumé A partir d'un vaste matériel d'observations de la couche d'air voisine de la glace, l'auteur établit une liste des jours avec brise de glacier. Il communique de nouveaux résultats concernant la variation diurne, la répartition des vitesses et les conditions thermiques de ce vent. Lavariation diurne présente deux maxima (avant le lever et avant le coucher du soleil) et deux minima (avant midi et avant minuit). Le gradient vertical de température accuse la même périodicité par suite des variations diurnes différentes des températures de l'air et de la glace. Ladistribution de la vitesse selon la verticale fait ressortir le maximum atteignant 3 m/s au-dessous de 2,5 m de hauteur; l'altitude et la vitesse du maximum sont liées par une loi exponentielle simple. Grâce à la formule deA. Defant concernant la vitesse d'un courant de gravitation stationnaire, on peut montrer que l'épaisseur des brises des glaciers alpins ne dépasse probablement pas une dizaine de mètres. Lastructure thermique de la couche d'air proche de la glace trahit son passé immédiat: cette couche est en effet caractérisée par un fort gradient vertical de température par suite de la perte de chaleur intense, tandis que l'air provenant par advection des parties avoisinantes, libres de glace, possède un gradient notablement plus faible. Il y a en outre des variations de température irrégulières, linéairement liées au gradient de température et dont l'amplitude est maximum par la brise de glacier; elles résultent essentiellement du mélange turbulent de la couche voisine de la glace et permettent d'estimer un parcours de mélange du transfert de chaleur. Comme la quantité de chaleur transmise à la glace par le mélange turbulent de l'air sus-jacent est directement proportionnelle au gradient vertical de température, relativement la plus grande quantité de chaleur passe, par brise de glacier, de l'air à la glace, et cela indépendamment de la valeur absolue de la température. Il n'est donc pas justifié d'attribuer à la brise de glacier la propriété de protéger la glace d'une fusion rapide.

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Mit 7 Textabbildungen.     

Winterschneedecke und Gebietsniederschlag 1957/58 und 1958/59 im Bereich des Hintereis- und Kesselwandferners (Ötztaler Alpen)

Zusammenfassung Während des Internationalen Geophysikalischen Jahres und der Internationalen Geophysikalischen Kooperation wurde im Bereich des Hintereis- und Kesselwandferners (Ötztaler Alpen) ein glazialmeteorologisches Forschungsprogramm in vermehrtem Umfang weitergeführt. Der vorliegende Bericht befaßt sich vorwiegend mit dem Problem der Bestimmung des Gebietsniederschlages für das teilweise vergletscherte Einzugsgebiet in den hydrologischen Jahren 1957/58 und 1958/59. Die Ergebnisse der Niederschlagsmessungen mit Totalisatoren für die Periode 1948/49 bis 1960/61 werden kurz dikutiert, wobei besonders eine Zunahme der Winterniederschläge im Gebiet des Hintereisferners während der letzten Jahre bemerkenswert erscheint. Zur Festigung dieses Ergebnisses werden die Untersuchungen der Winterschneedecke besprochen, die seit 1954 systematisch durchgeführt worden sind. Während am Ende des hydrologischen Winterhalbjahres der Inhalt der im unvergletscherten Gelände aufgestellten Totalisatoren mit dem Wasserwert der Schneedecke in der Umgebung im Mittel übereinstimmt, liegt auf den Gletschern ausnahmslos wesentlich mehr Schnee, als von den Totalisatoren in gleicher Höhe gesammelt wurde. Die Großmulden des Geländes, in denen die Gletscher liegen, sind Ablagerungsgebiete für den vom Wind während des Schneefalls und danch umgelagerten Schnee; was den Hängen an Schnee fehlt, liegt auf den Gletschern zuviel. Der kritische Gebietsniederschlag des Winterhalbjahres sollte dem Wasserwert der mittleren Schneedecke des Winterhalbjahres entsprechen. Der Gebietsniederschlag wird für beide untersuchten Jahre nach fünf Methoden berechnet, wobei Methode III und IV die bei den Untersuchungen der Schneedecke gewonnenen Erfahrungen anwendet. Der Gebietsniederschlag für das hydrologische Winterhalbjahr wird für 100-Meter-Stufen zusammengesetzt aus dem von den Totalisatoren gemessenen Wert mit dem Flächenanteil des unvergletscherten Gebiets als Gewicht und dem Wassergehalt der Schneedecke für die vergletscherten Areale des Einzugsgebietes. Für das hydrologische Sommerhalbjahr werden die unkorrigierten Meßwerte der Totalisatoren verwendet. Wegen des Überwiegens von Niederschlag in fester Form im April und Mai dürfte auch im Sommerhalbjahr ein Zuschlag von etwa 5% zu den Meßwerten der Totalisatoren gerechtfertigt sein. Das Ergebnis wird durch direkte Registrierungen des Abflusses und Beobachtungen des Massenhaushaltes der Gletscher (Methode V) überprüft; die Übereinstimmung ist befriedigend. Die mittlere Gebietsverdunstung des Einzugsgebietes (26,6 km², 2981 m mittlere Höhe, –5°C mittlere Jahres-temperatur) dürfte mit 200 mm sehr nahe ihrem oberen Grenzwert sein. Die Meßwerte der Totalisatoren in Höhenlagen oberhalb 2500 m müssen um etwa 20% der Jahressummen erhöht werden, um Übereinstimmung mit Abfluß und Massenhaushalt zu erzielen. Bei etwa 3300 m Höhe kann im Bereich des Hintereisferners mit einem Jahresniederschlag von 2000 mm gerechnet werden.

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Summary During the IGY and the IGC a glacio-meteorological research program was continued on a larger scale in the region of the Hintereis- and Kesselwandferner (ferner=glacier), Oetztal Alps. This report deals mainly with the problem of determining the total precipitation for the partly icecovered drainage area in the hydrological years 1957/58 and 1958/59. The results of the precipitation measurements with totalizators for the period 1948/49 to 1960/61 are briefly discussed, noting particularly an increase of winter precipitation in the region of the Hintereisferner during the last years. In order to confirm this result investigations on the winter snow cover are referred, which were performed systematically since 1954. While at the end of the hydrological winter season the content of the totalizators in the icefree area agrees on an average quite well with the water equivalent of the surrounding snow cover, by far more snow is accumulated on the glaciers than was collected by the totalizators at corresponding levels. The large-scale basins of the terrain, where the glaciers are situated, are regions of accumulation of snow shifted by the wind during and after snowfall; what the slopes lack in snow the glaciers have too much. The critical total precipitation of the winter season should correspond to the water equivalent of the average snow cover of the winter season. The total precipitation is calculated for both years by five methods, whereby methods III and IV apply the experiences gained at investigating the snow cover. The total precipitation for the hydrological winter season is composed for 100 meter-steps of the precipitation measured by the totalizators weighted with the area of the ice-free region, and the water equivalent of the snow cover weighted with the area of the ice-covered region of the drainage area. For the hydrological summer season the uncorrected values of the totalizators are used. As in April and May snowfall predominates, an increase of the precipitation measured with the totalizators by about five per cent should be justified also in the summer season. The result is checked by recording the discharge from and measuring the mass balance of the glaciers (method V); the agreement is satisfying. The total evaporation of the drainage area (26,6 km², 2981 m average height, –5°C mean annual temperature) should not exceed 200 mm of water. The results of the totalizators above 2500 m have to be increased by roughly 20 per cent of the annual amount, if they should agree with discharge and mass balance. At the height of 3300 m an annual precipitation of 2000 mm can be expected in the region of the Hintereisferner.

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Résumé Durant l'Année et la Coopération géophysiques internationales on a mis à exécution un programme étendu de recherches glacio-météorologiques dans les régions du Hintereisferner et du Kesselwandferner (Oetztal, Autriche). Le présent mémoire est consacré essentiellement au problème de la détermination des précipitations régionales d'un bassin versant en partie recouvert de glaciers et cela pour les années hydrologiques 1957/58 et 1958/59. On discute brièvement le résultat des mesures faites au moyen de totalisateurs pour la période allant de 1948/49 à 1960/61. On remarque alors tout spécialement ces dernières années une augmentation des précipitations d'hiver dans le bassin du Hintereisferner. Pour étayer ces résultats, on discute les mesures de la couche de neige en hiver, mesures qui sont effectuées systématiquement depuis 1954. A la fin du semestre d'hiver de l'année hydrologique, le contenu des totalisateurs placés hors de la zone des glaciers correspond en moyenne à la valeur en eau de la couche de neige recouvrant les terrains avoisinants. On rencontre par contre notablement plus de neige sur les glaciers que les totalisateurs placés à la même altitude n'en ont recueilli et cela sans exception. Les grandes dépressions du terrain dans lesquelles se trouvent les glaciers, servent de réceptacles à la neige qui est chassée par le vent soit durant les chutes elles-mêmes soit après. La neige qui fait défaut sur les pentes se retrouve, en surplus, sur les glaciers. Les précipitations régionales critiques du semestre d'hiver devraient correspondre à la valeur en eau de la couche moyenne de neige du même semestre. Les précipitations régionales des deux années en cause sont calculées selon cinq méthodes différentes où les méthodes III et IV utilisent l'expérience acquise lors des recherches effectuées sur la couche de neige. Les précipitations régionales du semestre d'hiver sont obtenues par l'addition des résultats successifs de chaque tranche de 100 m; dans chacune de ces tranches, on a multiplié la surface libre de glace par le contenu correspondant des totalisateurs. On y a ajouté la valeur en eau de la couche de neige des parties de glaciers. Pour le semestre d'été, on utilise les valeurs non corrigées des totalisateurs. Cependant, vu que la plus grande partie des précipitations d'avril, et de mai tombe sous forme de neige, il semble qu'un supplément de 5% aux données des totalisateurs soit justifié pour le semestre d'été également. Les chiffres ainsi obtenus sont contrôlés tant par l'enregistrement du débit des rivières que par l'observation des fluctuations de la masse des glaciers (méthode V); la concordance est alors satisfaisante. L'évaporation annuelle régionale moyenne du bassin versant (26,6 km², altitude moyenne 2981 m, température annuelle moyenne –5°C) peut être estimée à 200 mm au maximum. Les quantités d'eau recueillies par les totalisateurs doivent être augmentées de 20% environ de leur valeur annuelle pour être en concordance avec les calculs de débits et des fluctuations de la masse des glaciers. On peut alors déterminer des précipitations annuelles de 2000 mm à environ 3300 m d'altitude dans le bassin du Hintereisferner.

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Mit 8 Textabbildungen     

Zur Albedomessung auf Gletschern

Zusammenfassung Auf Grund gleichzeitiger Messungen der Gletscheralbedo mit einem Solarimeter und einem Selen-Photoelement wird versucht, bei verschiedenen Strahlungsbedingungen eine Beziehung zwischen den mit beiden Empfängern gemessenen Albedowerten zu finden. Bei bedecktem Himmel ohne Sonne werden annähernd gleiche Albedowerte gemessen; bei heiterem Himmel weist ihr Verhältnis einen ausgeprägten Tagesgang auf, wobei um Mittag mit dem Photoelement ein um etwa 25% größerer Wert der Albedo festgestellt wird als mit dem Solarimeter. Albedobestimmungen, die nach diesen zwei Methoden ausgeführt wurden, sind daher nicht unter allen Bedingungen miteinander vergleichbar.

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Summary On the basis of simultaneous measurements of glacier albedo with a solarimeter and a selenium photo-element the author is trying to find a relation between the albedo values measured with the two receivers under different radiation conditions. Approximately equal values of albedo are found with overcast sky without sun; their relation shows on the other hand a pronounced daily course with clear sky, whereby the photo-element yields at noon an albedo value higher than that of the solarimeter by about 25%. Determinations of albedo carried out according to these two methods are thus not comparable under every condition.

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Résumé On a mesuré l'albédo d'un glacier simultanément au moyen d'un solarimètre et d'une cellule photoélectrique au sélénium. On essaie alors d'établir la relation existant entre les valeurs de l'albédo résultant des relevés de ces deux instruments et cela dans des conditions diverses de rayonnement. Ces valeurs sont à peu près égales par ciel couvert et sans soleil. Par ciel serein, le rapport présente par contre une évolution diurne marquée. Dans ce cas, les valeurs fournies par la cellule à midi sont de 25% supérieures à celles du solarimètre. Les mesures de l'albédo faites au moyen de ces deux instruments ne sont donc pas comparables entre elles dans toutes les conditions de nébulosité.

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Mit 2 Textabbildungen     

Die Himmelsstrahlung in ihrer Beziehung zu verschiedenen Parametern

Zusammenfassung Gestützt auf ein fünf Jahre umfassendes Datenmaterial wird der Zusammenhang zwischen den Momentanwerten der diffusen Himmelsstrahlung, den gleichzeitigen Werten des Höhenwinkels der Sonne, der atmosphärischen Trübung sowie der Art und Menge der Bewölkung für Locarno-Monti (Alpensüdfuß) untersucht. Durch eine monatsweise Trennung der Daten kann der jahreszeitabhängige Effekt von Bodenalbedo und direkter Hangreflexion zahlenmäßig erfaßt werden. Mit Hilfe der sogenannten Koaxialmethode für die graphische Ermittlung stochastischer Beziehungen wird das Resultat unmittelbar für den praktischen Gebrauch in Form eines zusammengesetzten Diagrammes erhalten und durch eine analytische Näherungsformel ausgedrückt. Die auf diese Weise empirisch bestimmten Himmelsstrahlungsintensitäten werden durch Vergleich mit einer größeren Anzahl direkt gemessener Werte auf ihre Zuverlässigkeit hin geprüft, wobei das Prüfmaterial selbst nicht in die Untersuchungsstatistik einbezogen ist. Häufigkeitsverteilungen der Abweichungen zeigen deutlich, wie sich der Zusammenhang stets bessert, wenn zunächst nur ein, dann sukzessive auch weitere Parameter in die Mehrfachkorrelation einbezogen werden. Die Ergebnisse für den wolkenfreien Himmel werden mit solchen anderer Autoren verglichen.

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Summary The data collected during a five year period at Locarno-Monti, on the southern side of the Alps, permitted an investigation of the relationship between the intensity of the diffuse sky radiation and the solar elevation angle, the turbidity, and the cloudiness. By grouping the data by months it was possible to show quantitatively the season-dependence on surface albedo and direct reflection from the slopes. The so-called coaxial method for the graphical determination of stochastic interrelations leads to a display of the results in a multicurve-graph for practical use. The relationship is approached analytically. The reliability of empirically obtained sky radiation data was checked against a series of measured values, not involved in the statistics. Analysis of the deviation frequency shows further that the more parameters are taken into account in the multiple correlation procedure, the better the relationship holds. For cloudless sky the results are compared with those gained by other authors.

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Résumé Les résultats de mesure recueillis pendant une période de cinq ans à Locarno-Monti, au sud des Alpes, permettent d'étudier les relations entre les valeurs instantanées du rayonnement diffus du ciel d'une part, et les valeurs simultanées de l'angle de hauteur du soleil, du trouble atmosphérique et de la nébulosité d'autre part. Grâce à un groupement mensuel des données, l'effet variable selon la saison de l'albédo du sol et de la réflexion directe par les pentes peut être mis quantitativement en évidence. En recourant à la méthode dite coaxiale, qui permet de trouver graphiquement des relations stochastiques, il est possible de présenter les résultats sous la forme d'un abaque utilisable directement à des fins pratiques. Une formule approchée est également donnée. Les valeurs du rayonnement du ciel obtenues par ce moyen empirique sont ensuite comparées à une série de valeurs mesurées, non comprises dans la statistique. L'analyse de la fréquence des écarts montre clairement que les relations stochastiques trouvées sont d'autant meilleures que le nombre de paramètres inclus dans les corrélations multiples est plus grand. Dans le cas d'un ciel serein, les résultats sont comparés avec ceux d'autres auteurs.

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Mit 13 Textabbildungen     

Untersuchungen des Energiehaushaltes und des freien Wassergehaltes beim Abbau der winterlichen Schneedecke

Zusammenfassung Energiehaushalt und freier Wassergehalt beim Abbau der winterlichen Schneedecke wurden in einer 64tägigen Meßreihe untersucht. Zur Messung des freien Wassergehaltes wurde ein neu entwickeltes Gerät verwendet. Das Prinzip des Gerätes beruht auf der Bestimmung der Dielektrizitätskonstanten des feuchten Schnees. Die Ergebnisse zeigen, daß eine Änderung des freien Wassergehaltes zwischen Beginn und Ende einer Meßperiode beim Studium des Energiehaushaltes berücksichtigt werden muß. Eine 1 m dicke Schneeschicht verbraucht zur Vermehrung des freien Wassers um 5 Volumprozent 400 cal/cm². Für eine 10tägige Meßperiode ist dieser Betrag etwa das Doppelte des fühlbaren und latenten Wärmestromes und etwa 70% der langwelligen Strahlungsbilanz. Der vollständige Energiehaushalt wurde für die 44tägige Ablationszeit berechnet, wobei der Unterschied zwischen berechneter und gemessener Ablation 4,8% beträgt. Zum Vergleich wurden die Komponenten des Energiehaushaltes auch für eine 20tägige Periode ohne Schmelzung ermittelt, wobei sich der große Einfluß der hohen Albedo deutlich zeigt.

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Summary The author has investigated the heat balance and contents of free water during the ablation of the snow-cover of the winter in a 64-day series of measurements. For the measurement of the free water content a new device has been developed. The principle of this instrument is based on the determination of the dielectric constant of the wet snow. The results show that a variation of the proportion of free water between the beginning and the end of a period of measurements has to be taken into consideration. To increase the proportion of free water by five per cent of the volume a snow cover crease the proportion of free water by five per cent of the volume a snow cover of 1 m thickness needs 400 cal/cm². For a 10-day period of measurements this amount equals twice the flow of sensible and latent heat or 70 per cent of the long wave net radiation. The complete heat balance for the ablation time which had a duration of 44 days has been computed. The difference between computed and observed ablation amounts to 4.8 per cent. As a counterpart the components of the heat balance were computed for a 20-day period without melting, too, which showed the large influence of the high albedo.

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Résumé En se basant sur une série de mesures s'étendant sur 64 jours, on a examiné le bilan d'énergie et le contenu d'eau libre d'une couche de neige d'hiver dans l'état de disparition. On a utilisé un appareil nouveau pour mesurer la teneur en eau libre. Le principe de cet appareil repose sur la détermination de la constante diélectrique de la neige humide. Les résultats obtenus montrent qu'il faut tenir compte d'une modification de la teneur en eau libre entre le début et la fin d'une période de mesure lors de l'étude des bilans d'énergie. Une couche de neige de 1 m d'épaisseur a besoin de 400 cal/cm² pour une augmentation de 5% en volume du taux de l'eau libre. Pour une période de mesure de 10 jours, cela représente environ le double du flux de chaleur sensible et latent ainsi qu'à peu près 70% du bilan radiatif à longues ondes. On a calculé le bilan d'énergie complet pour une période d'ablation de 44 jours. La différence entre l'ablation calculée et l'ablation mesurée n'est que de 4,8%. A titre de comparaison, on a déterminé les composantes du bilan d'énergie pour une période de 20 jours sans fonte de neige. On constate alors très nettement l'influence déterminante de l'albédo élevé.

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Mit 4 Textabbildungen     

Albedo investigations in Labrador-Ungava

Summary The author has prepared a map of the summer albedo of Labrador-Ungava by combiningHare's published map of vegetation covertypes and the results of estimates of albedo obtained from airborne measurements of incoming and reflected solar radiation. Attention is called to: (1) the problem of measuring surface reflectivity with an instrument of almost full hemispherical vision; (2) the poor relationship between visual impressions of albedo and determinations in forest areas; (3) the relation between albedo value and solar altitude in the case of water surfaces also considering the effect of surface disturbance; (4) the markedly higher albedo values for all surfaces under diffuse radiation than under direct sunlight due mainly to the effect of shadowing by surface irregularities; and (5) the need for albedo data for winter months together with maps for the effective outgoing longwave radiation for summer and winter.

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Zusammenfassung Auf Grund einer Kombination der Ergebnisse von Flugzeugbestimmungen der Albedo mitHares Karte der Vegetationstypen wird eine Karte der sommerlichen Albedo für das Gebiet von Labrador-Ungava aufgestellt. Dabei wird speziell auf folgende Punkte hingewiesen: 1. auf die Notwendigkeit, für Messungen des Oberflächenreflexionsvermögens ein Instrument mit angenähert hemisphärisch freier Empfangsfläche zu verwenden; 2. auf die geringe Übereinstimmung zwischen visuellem Eindruck und Meßergebnis bei Albedobestimmungen in Waldgebieten; 3. auf die Beziehung zwischen Albedowert und Sonnenhöhe über Wasserflächen unter der Oberflächenrauheit; 4. auf die merklich höheren Albedowerte bei diffuser Strahlung gegenüber gerichteter Strahlung für alle Oberflächen, was vorwiegend auf Beschattung durch Flächenunregelmäßigkeiten zurückzuführen sein dürfte; 5. auf die Notwendigkeit, diese Untersuchung durch Albedowerte für die Wintermonate und durch Karten der effektiven langwelligen Ausstrahlung für Sommer und Winter zu ergänzen.

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Résumé L'auteur a établi une carte de l'albedo d'été du Labrador-Ungava. Pour ce faire, il combine la carte des types de végétation publiée parHare aux résultats d'estimations de l'albedo. Ces estimations proviennent de mesures de la radiation solaire reçue et réfléchie effectuées à bord d'un avion. L'auteur attire l'attention du lecteur: 1) sur la nécessité d'utiliser un instrument ayant une surface libre de réception approximativement hémisphérique pour la mesure des propriétés de réflexion d'une surface, 2) sur la faible relation existant, en terrain boisé, entre les impressions visuelles et la mesure de l'albedo, 3) sur la relation entre la hauteur du soleil sur l'horizon et l'albedo d'une surface d'eau à condition de tenir compte des effets résultant des troubles subis par la dite surface, 4) sur les valeurs beaucoup plus élevées de l'albedo obtenues par lumière diffuse que sous le rayonnement direct du soleil et cela quelle que soit la nature de la surface considérée — ceci est sans doutes dû aux ombres portées par des irrégularités de la dite surface — et, enfin, 5) sur la nécessité de compléter ces données par des valeurs de l'albedo en hiver d'une part et, d'autre part, par des cartes de l'émission effective sous forme de longues ondes tant en été qu'en hiver.

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With 5 Figures     

Investigations of the heat balance in the area of ablation on the Greenland Ice Cap

Summary A report on the glacio-meteorological research program for investigation of the energy economy in the ablation area of the Greenland Ice Cap is given. Experience obtained at the calibration ofR. Schulze's radiation balance meter and of theMoll-Gorczynski solarimeter is communicated.The contribution of the individual components of heat balance to the transformation of energy is estimated for an ablation period of eleven days. The difference between measured and calculated ablation was found to be 4 per cent.The high contribution of radiation and the insignificant contribution of heat convection are characteristic of the transformation of energy of the melting ice surface on the Greenland Ice Cap. Conditions of evaporation are much more frequent than conditions of condensation. Nevertheless, the amount of evaporated ice is only 1.5 per cent of the melted ice. About 10 per cent of the energy available for melting is consumed for the heating of the ice at lower levels.

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Zusammenfassung Es wird über ein glazial-meteorologisches Forschungsprogramm zur Untersuchung des Energiehaushaltes im Ablationsgebiet des Grönlandeises berichtet. Einige Erfahrungen bei der Eichung eines Strahlungsbilanzmessers nachR. Schulze und eines SolarimetersMoll-Gorczynski werden mitgeteilt.Der Beitrag der einzelnen Komponenten des Wärmehaushaltes zum Energieumsatz wird für eine elftägige Ablationsperiode abgeschätzt. Es ergibt sich eine Differenz von 4% zwischen gemessener und berechneter Ablation.Für den Energieumsatz der schmelzenden Eisoberfläche des Grönlandeises ist der hohe Beitrag der Strahlung und der geringfügige Beitrag des konvektiv zugeführten Wärmestromes charakteristisch. Die Bedingung für Verdunstung ist weit häufiger erfüllt als die Bedingung für Kondensation. Trotzdem beträgt die verdunstete Eismasse nur 1,5% der geschmolzenen Eismasse. Für die Erwärmung des Eises werden etwa 10% der für Schmelzung verfügbaren Energie verbraucht.

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Résumé Exposé concernant le programme de recherches de glaciologie météorologique sur l'économie énergétique dans le domaine de l'ablation de l'islandsis groenlandais. Expériences faites lors de l'étalonnage d'un intégrateur du bilan radiatif d'aprèsR. Schulze et d'un solarimètre deMoll-Gorczynski.L'auteur tente d'estimer les diverses composantes du bilan radiatif dans le processus énergétique d'ablation glaciaire d'une durée de onze jours; un écart de 4% apparaît entre l'ablation mesurée et calculée.La fusion superficielle du glacier est caractérisée par le rôle prépondérant du rayonnement et par un apport très faible de la chaleur fournie par la convection. Les conditions favorables à l'évaporation sont beaucoup plus fréquentes que celles de la condensation; la masse de glace évaporée ne représente cependant qui le 1,5% de la glace fondue. Le 10% de l'énergie disponible pour la fusion est absorbé par le réchauffement de la glace.

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Mit 5 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     

Hydrometeorologische Ergebnisse aus Abflußmessungen im Bereich des Hintereisferners (Ötztaler Alpen) in den Jahren 1957 bis 1959

Zusammenfassung Während der Internationalen Geophysikalischen Jahre 1957 bis 1959 wurde an einer Pegelmeßstelle bei 2287 m Höhe der Abfluß vom Hintereis- und Kesselwandferner registriert. Im vorliegenden Arbeitsbericht sollen spezifischen Merkmale des Abflusses aus dem zu 58% vergleitscherten Einzugsgebiet 26,6 km²) im Zusammenhang mit den meteorologischen Beidingungen dargestellt werden.Der Jahresabfluß betrug im Haushaltsjahr 1957/58 1848 mm und im Haushaltsjahr 1958/59 1770 mm; bedingt durch den stark negative massenhaushat der Gletscher was die Gletscherspende mit 24% bzw. 20% des Jahresabflusses außergewöhnlich hoch. Der winterabfluß (Oktober bis März) betrug nur 5% bzw. 10% des Jahresabflusses; die drei Sommermonate Juli bis September Lieferten dagegen 76% bzw. 72%. Der größte Monatsabfluß wurde im August 1958 mit 575 mm, im Juli 1959 mit 559 mm registriert.Die Häufigkeitsverteilung der Tagesabflußmengen für das Jahr 1957/58 ließ eine Andauer des Niedrigwassers mit Tages-Mittelwerten kleiner als 18,8 l/s km² (0,5 m³/s) von 217 Tagen (Oktober bis Mai, 59% des Jahres) erkennen. Größere Tagesabflüsse als 225 l/s km² (6,0 m³/s) kamen nur im Juli und August vor. Als Maximum wurden Abflußwerte bis zu 640 l/s km² Gletscherfläche im Tagesmittel erreicht, entsprechen 55m Abflußhöhe von den Schnee- und Eisflächen. Der exponentielle Abfall der Abflußganglinie vom Herbst zum Minimum im Frühjahr deutet an, daß es sich bei Winterwasser vorwiegend um das verzögerte Abfließen von in den Gletschern zurückgehaltenem Schmelzwasser aus der vorangegangenen Ablationsperiode handelt. Das Ansteigen der Wasserführung nach dem Beiginn der Schneeschmelze im Frühjahr erfolgt wegen des Wiedergefrierens von Schmelzwasser und wegen des Retentionsvermögens der Schneedecke mit einiger Verzörgerung.Die unperiodischen Schwankungen im Abflußgang stehen in engem Zusammenhang mit Wettervorgängen, wobei Schneeniederschlägen die Größte Bedeutung zukommt, weil die hohe Albedo einer Neuschneedecke die Ablation auf den Gletschern tagelang fast völlig unterbrechen kann. Aus zweistündigen Mittelwerten wurde für die Monate Juni bis September der mittlere Tagesgang der Wasserführung ermittelt. Die Ursache für das frühere Eintreten des taglichen Abflußmaximums im Spätsommer durfte verminderte Abflußverzögerung sein. Die Beziehung zwischen den Abflußwerten der Pegel Steg-Hospiz und Vent läßt einen Jahresgang erkennen.

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Summary During the International Geophysical Years 1957–1959 the run-off from Hintereisferner and Kesselwandferner was recorded by a stream gauge installed at an altitude of 2287 m. a. s. 1. The annual run-off in relation to mass budget and precipitation has already been reported in [10, 11]. In the present report characteristic features of run-off from a catchment area (26.6 km²) glaciated to 58 per cent shall be discussed with regard to the meteorological conditions.In the budget years 1957/58 and 1958/59 the yearly run-off was 1848 mm and 1770 mm, respectively. Owing to the strongly negative mass budget of the glaciers the glacier quota of 24 per cent and of 20 per cent, respectively, of the annual run-off was exceptionally high. Winter run-off (October to March) amounting to 5 per cent and to 10 per cent, respectively, of the yearly run-off was only small while July to September supplied 76 per cent and 72 per cent, respectively. The maximum monthly run-off was recorded in August 1958 with 575 mm, and in July 1959 with 559 mm.The frequency distribution of the daily run-off in 1957/58 showed a period of low run-off during 217 days (October to May, 59 per cent of the year) with daily means below 18.8 l/s km² (0.5 m³/s). Daily run-off exceeding 225 l/s km² (6.0 m³/s) occurred only in July and August. Daily means exceeding 338 l/s km² (9.0 m³/s) were recorded only three times in July. The maximum daily means of run-off were up to 640 l/s km² of glacier surface which corresponds to 55 mm of run-off from the snow and ice surfaces. The highest two hourly mean value was 950 l/s km² of the glacier surface. The exponential decrease of the run-off curve from fall to the minimum in spring indicates that winter water consists mainly of the delayed run-off of melt water stored in the glaciers during the preceding ablation period. Owing to the refreezing of the melt water and to the storage capacity of the snow cover run-off is somewhat delayed after the snow melt has set in.The aperiodic variations in the run-off are closely related to weather conditions. Snow falls are of primary importance as the high albedo of a fresh snow cover may interrupt ablation on glaciers almost completely for days. The mean daily variation of run-off was determined from two-hourly mean values for the period June to September. The early occurrence of the daily run-off. The relation between the run-off values recorded at the water gauges Steg-Hospiz and Vent indicates and annual variation.

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Résumé Pendant les Années Géophysiques Internationales de 1957 à 1959 l'écoulement du Hintereisferner et du Kesselwandferner a été enregistré par un limnigraphe installé à une altitude 2287 m. Un rapport a déjà été présenté dans [10, 11] sur l'écoulement annuel en rapport avec le bilan hydrologique du bassin. Dans le présent rapoort il sera traité des caractères spécifiques de l'écoulement d'un bassin dont 58% sont recouverts par le glacier, les quels seront mis en rapport avec les conditions météorologiques.L'écoulement annuel au cours de l'année hydrologique 1957/58 a été de 1848 mm et dans l'année hydrologique 1958/59 de 1770 mm. L'eau libérée par la perte de substance glacière représente 24% pour 1957/58 et 20% pour 1958/59 de l'écoulement annuel. Les pourcentages extrêmement élevés doivent être attribués au bilan fortement négatif des glaciers. L'écoulement d'hiver (Octobre à Mars) représentant 5% pour l'année 1957/58 et 10% pour 1958/59 de l'écoulement annuel a été petit tandis que les trois mois d'été (Juillet–Septembre) fournissaient 76% (1957/58) et 72% (1958/59). L'écoulement mensuel le plus élevé a été enregistré en Aôut 1958 avec 575 mm, et, en Juillet 1959 avec 559 mm.La répartition des fréquences des écoulements journaliers pour l'année 1957/58 indique une période d'étiage de 217 jours (Octobre à Mai, 59% de l'année) avec valeurs journalières en dessous de 18.8 l/s km² (0.5 m³/s). Des écoulements dépassant 225 l/s km² (6.0 m³/s) n'ont été enregistrés qu'en Juillet et Aôut. Les moyennes journalières n'ont dépassé les 338 l/s km² (9.0 m³/s) que trois fois en Juillet. Les valeurs maximums des moyennes journalières d'écoulement se sont élevées à 640 l/s km² de la surface des glaciers, correspondant à 55 mm d'écoulement des surfaces de neige et de glace. La valeur maximum d'une moyenne de deux heures a été de 950 l/s km² de la surface des glaciers. La chute exponentielle de la courbe d'écoulement allant de l'automne au minimum enregistré au printemps indique que dans les cas d'étiage il s'agit de l'écoulement retardé des aux de fonte refenues dans les glaciers pendant la période d'ablation précédente. L'accroissement de l'écoulement après le comencement de la fonte de neige au printemps est retardé dans une certaine mesure par le regel des aux de fonte et la capacité de rétention de la couche de neige. Les variations apériodiques dans l'écoulement sont en relations étroites avec les conditions atmospheriques dont les chutes de neige sont de la plus grade importance car l'albédo élevé d'une couche de neige fraîche interrompt parfois et presque complétement l'ablation sur les glaciers pour des jours entiers.L'amplitude moyenne de la variation journalière de l'écoulement a été, pour les mois de Juin à Septembre, détérminée à la base des valeurs moyennes de deux heures. L'apparition précoce du maximum d'écoulement journalier en fin d'été est probablement due à la diminution du retardement de l'écoulement en cette période. La relation entre le valeurs d'écoulement des limnigraphes de Steg-Hospiz et de Vent met en évidence une variation annuelle.

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Mit 7 Textabbildungen

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Die für diesen Bericht erforderliche weitere Bearbeitung der Abflußdaten und die Fertigstellung des Manuskriptes wurde dem Verfasser im Rahmen seiner Tätigkeit bei der Kommission für Glaziologie an der Bayerischen Akademie der Wissenschaften ermöglicht, wofür an dieser Stelle gedankt sei.     

Strahlungsmessungen auf einer Querung von Zentral- nach Nord-Spitzbergen im Sommer 1955

Zusammenfassung In Zentral- und Nordspitzbergen wurden Messungen der Global- und der Himmelsstrahlung ausgeführt und der Einfluß von Art und Ausmaß der Bewölkung und verschiedener atmosphärischer Zustände auf die Strahlungsverhältnisse festgestellt. Auf Gletscherflächen wurden Albedountersuchungen vorgenommen, die zu einer völligen Revision der Ansichten über das Entstehen von lotrechten Röhren im Eis, den Kryokonitlöchern, führten.

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Summary In central and northern Spitzbergen measurements of the global and the sky radiation were carried out and the influence of the kind and quantity uof ucloudiness and of various atmospheric states on radiation conditions was determined. Investigations of the albedo on glacier surfaces led to a complete revision of existing opinions on the formation of vertical tubes in ice (cryoconite tubes).

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Résumé Des mesures du rayonnement global et céleste faites au Spitzberg permettent d'étudier l'effet de la nébulosité et de différents états atmosphériques sur ce rayonnement. Des mesures de l'albédo de la surface glaciaire ont conduit à réviser entièrement les vues concernant la formation de tubes verticaux dans la glace (trous de cryoconite).

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Mit 2 Textabbildungen

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Außer dem Edelweiß-Club in Salzburg ist der Berichterstatter der Salzburger Landesregierung, dem Notring der wissenschaftlichen Verbände österreichs undder Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik in Wien zu Dank verpflichtet. Für wertvolle Ratschläge sei nochI. Dirmirn undF. Lauscher gedankt.     

A theory of the formation of ice crystals

Summary As is known from laboratory experiments and investigations in the free atmosphere, ice crystal formation is initiated either at vapor saturation with respect to water or by crystallization of a droplet. Nuclei with special properties are needed. An explanation of their effectiveness can be given by application of the laws of oriented overgrowth (Epitaxy) between two crystals. Any host crystal having a plane with a geometrical pattern similar to, for instance, the base plane of the ice crystal, can orient an adsorbed layer of H₂O molecules already in the ice crystal pattern. The closer the fit between the two crystal planes, the greater the area of oriented H₂O molecules will be. By piling up other layers of H₂O molecules a very small ice crystal, called ice seed, is created which can grow in supercooled water. This crystal is so small that according to theThomson-Gibbs Law a high supersaturation would be needed to create it directly from vapor. Calculations of the effective temperature of mica, AgI and quartz as freezing nuclei are in fairly good agreement with the experiment. This theory permits an explanation of the observed thresholds of ice formation which occur at about –20°, –30°, –40° and –60°C. Occasionally capillary condensation of water molecules on a freezing nucleus will occur when the vapor is saturated with respect to ice but not with respect to water; this has frequently been erroneously ascribed to ice formation by a real sublimation nucleus.

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Zusammenfassung Nach Untersuchungen im Laboratorium und in der freien Atmosphäre entsteht Eis entweder aus Wasserdampf auf dem Umwege über vorherige Kondensation des dampfes oder unmittelbar aus der flüssigen Phase durch Kristallisation. Zur Einleitung des Kristallisationsprozesses sind Kerne (Gefrierkerne) mit besonderen Eigenschaften notwendig. Eine Erklärung ihrer Wirkungsweise wird durch Anwendung der Gesetze über das orientierte Aufwachsen eines Kristalls auf einem anderen gewonnen. Besteht zwischen einer Gitternetzebene irgendeines Kristalls und z. B. der Basisebene des Eiskristalles eine gewisse Ähnlichkeit, die sich nachRoyer hauptsächlich auf die geometrische Anordnung der Kristallbausteine in beiden Flächen bezieht, dann orientiert sich die erste auf der Kristallfläche adsorbierte Moleküllage des Gastkristalls in der für sie typischen Gitteranordnung. Eine weitere, wesentliche Bedingung ist sehr gute Benetzbarkeit des Wirtkristalls durch die Bausteine des Gastkristalls, ohne daß es jedoch zur Auflösung des Wirtkristalls kommen darf. Solche Benetzbarkeit zeigt z. B. eine frisch gespaltete Glimmerfläche. Auf der Oberfläche eines gewöhnlichen, nach seiner Struktur geeigneten Aerosolteilchens werden jedoch nur wenige solcher aktiver Stellen vorhanden sein. Je besser dann die geometrische Ähnlichkeit beider Kristallflächen ist, um so größer ist die Fläche des Gastkristalls, die orientiert werden kann.Diese erste orientierte Molekülschicht des Gastkristalls wirkt orientierend auf die Wassermoleküle der Umgebung oder die durch den Kondensationsprozeß angelagerten Moleküle; dadurch entsteht ein kleiner Eiskristall. Dieses Kriställchen wirkt bei einer bestimmten kritischen Temperatur als Kristallisationskeim für das gesamte Wasser. Die Beziehung zwischen seiner Größe und seiner Wirkungstemperatur kann berechnet werden nach einer vonJ. J. Thomson abgeleiteten Formel. Je größer es ist, um so näher am Gefrierpunkt wirkt es; trotzdem ist es aber noch so klein, daß nach dem Thomson-Gibbsschen Gesetz eine große Übersättigung notwendig wäre, um es direkt aus dem Dampf zu bilden. Durch Analyse der geometrischen Ähnlichkeit zwischen der Basisfläche eines Eiskristalls einerseits und der Spaltfläche von Glimmer, der Basisfläche von Silberiodid und der Basisfläche eines Quarzkristalls anderseits war es möglich, die Größe der Fläche zu berechnen, über die die adsorbierten Wassermoleküle in der Basisflächenstruktur von Eis orientiert werden können. Dadurch war die Größe des Eiskeimes gegeben, dessen kritische Wirkungstemperatur nachJ. J. Thomsons Formel berechnet werden konnte.Die so berechneten Werte stimmen gut mit den experimentell festgestellten Gefriertemperaturen von Wasser auf Glimmer, Silberiodid und Quarz überein. Versuche mit Glimmer deuten darauf hin, daß in der Nähe des Gefrierpunktes eine besonders gute Ableitung der Gefrierwärme erforderlich ist, um den Kristallisationsprozeß in Gang zu bringen. Die Theorie gestattet eine Erklärung der verschiedentlich beobachteten Temperaturschwellen der Eisbildung in den Intervallen –19 bis –24°C, –30 bis –35°C, –39 bis –42° C und –60 bis –65°C. — Kapillarkondensation, durch die an unlöslichen Kondensationskernen Kondensation schon bei 90% rel. Feuchte einsetzen kann, kann das Vorhandensein eines Sublimationskernes vortäuschen.

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Résumé D'après les recherches faites au laboratoire et dans l'atmosphère libre, la glace se forme soit à partir de la vapeur d'eau en passant par la condensation préalable, soit directement par cristallisation à partir de la phase liquide. Le processus de cristallisation exige la présence de noyaux de congélation aux propriétés particulières pour s'amorcer; l'action d'un noyau peut s'expliquer par les lois relatives à la croissance orientée d'un cristal sur un autre. S'il existe entre le réseau moléculaire d'un cristal quelconque et le plan de base d'un autre cristal une certaine ressemblance qui d'aprèsRoyer se rapporte essentiellement à la distribution géométrique des éléments cristallins des deux plans de contact, alors la première couche moléculaire du cristal secondaire qui est adsorbée sur une face du premier s'oriente suivant le réseau typique de celui-ci. Une autre condition importante est celle de la parfaite mouillabilité du cristal primitif vis-à-vis du nouveau cristal, sans toutefois que le premier risque de se dissoudre; une face fraîchement clivée de mica par exemple présente cette propriété. Mais la surface d'une particule d'aérosol de structure convenable ne présente que peu de «points actifs» de ce genre. Plus les deux surfaces cristallines mises en présence sont géométriquement semblables, plus la surface du cristal secondaire qui peut être orientée est grande.La première couche moléculaire orientée du cristal secondaire exerce un effet directeur sur les molécules d'eau du milieu ou sur les molécules déposées par le processus de condensation; ainsi naît un petit cristal de glace. A une température critique déterminée, ce dernier joue le rôle de germe de cristallisation pour toute l'eau disponible. La relation entre la grosseur de ce cristal et sa température efficace peut se calculer par une formule due àJ. J. Thomson. Plus le cristal est gros, plus il agit près du point de congélation; cependant il est encore si petit que d'après la loi deThomson-Gibbs il faut une grande sursaturation pour qu'il se forme directement à partir de la vapeur. Par l'analyse de la similitude géométrique entre la surface de base d'un cristal de glace d'une part et la surface de clivage de mica, la surface de base de iodure d'argent ou d'un cristal de quartz d'autre part, on pouvait calculer la grandeur des surfaces sur lesquelles les molécules d'eau adsorbées peuvent être orientées selon la structure de la surface de base de la glace. On obtenait ainsi la grosseur du germe de glace dont on pouvait calculer la température critique efficace d'après la formule deThomson.Ces valeurs calculées sont en bon accord avec les températures de congélation de l'eau sur mica, iodure d'argent et quartz déterminées expérimentalement. Des essais faits avec du mica semblent montrer qu'au voisinage du point de congélation la chaleur de congélation doit pouvoir s'écouler facilement pour mettre en train le processus de cristallisation. La théorie permet d'expliquer les seuils de température de la formation de la glace souvent observés dans les intervalles de –19° à –24°, –30° à –35°, –39° à –42° et de –60° à –65°C. La condensation capillaire par laquelle une condensation peut se produire sur des noyaux insolubles pour une humidité relative de 90% déjà est de nature à faire croire à la présence d'un noyau de sublimation.

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With 8 Figures.     

Probleme der alpinen Synoptik

Zusammenfassung Ein Überblick über die Probleme der synoptischen Arbeit in den Alpen wird gegeben. Ausgehend von der Betonung der Notwendigkeit besonders sorgfältiger Materialkritik werden zunächst die kleinräumigen Erscheinungen mit ihren Konsequenzen für den lokalen Wetterablauf besprochen. Darunter sind zu nennen: die Neigung zur Ausbildung antizyklonaler Zirkulationen über den Alpen, die tagesperiodischen Windsysteme mit ihren quasistationären Stromfeldsingularitäten, die Häufung von Frontdurchgängen zu bestimmten Tagesstunden usw. Folgende Modifikationen der großräumigen atmosphärischen Zirkulationen werden ferner diskutiert: der Südföhn und die Schwierigkeiten seiner Prognose, die Überschreitung der Alpen durch Kaltluftmassen, die dabei auftretenden Keile hohen Druckes am Nordrand der Alpen, sowie die Tiefdruckgebiete des oberitalienischen Raumes und ihre Entwicklung zu V_b-Zyklonen. Die besonders bedeutungsvolle rechtzeitige Vorhersage starker Niederschläge wird in ihren Schwierigkeiten besprochen, die vor allem darauf zurückzuführen sind, daß oft keine erkennbaren Bindungen an Luftmassengrenzen vorhanden sind und daß es sich dabei um ausgesprochen kleinräumige Vorgänge handelt. Diese Schwierigkeiten erreichen das größte Ausmaß bei der Gewitter- und Hagelprognose. Zum Schluß wird die Einführung einer Wetterkarte des Alpenraumes in größerem Maßstab vorgeschlagen, die als Grundlage für die in den Alpen unerläßliche synoptische Kleinarbeit dienen und die Ausschöpfung des reichen Beobachtungsmaterials ermöglichen soll.

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Summary A survey is given of the problems concerning synoptic work in the Alps. Starting from the statement that observations can be used only after very critical examination the Author discusses at first the regional phenomena and their consequences for the local development of weather, such as the tendency to form anticyclonic circulations over the Alps, the daily-periodic wind systems with their singularities of quasistationary fields of currents, the increase in frequency of front passages at certain hours of the day, etc. Furthermore, the following modifications of far-reaching atmospheric circulations are discussed: the southern foehn and the difficulties of its forecast, the passage of cold air masses across the Alps associated with wedges of high pressure on the northern side of the Alps, the low pressure regions in northern Italy and their development to V_b-cyclones. The very important timely forecast of strong precipitations is dealt with the difficulties of which are mostly due to the fact that, frequently, no relation to borders of air masses can be established, the precipitation being caused by processes of definitely local origin. Most difficulties arise in forecasting thunderstorms and hail. At last a weather map of larger scale including the Alpine region is proposed to serve as a basis for the detailed synoptic work necessary in the Alps and to make possible the evaluation of the rich material of observations.

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Résumé L'auteur présente un coup d'oeil d'ensemble sur les problèmes du travail synoptique dans les Alpes. Après avoir souligné la nécessité de soumettre les observations à une critique serrée, on s'occupe d'abord des phénomènes régionaux et de leur rôle dans l'évolution locale du temps; parmi ceux-ci il faut mentionner la tendance à la formation de circulations anticycloniques sur les Alpes, les systèmes de vents à période diurne avec les singularités quasi stationnaires de leurs champs de courant, la prédominance particulière des passages frontaux à certaines heures de la journée, etc. Suit une discussion des modifications suivantes de la circulation atmosphérique générale: le foehn du Sud et la difficulté de sa prévision, le franchissement des Alpes par les masses froides avec les coins de haute pression au Nord de la chaîne ainsis que les dépressions de l'Italie du Nord et leur évolution en dépressions V_b. L'auteur expose le cas des précipitations abondantes, difficiles à prévoir à temps parce que souvent non liées à des limites de masses d'air et parce que ce sont en général des phénomènes géographiquement très limités. Ces difficultés sont les plus grandes lorsqu'il s'agit de prévoir les orages et la grêle. Enfin il propose de dresser une carte du temps de la région alpine à grande échelle, destinée à servir de base au travail synoptique de détail et à permettre la mise en valeur du matériel d'observations à disposition.

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Mit 2 Textabbildungen.