Solar UV-A and UV-B radiation fluxes at two Alpine stations at different altitudes

Summary Daily totals of UV-A and UV-B radiation fluxes and global radiation were measured since 1981 at Jungfraujoch (3576 m) a.s.l.) and in Innsbruck (577 m a.s.l.) in their seasonal course. The altitude effect of annual totals yields 19%/1000 m (UV-B), 11%/1000 m (UV-A) and 9%/1000 m (global radiation) with reference to Innsbruck station. The ratio of the daily totals of UV-B/global radiation shows a significant seasonal course with the maximum in summer, whereas the ratio of the daily totals of UV-A/global radiation shows no significant seasonal variation. The biological effective doses of erythema reaction, delayed tanning and immediate tanning by UV-A and UV-B radiant exposure are reported in the seasonal course at Jungfraujoch and in Innsbruck.Dedicated to O. Univ.-Prof. Dr. F. Steinhauser.With 6 Figures     

Measurements of the spectral aerosol optical depth using a sun photometer

Summary A sun photometer fitted with 9 narrowband interference filters from 368 nm to 1024 nm was used to determine the aerosol optical depth at 8 measuring stations in Europe. Of the 9 filters, 4 were not included in the standard equipment of the sun photometer. Given the temporal instabilities of the calibration factors of these 4 filters, meaningful results for the aerosol optical depth can be achieved only if calibration and measurements follow each other closely. Calibration was performed using the Langley plot method. For wavelengths < 500 nm, the measured aerosol optical depths were compared with the results of a high resolution spectrometer. Broadband aerosol optical depths, centred at 427 nm, were determined with an actinometer and were also used for comparison. Generally, there was good agreement of the results. To characterize the aerosol optical depths, the Ångström parameters and were used. The individual measuring stations showed a clustered distribution of and values.With 6 Figures     

The formation of crevasses in relation to the measured distribution of strain-rates and stresses

Summary The distribution of strain-rates and stresses was determined in an area of approximately 0.3 km². For this purpose a network of 30 stakes was established on the Hintereisferner and Langtaufererjochferner (Oetztal Alps, Austria) in an altitude of approximately 2750 m in the years between 1957 and 1963. The region of the confluence of the Hintereisferner and the Langtaufererjochferner shows both, an area without crevasses, where high compressing strainrates and stresses occur, and an area with transverse crevasses formed by high lateral compressive stresses in combination with small tensile stresses. The formation of crevasses is a good agreement with the distribution of stresses concerning direction and magnitude.

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Zusammenfassung Auf einer Fläche von etwa 0,3 km² wurde am Hintereis- und Langtaufererjochferner (Ötztaler Alpen) die Verteilung der Deformationen und der Spannungen an der Oberfläche bestimmt. Dazu wurde in den Jahren von 1957 bis 1963 ein Pegelnetz, bestehend aus 30 Pegeln in etwa 2750 m Seehöhe, vermessen. Die Gletscheroberfläche zeigt beim Zusammenfluß beider Gletscher ein Gebiet ohne Spalten, bedingt durch hohe Kompressionen, und ein Gebiet mit Querspalten, die durch seitliche Quetschung in Verbindung mit kleinen Zugspannungen entstehen. Die Spaltenbildung stimmt mit der Spannungsverteilung in bezug auf Größe und Richtung des Spannungszustandes überein.

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Résumé On a déterminé la répartition des déformations et des tensions à la surface des glaciers du Hintereis et du Langtaufererjoch (Alpes de l'Ötztal, Autriche) et cela sur, une surface de 0.3 km². Ces mesures furent effectuées de 1957 à 1963 et on s'est servi pour cela d'un, réseau de 30 échelles nivométriques situées à environ 2750 m d'altitude. La surface présente, au confluent des deux glaciers une zone sans crevasses due à de hautes compressions et une zone zébrée de crevasses transversales dues à des forces de compression, latérale liées à de petites tensions. La formation des crevasses correspond à la répartition des tensions et cela aussi bien en ce qui concerne leur direction que leur importance.

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With 5 Figures     

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     

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     

Effects of cloudiness on global and diffuse UV irradiance in a high-mountain area

Summary At the high-mountain station Jungfraujoch (3576 m a.s.l., Switzerland), measurements of the radiation fluxes were made during 16 periods of six to eight weeks by means of a Robertson—Berger sunburn meter (UVB data), an Eppley UVA radiometer and an Eppley pyranometer. Cloudiness, opacity and altitude of clouds were recorded at 30-minute intervals. A second set of instruments was employed for separate measurement of the diffuse radiation fluxes using shadow bands. The global and diffuse UVA- and UVB radiation fluxes change less with cloudiness than the corresponding total radiation fluxes. When the sun is covered by clouds, the global UVA- and UVB radiation fluxes are also affected less than the global total radiation flux. The roughly equal influence of cloudiness on the UVA- and UVB radiation fluxes suggests that the reduction is influenced more by scattering than by ozone. Also, the share of diffuse irradiance in global irradiance is considerably higher for UVA- and UVB irradiance than for total irradiance. At 50° solar elevation and 0/10 cloudiness, the share is 39% for UVB irradiance, 34% for UVA irradiance and 11% for total irradiance. The increased aerosol turbidity after the eruptions of El Chichon and Pinatubo has caused a significant increase in diffuse total irradiance but has not produced any significant changes in diffuse UVA- and UVB irradiances.With 7 Figures     

Über den nächtlichen Wärmeumsatz der gefrorenen Gletscheroberfläche

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

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

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

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Mit 4 Textabbildungen.     

Messungen der Strahlungsextinktion mittels eines kugelförmigen Empfängers in der oberflächennahen Eisschicht eines gletschers und im Altschnee

Zusammenfassung Um bei der Bestimmung des Extinktionskoeffizienten in der oberflächennahen Eisschicht die abschattende Wirkung des Meßgerätes möglichst gering und die Dimensionen des Bohrloches klein halten zu können, wurde ein besonders kleiner Strahlungsempfänger mit kugelförmiger Empfängerfläche gebaut. Als Empfänger wird eine geschwärzte Hohlkugel (4 mm Durchmesser) benützt, womit gleichzeitig eine verkürzte Einstellzeit erreicht wird.Die Messungen zeigen, daß der Extinktionskoeffizient des Gletschereises in der obersten Schicht (2 bis 3 cm Tiefe) etwa den zehnfachen Betrag des in größeren Tiefen (z> 15 cm) gemessenen Wertes besitzt. Sein größter Wert an der Oberfläche beträgt 0,3/cm. Für grobe Abschätzungen kann angenommen werden, daß in der Oberschicht (o bis 15 cm) von einem Zentimeter Eis im Mittel etwa 89% der eindringenden strahlung durchgelassen und 11% absorbiert werden. In tieferen Schichten (z> 15 cm) werden pro Zentimeter Eis 98,2% durchgelassen und 1,8% absorbiert. In der gesamten Oberschicht (0 bis 15 cm) werden etwa 83% der auftretenden Energie absorbiert. In 4 cm Tiefe ist bereits die Hälfte der eindringenden Strahlungsenergie absorbiert und in 180 cm Tiefe ist nur mehr 1% der eindringenden Strahlung vorhanden.Für Messungen im Firnschnee wurde ein empfindlicheres Gerät gebaut, das einen Kugeldurchmesser von 12 mm besitzt. Im Firnbecken des Hintereisferners (3000 m ü. d. M.) wurde damit der Extinktionskoeffizient des Firns zu 0,230/cm (Dichte 0,55 g/cm³) bestimmt. Im Firn werden por Zentimeter 21% der Strahlung absorbiert und 79% durchgelassen. Bis 3 cm Tiefe sind 50% und bis 10 cm Tiefe 90% der eindringenden Strahlung absorbiert. Nur 1% dringt in Tiefen größer als 20 cm ein.Für Messungen in Schichten mit verschiedenen Temperaturen wurde ein Zweikugelelement entwickelt. Die Vergleichslöstelle ist hier in gleicher Weise wie die Meßlöstelle als kugelförmiger Strahlungsempfänger ausgebildet, jedoch mit einer auf Hochglanz polierten Silberschicht überzogen. Die Empfindlichkeit des Zweikugelelementes ist nach der entwickelten Theorie nicht exakt, aber für die praktischen Messungen ausreichend temperaturunabhängig.

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Summary A very small radiation receiver with spherical surface was constructed to render the shading effect of the instrument a minimum and to keep the dimensions of the borehole small when the extinction coefficient in the surface layer of ice is determined. The receiver is a blackened hollow sphere (diameter 4 mm) reaching balancing within short time.Measurements show that the extinction coefficient of the glacier ice in the uppermost layer (2 to 3 cm depth) is about ten times greater than that in deeper layers (below 15 cm). Its maximum value at the surface amounts to 0,3/cm. It can be assumed for rough estimations that in the surface layer (0 to 15 cm) about 89 per cent on the average of the incoming radiation pass through 1 cm ice and that 11 per cent are absorbed. In deeper layers below 15 cm) 98,2 per cent pass through 1 cm and 1.8 per cent are absorbed. Within the entire upper layer (0 to 15 cm) about 83 per cent of the energy are absorbed. At a depth of 4 cm already half of the incoming radiation energy is absorbed and a 180 cm not more than 1 per cent of radiation is left.For measurements in firn snow a more sensitive instrument was constructed With a sphere diameter of 12 mm, which was used to determine the extinction coefficient of the firn in the firn basin of the Hintereisferner (3000 m altitude) the result being 0.230/cm (density 0,55 g/cm³). In firn snow 21 per cent of the radiation are absorbed and 79 per cent transmitted per 1 cm. Down to a depth of 3 cm 50 per cent and at 10 cm 90 per cent of the incoming radiation are absorbed. 1 per cent only is penetrating deeper than 20 cm.For measurements in layers with different temperatures a two-sphere element weas developed. Both the soldered joint for comparison and the measuring solder joint are constructed here in the same manner in form of spherical radiation receivers the first one coated, however, with a highly polished silver surface. The sensitivity of the two-sphere element is, according to the developed theory, not exactly, but for practical measurements sufficiently independent on temperature.

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Résumé L'auteur a mis au point un récepteur particulièrement petit, à surface réceptrice sphérique, en vue de réduire le rôle d'écran de l'appareil lui-même et de maintenir petit l'orifice lors de la détermination du coefficient d'extinction dans la couche de glace superficielle des glaciers. Le récepteur est une sphère creuse noircie (4 mm de diamètre) ce qui abrège le délai d'équilibre.Les measure faites montrent que le coefficient d'extinction de la couche superficielle de glace (2 à 3 cm de profondeur) est environ dix fois plus grands que celui des couches profondes (plus de 15 cm); sa valeur maximum à la surface est de 0,3/cm. Pour des estimations grossières, on peut admettre que dans la couche superficielle (0 à 15 cm) un centimètre de glace laisse passer en moyenne environ 89% du rayonnement incident et en absorbe 11%; dans les couches plus profondes (plus de 15 cm), le 98,2% passe et le 1,8% est absorbé. Dans toute la couche de surface (0 à 15 cm), le 83% environ de l'énergie est absorbé. A 4 cm de profondeur la moitié de l'énergie incidente est déjà absorbée et à 180 cm il n'en subsiste que 1%.Pour les mesures dans la neige de névé, on a construit un instrument plus sensible ayant une sphère de diamètre de 12 mm. C'est par ce moyen que fut déterminé le coefficient d'extinction du névé du Hintereisferner (3000 m) et trouvé égal à 0,230/cm (densité 0,55 g/cm³). Par centimètre de névé, le 21% du rayonnement est absorbé et le 79% passe. Jusqu'à 3 cm de profondeur le 50% est absorbé, et jusqu'à 10 cm le 90%. Le 1% seulement pénètre dans les profondeurs supérieures à 20 cm.Un appareil à deux boules a été conçu pour mesurer la température des différentes couches de glace. La soudure de référence se présente, comme la soudre de mesure, sous forme d'une sphère réceptrice de rayonnement, mais revêtue d'une couche d'argent poli. La sensibilité de l'appareil n'est pas absolument indépendante de la température, mais elle est suffisante pour l'usage preévu.

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Mit 8 Textabbildungen.