Eine räumlich integrierende optische Methode für die Messung vertikaler Temperatur- und Wasserdampfgradienten in der untersten Atmosphäre

Zusammenfassung Es werden die theoretischen und physikalischen Grundlagen einer Methode dargelegt, die es gestattet, Linienmittelwerte des vertikalen Temperatur- und Wasserdampfgradienten über lange Strecken mit Hilfe der Strahlenbrechung zu messen. Ferner werden praktische Hinweise für die Durchführung solcher Messungen gegeben, die auf den umfangreichen Erfahrungen des Verfassers beruhen. Die Methode wurde im Jahre 1937 für Messungen in den bodenfernen Schichten des Hochgebirges entwickelt und wird in der vorliegenden Arbeit so ausgebaut, daß sie auch für Beobachtungen in den bodennahen Luftschichten brauchbar ist.Zunächst wird gezeigt, daß die Entwicklung neuer räumlich mittelnder Meßmethoden für die atmosphärische Austauschforschung dringend erforderlich ist. Dann wird der Zusammenhang der meteorologischen Elemente mit der Strahlenbrechung in feuchter Luft abgeleitet und eine Beziehung zwischen den Gradienten von Lufttemperatur und Wasserdampf einerseits, der Lichtstrahlkrümmung anderseits mitgeteilt zu alten Ableitungen wird kritisch Stellung genommen.Die Beziehung zwischen dem Refraktionswinkel und den Werten des Brechungsindexgradienten entlang des betreffenden Strahles wird abgeleitet und der Begriff des wirksamen Wertes der Gradienten und der Strahlhöhen eingeführt, der notwendig ist, weil das Gewicht, mit dem die Verhältnisse an einem Punkt des Strahles in den Refraktionswinkel eingehen, eine Funktion der Entfernung vom Beobachtungspunkt ist. Hierbei wird von dem Fearnleyschen Refraktionsintegral Gebrauch gemacht.Es wird die Beziehung zwischen der Bogenlänge und dem Bodenabstand eines Strahles unter Annahme konstanter Krümmung (Annäherung durch Kreisbogen) abgeleitet und hiermit der wirksame Bodenabstand eines Strahles als Funktion der Zenitdistanz berechnet unter verschiedenartigen Annahmen über die vertikale Schichtung des Brechungsindex, die aus der meteorologischen Erfahrung folgen.Daraus ergeben sich Gleichungen, die zur Ableitung von Diagrammen verwendet werden können, aus denen ohne Schwierigkeit für jede gemessene Zenitdistanz eines Strahles die dazugehörige wirksame Höhe entnommen werden kann.Auf diese Weise ist es möglich, mit mehreren Strahlen Höhenfunktionen des Brechungsindex, des Temperatur- und des Wasserdampfgradienten zu messen, die auf momentanen Linienmittelwerten der Schichtung beruhen. Hierbei wird mit geeigneten Winkelmeßinstrumenten bei 15 km langen Strahlen eine Genauigkeit des vertikalen Temperaturgradienten von ±5 ·10^–4° C/m erzielt.Am Schluß werden nähere Angaben über brauchbare Instrumente, über die Ausführung der Beobachtungsstände und Zielmarken und andere Einzelheiten, die praktische Anwendung der optischen Gradientmeßmethode betreffend, gemacht.Das Verfahren wurde im Elbmündungsgebiet der Nordsee in den Sommermonaten der Jahre 1949 bis 1951 angewendet (17000 Messungen). Über die Ergebnisse dieser Messungen soll später berichtet werden.

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Summary The theoretical and physical principles of a method are discussed by which linear mean values of the vertical temperature and humidity gradient over long distances can be determined by refraction measurements. Practical indications for carrying out such measurements are given out of the Author's experience. The method was developed 1937 for measurements in the upper levels of high mountains. In this study it was improved to an extent that it can be applied also to ground layers.First it is shown that the research of atmospheric exchange (Austausch) urgently requires the development of new space-averaging methods of measurement. Then, the connection between meteorological elements and refraction in humid air is derived and a relation given between the gradients of air temperature and humidity on the one hand and curving of light rays on the other hand. All derivations are dealt with critically.Further, the relation between the refraction-angle and the values of the refraction-index gradient along the ray is deduced and the concept of the effective value of the gradients and ray altitudes introduced, which is necessary as the conditions in a given point of the ray bear on the refractionangle with a weight being a function of the distance from the observation point. For this purposeFearnley's refraction integral was used.Assuming constant curving (approximation by arcs of a circle) the relation between arc-length and ground-distance of a ray is derived and thereby the effective ground-distance of the ray calculated, as a function of the zenithdistance, under various assumptions of the vertical distribution of the refraction-index according to meteorological experience.Hence follow equations appropriate to the derivation of diagrams from which, for any measured zenith-distance of a ray, the corresponding effective altitude can be taken without difficulty.In this way it is possible to measure, with the aid of different rays, altitudefunctions of the refraction-index and of the temperature and humidity gradient, based upon momentary linear mean values. Applying suitable theodolites to rays of 15 km length an accuracy of ±5·10^–4° C/m is reached for the vertical temperature gradient.At last particular informations are given on appropriate instruments, the construction of observation posts and marks, and other details concerning the practical application of the optical method for measurement of gradients. The method was used in the Elbe-mouth region (North Sea) during the summer months of the years 1949–1951 (17 000 measurements). The results of these measurements will be published later.

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Résumé On expose les fondements théoriques et physiques d'une méthode permettant de mesurer les valeurs moyennes linéaires des gradients verticaux de température et de tension de la vapeur d'eau sur de longues distances au moyen de la réfraction optique, et l'on donne des indications pratiques pour ces mesures reposant sur de nombreuses expériences de l'auteur. Cette méthode fut développée en 1937 pour des mesures dans les couches d'air élevées, en haute montagne; elle est adaptée ici aux couches voisines du sol.On montre tout d'abord que les recherches concernant l'échange dans l'atmosphère exigent l'emploi de méthodes de mesure nouvelles. Puis on établit l'interdépendance des éléments météorologiques et de la réfraction dans de l'air humide, ainsi qu'une relation entre les gradients de température et de tension de vapeur d'eau d'une part et la courbure des rayons d'autre part, en critiquant les anciennes dérivations.On déduit la relation entre l'angle de réfraction et les valeurs du gradient de l'indice de réfraction de long du rayon, et on introduit la notion de valeur «effective» des gradients et des heuteurs de rayons, notion nécessaire parce que l'importance donnée aux rapports en un point du rayon dans le calcul de l'angle de réfraction est une fonction de la distance au point d'observation. On se sert ici de l'intégrale de réfraction deFearnley.On établit la relation entre la longueur d'arc et l'altitude du rayon audessus du sol en admettant une courbure constante (approximation par arc de cercle), et on calcule de la sorte la déviation d'un rayon du sol comme fonction de la distance zénithale sous différentes hypothèses concernant la stratification verticale de l'indice de réfraction fondée sur l'expérience météorologique.De là des équations utilisables pour construire des diagrammes donnant aisément pour toute distance zénithale d'un rayon la hauteur effective correspondante.Il est possible de cette façon de mesurer à l'aide de plusieurs rayons lumineux les fonctions de l'indice de réfraction, du gradient de la température et de la vapeur d'eau selon l'altitude, déterminées par les valeurs moyennes linéaires momentanées de la stratification. Avec des instruments appropriés on obtient sur des rayons de 15 km de longueur une précision du gradient vertical de température de ±·10^–4 degrés/m.On donne pour finir des indications sur l'instrumentation, les postes d'observation, les repères et autres questions pratiques, concernant la méthode optique de la mesure du gradient.Le procédé a été utilisé dans la région de l'embouchure de l'Elbe pendant les étés de 1949 à 1951; les résultats de 17 000 mesures seront publiés ultérieurement.

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Mit 3 Textabbildungen.     

Magnetkompa\ mit Feldstärkeanzeige zur peilungsfreien Kompensierung und Deviationskontrolle

Zusammenfassung Der Kompensierung von Magnetkompassen geht die Bestimmung der Deviation auf einer hinreichenden Zahl von Kursen voraus. Bei der bisher gebräuchlichen Weise wird mit Hilfe optischer Peilungen die Deviation als Unterschied zwischen dem mi\weisenden Kurs und dem am Kompa\ anliegenden Kurs bestimmt. Bei unsichtigem Wetter ist das Verfahren nicht durchführbar. Auch die Deviationskontrolle auf See an Hand astronomischer Peilungen ist häufig durch schlechte Sichtverhältnisse erschwert oder unmöglich.In der vorliegenden Arbeit werden im Prinzip Kompa\systeme dargestellt, die auf Grund von Messungen der magnetischen Feldstärke am Kompa\ort eine Deviationsbestimmung ermöglichen, ohne da\ optische Peilungen erforderlich sind. Ausgegangen wird dabei von der beim Bidlingmaierschen Doppelkompa\ angewandten Tatsache, da\ der Spreizwinkel, den zwei senkrecht übereinander angeordnete gleichartige Rosensysteme miteinander bilden, ein Ma\ für die Stärke des am Ort vorhandenen magnetischen Feldes ist. Auf Grund des engen Zusammenhanges zwischen magnetischer Feldstärke am Kompa\ort und der Deviation des Kompasses kann aus Messungen der Feldstärke die Deviation bestimmt werden. Wenn mittels üblicher Kompensiermittel die Feldstärke auf allen Kursen gleichgemacht wird, verschwindet die Deviation und der Kompa\ ist kompensiert.Um eine für den Bordgebrauch eines solchen Kompasses bequeme Anzeige der Fehlrichtung zu erhalten, müssen geeignete änderungen des Doppelkompasses vorgenommen werden, die in der Arbeit näher beschrieben sind.

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Magnetic compass enabling measurings of the magnetic field intensity for the purpose of adjustment and control of deviation without the necessity of optical bearings

Summary Before magnetic compasses are adjusted, the deviation must be determined for a sufficient number of courses. According to the method applied so far the deviation, i. e. the difference between the magnetic course and the compass course, is determined by means of optical bearings. The method is not practicable in thick weather. The control of deviation at sea by means of astronomical bearings is also frequently difficult or even impossible on account of low visibility.In the present paper, the principles of compass-systems are described which allow to determine deviation on the base of measuring the magnetic field intensity at the compass place without taking optical bearings. Like the double-compass after Bidlingmaier these constructions are based on the fact that the spreading angle which is formed by two equal card systems arranged one vertically above the other is a measure for the intensity of the magnetic field at the compass place. Since there exists a close relation between magnetic field intensity at the compass place and the deviation of the compass, the deviation may be determined by measurings of the magnetic field intensity. When the magnetic field intensity on all courses is equalized by means of ordinary corrector magnets and soft iron correctors, the deviation vanishes, and the compass is adjusted.In order to get a convenient indication of the direction of the magnetic field as necessary for the use of the proposed compass on board ships, suitable modifications must be made to the double-compass. They are described in detail in the present paper.

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Notes sur un compas magnétique muni d'un indicateur d'intensité de champ magnétique pour le réglage du compas sans y prendre de relèvements et pour la détermination de déclination

Résumé Le réglage de compas magnétique est précédé de la détermination de déclination effectuée sur un assez grand nombre de routes. Suivant la méthode en usage jusqu'ici, la détermination de déclination se fait à l'aide de relèvements optiques, c.a.d. on détermine la différence entre la route magnétique et la route au compas. Ce procédé, cependant, n'est pas applicable en cas de mauvaise visibilité. La détermination de déclination effectuée en mer à l'aide de relèvements astronomiques est également souvent entravée ou mÊme rendue impossible si la visibilité est mauvaise.Dans le présent travail, on expose, en principe, des systèmes de compas qui permettent de déterminer la déclination sans prendre des relèvements optiques. Pour ce but, on mesure l'intensité de champ magnétique au lieu d'installation de compas. Analogue au double compas d'après Bidlingmaier, on y procède du fait que l'angle formé par les axes de deux égaux systèmes de roses de compas, installés verticalement l'un au dessus de l'autre, permet de déterminer l'intensité de champ magnétique au lieu d'installation de compas. A cause de la relation intime qui existe entre l'intensité de champ magnétique au lieu de compas et la déclination de compas, on peut dériver la déclination de la mesure de l'intensité de champ magnétique. Quand on égalise, à l'aide de moyens usuels de compensation l'intensité de champ magnétique sur toutes les routes, la déclination disparaÎtra et le réglage du compas sera accompli.Afin d'obtenir une indication convenable de la direction du champ magnétique pour l'usage d'un tel compas à bord, il faut apporter de modifications au double compas. Celles-ci sont précisées aux pages suivantes.

     

Harmonische Analyse und Synthese mit Lochkartenmaschinen

Zusammenfassung Viele Aufgaben der praktischen Analyse lassen sich bequem und schnell mit Lochkartenmaschinen lösen. Insbesondere führt die Möglichkeit, daß Lochkarten leicht umgeordnet werden können, oft zu erheblichen Rechenvorteilen. Im folgenden wird ein Lochkartenverfahren zur harmonischen Analyse und Synthese entwickelt, das diese Vorzüge der Lochkartenmaschinen erkennen läßt.

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On harmonic analysis and synthesis with the aid of punching card machines

Summary Many problems of practical analysis may be easily and rapidly resolved with the aid of punching card machines. Considerable advantages may be derived from the fact that punching cards can be re-arranged without difficulties according to new aspects. On the following pages a punched cards method for the harmonic analysis and synthesis is developed which exhibits the advantage of punching card machines under this special aspect.

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Sur l'analyse et la synthèse harmonique à l'aide de machines de comptabilité à cartes perforées

Résumé Beaucoup de problèmes de l'analyse pratique se laissent résoudre d'une manière convenable et rapide au moyen des machines de comptabilité à cartes perforées. En particulier, la possibilité de pouvoir arranger sans inconvénient d'après de nouveaux aspects des cartes perforées souvent offre de considérables avantages. Sur les pages suivantes, un procédé pour l'analyse et la synthèse harmonique est dévelopé qui montre les avantages résultants de l'emploi des machines de comptabilité à cartes perforées.

     

Die Reaktion 2 Zoisit+1 CO2 ⇌ 3 Anorthit+1 Calcit+1 H2O

The equilibrium conditions of the following reaction 2 zoisite +1 CO₂?3 anorthite+1 calcite+1 H₂O 2 Ca₂Al₃[O/OH/SiO₄/Si₂O₇]+1 CO₂?3 CaAl₂Si₂O₈+1 CaCO₃+1 H₂O have been determined experimentally at total pressures of P _j= 2000 bars, P _f =5000 bars, and P _f =7000 bars. Owing to the vertical position of the equilibrium curves in isobaric T- \(X_{{\text{CO}}_{\text{2}} }\) diagrams, the composition of the binary H₂O-CO₂ fluid phase coexisting with zoisite is independent of temperature in the temperature interval investigated. According to our experiments, orthorhombic zoisite is only stable in equilibrium with a fluid phase at a concentration of CO₂ which is less than, respectively, ca. 2 Mol% CO₂ at P _f =2000 bars, ea. 6 Mol% at P _f =5000 bars, and ca. 10 Mol% at P _f =7000 bars. Thus, the fluid phase coexisting with zoisite is rich in H₂O. While this is independent of temperature the experimental data demonstrate that the influence of pressure cannot be neglected: With increasing pressure the concentration of CO₂ of the fluid phase coexisting with zoisite can rise a little. The position of the reaction studied, which is independent of temperature and exhibits small values of \(X_{{\text{CO}}_{\text{2}} }\) ,leads to two important petrogenetic conclusions:

1. The occurrence of zoisite is an indicator for a CO₂-poor and H₂O-rich fluid composition during metamorphism of marly calcsilicates.
2. If the concentration of CO₂ of the fluid phase coexisting with zoisite exceeds the equilibrium value of \(X_{{\text{CO}}_{\text{2}} }\) calcite+anorthite+H₂O is formed from zoisite+CO₂. Thus, a considerable increase in the anorthite-content of plagioelase is possible.

     

Field criteria for epigenetic-supergene versus sedimentary-diagenetic silica concentrations in cretaceous limestones,Chihuahua, Mexico

The Cretaceous limestones of Chihuahua, Mexico, exhibit both sedimentary-diagenetic and epigenetic-supergene silica deposits which are distinguished from each other on the basis of texture/fabric/structure, composition, colour, presence or absence of certain other minerals such as malachite and/or hematite, structural relationships with the host-rock, and general paragenetic characteristics with each other; all described herein. The criteria offer a useful composite working model during field work.     

Über eine intra-triadische Deckenbewegung auf Kreta

In the Phyllite Group of Crete a stratigraphic succession from Permian to Upper Triassic members is represented. In Carnian parts of this succession in eastern Crete a coherent sheet of Hercynian amphibolites and micaschists is included. It is 20 km long and up to 300 m thick. The Hercynian metamorphics are shown to have been thrusted upon the pre-Carnian part of the Phyllite Group before the Carnian sedimentation continued. A strong, andesitic volcanism was connected with this thrusting in time and space. Tectonic events like these are not known in the outer zones of the Hellenides until now.     

Flow velocities of active rock glaciers in the Austrian Alps

High surface flow velocities of up to 3 m a^–1 were measured near the front of three active rock glaciers in the western Stubai Alps (Rei‐chenkar) and Ötztal Alps (Kaiserberg and Ölgrube) in Tyrol (Austria) using differential GPS technology. Flow velocities have increased since about 1990. The highest velocities were recorded in 2003 and 2004, but showed a slight decrease in 2005. At the Reichenkar rock glacier, flow rates are constant throughout the year, indicating that meltwater has no significant influence on the flow mechanism. At Ölgrube rock glacier, flow velocities vary seasonally with considerably higher velocities during the melt season. Meltwater is likely to influence the flow of Ölgrube rock glacier as evident by several springs near the base of the steep front. Because the high surface velocities cannot be explained by internal deformation alone on Reichenkar rock glacier, we assume that horizontal deformation must also occur along a well defined shear zone within a water‐saturated, fine‐grained layer at the base of the frozen body. The increased surface flow velocities since about 1990 are probably caused by slightly increased ice temperature and greater amounts of meltwater discharge during the summer, a product of global warming.