Zur Entwicklung der luftelektrischen Grundanschauungen

Zusammenfassung Die luftelektrischen Grundanschauungen haben im Laufe der Entwicklung mehrfach erhebliche Wandlungen durchgemacht. Auf die Entwicklungsperiode, in der man die auffallenden Parallelen im Verhalten luftelektrischer und meteorologischer Größen aufzuklären sich bestrebte — sie findet etwa mitF. Exner ihr Ende—, folgt eine Phase bewußter Emanzipation der luftelektrischen Forschung, während der man in den meteorologischen Einflüssen nur Störungen sieht. Etwa in den zwanziger Jahren beginnt dann eine Reaktion gegen dieses Isolationsbestreben und mit der früher lange vergeblich versuchten Aufklärung des luftelektrischen Grund- und Existenzproblems leitet sich eine neue Entwicklungsphase ein, die man sinngemäß als korrelative Phase bezeichnen möchte. Nach einer eingehenden und nach den inneren gründen dieser mehrmaligen Schwenkung suchenden Darstellung wird im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit das Problem der luftelektrischen Tagesgänge behandelt und als Beweis für die komplexe elektro-meteorologische Arbeits- und Betrachtungsweise in seinen neuesten Entwicklungen kurz dargestellt. Die enge Verbindung zwischen dem luftelektrischen Geschehen und dem vertikalen atmosphärischen Massenaustausch legt die Benutzung luftelektrischer Untersuchungen in der Austausch-und Luftkörperforschung nahe.

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Summary In the course of the development the fundamental notions about atmospheric electricity have experienced considerable changes. In a first period expiring about withF. Exner, one tried to explain the striking parallels of electrical and meteorological phenomena; then follows a period with a distinct emancipation of atmospheric electricity, where meteorological influences were admitted but as perturbations. In the twenties begins a reaction to this isolationist views and a new evolution starts which might be called correlative phase. The author analyses and explains these repeated changes, and in a second part he discusses the problem of the diurnal variation of atmospheric electricity and shows the complexity of electro-meteorological relations. The close connexion between the phenomena of atmospheric electricity and the turbulent vertical exchange urges to employ investigations of atmospheric electricity for investigations in exchange and air-mass research.

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Résumé En matière d'électricité atmosphérique les points de vue ont souvent varié considérablement. Dans une première période allant jusqu'àF. Exner environ, on a essayé d'expliquer le parallélisme évident entre les phénomènes électriques et météorologiques; puis on a envisagé les premiers pour eux-mêmes, indépendamment des influences météorologiques considérées alors comme des «perturbations». Autour des années 1920, une réaction se dessine contre cette discrimination, et une nouvelle phase commence que l'on pourrait appeler corrélative. Après une analyse approfondie de ces fluctuations de la théorie, l'auteur aborde dans la deuxième partie de son étude le problème des variations diurnes des phénomènes électriques et montre la complexité des relations les unissant à ceux de l'atmosphère ellemême. La liaison étroite entre les phénomènes de l'électricité atmosphérique et les échanges turbulents de masse dans la verticale prouve l'utilité des recherches électriques pour l'étude de cet échange et pour celle des masses d'air de l'atmosphère.

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Mit 14 Textabbildungen.

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

Zur Entwicklung der luftelektrischen Grundanschauung

Ohne Zusammenfassung     

Luftelektrische Tagesgänge und Massenaustausch im Hochgebirge der Alpen

Zusammenfassung Es wird über die Ergebnisse luftelektrischer Untersuchungen auf dem Jungfraujoch (Schweiz) und ihre Deutung berichtet. Während zweier Meßperioden von je mehrwöchiger Dauer wurden das luftelektrische Potentialgefälle und der vertikale Leitungsstrom registriert; bearbeitet sind zunächst die Tagesgänge an klaren Tagen mit Hochdruckwetter. Die Tagesvariationen der drei luftelektrischen Elemente: Potentialgefälle, Vertikalstrom und Leitfähigkeit zeigen, daß auf dem Jungfraujoch im Sommer und im Herbst zwei ganz verschiedene Typen des luftelektrischen Verhaltens zu erkennen sind: Im Sommer herrscht auch an dieser Höhenstation der von den Tieflandstationen bekannte Typ vor, bei dem das Potentialgefälle angenähert invers zur Leitfähigkeit und zum Vertikalstrom verläuft. Im Herbst dagegen verlaufen Potentialgefälle und Vertikalstrom im wesentlichen gleichsinnig bei gegensinniger, aber schwächer ausgeprägter Tagesvariation der Leitfähigkeit. Im Sommer herrscht also auch in Jungfrauhöhe in den Alpen derkontinentale Typ, während sich im Herbst die Verhältnisse demozeanischen Typ annähern. Eine genauere Analyse ergibt, daß im Sommer die Tagesvariation desSäulenwiderstandes (columnar resistance) über dem Jungfraujoch in enger Korrelation zum örtlichen Widerstand der Luft an der Meßstelle (Reziprokwert der Leitfähigkeit) steht, während dies im Herbst nicht mehr der Fall ist.Zur Deutung dieser Feststellungen ist folgendes anzunehmen: Im Hochsommer wirkt die Tagesschwankung des vertikalen Massenaustausches aerosolverändernd bis in die Höhe des Alpenkammes, erkennbar daran, daß die Steuerung der luftelektrischen Tagesvariationen im wesentlichen von den unteren Schichten her erfolgt. Im Herbst dagegen ist dieser Einfluß in Kammhöhe der Alpen nahezu geschwunden; die Austauschvariation dringt nicht mehr bis in diese Höhen vor. Die verbleibenden Variationen der Leitfähigkeit deuten auf advektiven Luftaustausch hin. Das Verhalten des Dampfdruckes auf dem Jungfraujoch im Sommer und Herbst stützt diese Deutung.

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Summary The present paper gives an account of researches on atmospheric electricity carried out at Jungfraujoch (Switzerland). During two periods of several weeks each the potential gradient and the vertical air-earth current have been recorded. In the first place the diurnal variations on fine days at high pressure weather situation are elaborated. The daily variations of the three elements: potential gradient, vertical current, and conductivity, show that in summer and autumn two different types of the conditions of atmospheric electricity can be discerned: In summer the well-known type of the lowland stations is predominating also at this high altitude station, the type where the potential gradient is very nearly inverse to conductivity and vertical current. In autumn on the contrary the potential gradient and the vertical current are essentially parallel since the conductivity shows a slight diurnal variation in contrary sense. Thus, in summer prevails at the altitude of Jungfraujoch in the Alps thecontinental type, whilst in autumn the conditions approach to theoceanic type. It results from a rigorous analysis that in summer the diurnal variation of thecolumnar resistance on Jungfraujoch is in close correlation to the local air resistance (the reciprocal figure of conductivity) at the measuring point, whereas in autumn this is no longer the case.To explain these results we must assume as follows: In midsummer the diurnal variation of vertical mass exchange produces alterations of the aerosol up to the altitude of the crest of the Alps, which is perceptible from the fact that diurnal variations of atmospheric electricity start essentially from the lower layers. In autumn this influence has almost disappeared in the summit altitude of the Alps, as the daily variation of exchange does not advance to this altitude. The remaining variations of the conductivity point at an advective exchange of air. The behaviour of vapour pressure in summer and autumn at Jungfraujoch gives support to this interpretation.

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Résumé L'article traite des résultats de recherches d'électricité atmosphérique au Jungfraujoch (Suisse) et de leur interprétation. Deux périodes de mesures de plusieurs semaines chacune ont été consacrées à l'enregistrement du gradient de potentiel et du courant vertical. On décrit tout d'abord la variation diurne lors des jours sereins de temps anticyclonique. On distingue an Jungfraujoch en été et en automne respectivement deux types très différents de la marche diurne du gradient de potentiel, du courant vertical et de la conductibilité. En été le type bien connu des stations de plaine pour lequel le gradient de potentiel varie à peu près inversement à la conductibilité et au courant vertical s'observe aussi au Jungfraujoch. Par contre en automne le gradient de potentiel et le courant vertical varient en général dans le même sens, tandis que la conductibilité varie, elle, en sens contraire, bien que faiblement. Il y a donc à l'altitude du Jungfraujoch en été le «type continental», alors qu'en automne les conditions se rapprochent du «type océanique». Une analyse plus détaillée montre qu'en été la variation diurne de la «résistance tubulaire» (columnar resistance) au-dessus du Jungfraujoch est en liaison étroite avec la résistance locale de l'air au point de mesure (inverse de la conductibilité), tandis qu'en automne ce n'est plus le cas.Pour interpréter ces résultats il faut admettre ce qui suit: En été la variation diurne de l'échange vertical turbulent modifie les aérosols jusqu'au niveau de la crête alpine, ce que l'on reconnaît au fait que les variations diurnes des phénomènes d'électricité atmosphérique sont largement conditionnés par les couches basses. En automne par contre cet effet a disparu sur les Alpes, car la variation de l'échange turbulent n'a plus d'influence à ce niveau. La variation de la conductibilité qui subsiste suggère un échange d'air par advection. L'allure de la pression de vapeur d'eau au Jungfraujoch en été et en automne confirme cette hypothèse.

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Mit 11 Textabbildungen.     

Buchbesprechungen

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Méthode de comparaison des régimes pluviaux en météorologie synoptique

Résumé On développe une méthode basée sur le dénombrement des jours de pluite communs à deux stations données et sur l'écart avec leur probabilité. Une formule simple définit l'indice de similitude de deux régimes pluviaux, indice qui peut varier de –1 à +1 et qui caractérise la plus ou moins grande similitude des distributions chronologiques de la pluie en deux endroits quelconques. L'application de la méthode conduit à établir une loi de décroissance de l'indice avec la distance séparant les stations comparées. Dans la région alpine cette loi présente une anomalie résultant de l'effet orographique.

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Summary A method of obtaining a synoptic view of the distribution of precipitation (rain- and snowfall) is developed. It is based on the number of days on which precipitation occurs at both of two places more or less distant from each other. A mathematical definition is given of an index of similarity, which latter varies between –1 and +1. These, limiting, figures signify in the case of –1 that precipitation is least likely to occur on any one day at both of two different places, in the case of +1 that it is most likely to occur, and that when the index of similarity is 0 no relation at all can be established for the likelihood of precipitation at both places on the same day. The index shows a sharp decline as the distance between places increases. In general it shows less relationship in regard to the simultaneous occurrence of rain-and snowfall between places lying on opposite sides of the Alps than between places on the same side, showing once more how the Alps act as a weather partition. The results, based on observations at 9 places in Switzerland and 8 in other European countries, are valid for the Temperate Zone; for other climatic regions they may be different.

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Zusammenfassung Von der Anzahl der gleichzeitigen Niederschlagstage an zwei Beobachtungsstationen und von der Abweichung ihrer Wahrscheinlichkeit ausgehend, wird eine Methode zum Vergleiche der Niederschlagstypen im synoptischen Sinne entwickelt. Der sogenannte Ähnlichkeitsindex, der zwischen –1 und +1 variieren kann, wird mathematisch definiert. Je nach dem Wert desselben ist die zeitliche Verteilung der Niederschlagstage an zwei Orten gleich (+1), indifferent (0) oder entgegengesetzt (–1). Bei der Anwendung der Methode tritt eine gesetzmäßige Abnahme des Index mit der Entfernung auf. Ein entgegengesetztes Verhalten des Ähnlichkeitsindex beiderseits der Alpen veranschaulicht die Rolle, welche die Alpen bekanntlich als Wetterscheide spielen.

     

Helophyte zonation in two regulated estuarine areas in the Netherlands: Vegetation analysis and relationships with hydrological factors

The relationship between hydrological conditions and riparian helophyte vegetation was studied in two freshwater estuaries that differed in tidal regulation in order to assess the effects of large-scale hydrological regulation on the fringe vegetation. Vegetation and environmental variables were sampled for 206 sites in the Rhine-Meuse estuary (146 sites) and the IJsselmeer region (60 sites) in the Netherlands. These samples were classified into 10 vegetation types, all of which were dominated by tall helophytes. The most common vegetation types were dominated byPhragmites australis andTypha angustifolia, which formed both monospecific stands and mixtures. Tall Cyperaceae dominated three vegetation types (dominated individually bySchoenoplectus lacustris, Bolboschoenus maritimus, andSchoenoplectus tabernaemontani).Acorus calamus. Principal components analysis of the species composition of vegetation fringing open-water areas and associated environmental data revealed complex gradients incorporating differences in water depth, water-level fluctuation, were exposure, and sedimentation and/or erosion. The composition of the helophyte belts varied among the areas as the result of the differing times at which regulation occurred. Based on historical data, hydrological regulation of the estuaries has resulted in deterioration of intertidalSchoenoplectus andBolboschoenus stands, due to erosion and predation.P. australis stands have been invaded by terrestrial plant species or have been replaced byT. angustifolia. A scheme is presented of helophyte vegetation development under the influence of changes in the hydrological regime.     

Salinisation de l’aquifère libre de la Chaouia côtière (Azemmour-Tnine Chtouka), Maroc

L’aquifère libre de la Chaouia côtière constitue un exemple des aquifères les plus exploités au Maroc. Ce travail est consacré à l’étude des processus de la salinisation des eaux souterraines par l’analyse physico-chimique de 39 puits répartis dans la zone. Deux types de faciès ont été révélés, l’un est chloruré-sodique dans la frange côtière ; l’autre faciès est de type chloruré bicarbonaté-calcique caractérisant les eaux exploitées dans les calcaires marneux du Crétacé. L’influence marine (aérosols et intrusion marine), la dissolution/précipitation de la roche aquifère et l’infiltration des eaux d’irrigation, sont parmi les causes de l’augmentation de la salinité des eaux souterraines, en plus de l’exploitation excessive de l’eau souterraine.     

Uncertainty analysis and probabilistic segmentation of electrical resistivity images: the 2D inverse problem

In this paper, we present the uncertainty analysis of the 2D electrical tomography inverse problem using model reduction and performing the sampling via an explorative member of the Particle Swarm Optimization family, called the Regressive‐Regressive Particle Swarm Optimization. The procedure begins with a local inversion to find a good resistivity model located in the nonlinear equivalence region of the set of plausible solutions. The dimension of this geophysical model is then reduced using spectral decomposition, and the uncertainty space is explored via Particle Swarm Optimization. Using this approach, we show that it is possible to sample the uncertainty space of the electrical tomography inverse problem. We illustrate this methodology with the application to a synthetic and a real dataset coming from a karstic geological set‐up. By computing the uncertainty of the inverse solution, it is possible to perform the segmentation of the resistivity images issued from inversion. This segmentation is based on the set of equivalent models that have been sampled, and makes it possible to answer geophysical questions in a probabilistic way, performing risk analysis.     

Pile reinforcement mechanism of soil slopes

Stabilizing piles are widely used as an effective and economic reinforcement approach for slopes. Reasonable designs of pile reinforcement depend on the understanding of reinforcement mechanism of slopes. A series of centrifuge model tests were conducted on the pile-reinforced slopes and corresponding unreinforced slopes under self-weight and vertical loading conditions. The deformation of the slope was measured using image-based analysis and employed to investigate the pile reinforcement mechanism. The test results showed that the piles significantly reduced the deformation and changed the deformation distribution of the slope, and prevented the failure occurred in the unreinforced slope. The pile influence zone was determined according to the inflection points on the distribution curves of horizontal displacement, which comprehensively described the features of the pile–slope interaction and the characteristics of reinforced slopes. The concepts of anti-shear effect and compression effect were proposed to quantitatively describe the restriction features of the piles on the deformation of the slope, namely the reduction in the shear deformation and the increase in the compression deformation, respectively. The pile reinforcement effect mainly occurred in the pile influence zone and decreased with increasing distance from the piles. There was a dominated compression effect in the vicinities of the piles. The compression effect developed upwards in the slope with a transmission to the anti-shear effect. The anti-shear effect became significantly dominated near the slip surface and prevented the failure that occurred in the unreinforced slope.