Prediction of the field strength fading forms by means of weather situations

Summary In this study the different forms of the electromagnetic field strength recordings at the Thera-Crete microwave line of link are examined, in comparison with the corresponding weather situations prevailing over that area. According to the amplitude of fluctuations, the different forms of recordings have been classified in three basic typesA, B, C and the annual frequency of the appearance of these types has been observed. Finally, the influence of weather situations on radio wave propagation was examined and it has been found that in most cases a close relationship exists between weather situations and the different fading forms of the electromagnetic field so that a prediction of the fading form be possible by means of the weather forecast.This study was sponsored by a research grant from NATO's Scientific Committee.     

On the validity of Boltzmann's distribution law for the charges of aerosol particles in electrical equilibrium

Summary The validity ofBoltzmann's energy distribution law as applied to the charge distribution of monodisperse aerosols, i.e. aerosols which contain particles of one size only, was studied with improved equipment now available.Since monodisperse aerosols with particle size of about 10^–6 cm cannot yet be produced and because aerosols in general contain particles of different sizes, polydisperse aerosols stored in a large gasometer were used for the investigation. The composition and the average radius of these aerosols heterogeneous in particle size were determined by the Exhaustion Method employing a diffusion battery without end-pieces or connecting tubing.The experimental curve found for the ratio of the uncharged (N ₀) to the charged (N) nuclei versus radius (r) of the particles deviates for all investigated radii between 0.5 and 4.0·10^–6 cm from the theoretical curve of a monodisperse aerosol computed according to the Boltzmann law. For radii smaller than about 1.4·10^–6 cmN ₀/N is smaller than that given by Boltzmann's law, for radii greater than 1.4·10^–6 cm larger, or, in other words, forr<1.4·10^–6 cm the number of charged nuclei found in the aerosols investigated is greater than that predicted byBoltzmann's law, and forr>1.4·10^–6 cm smaller.The deviations from the theoretical curve forr>1.4·10^–6 cm can be fully explained by the polydispersity of the aerosols used; forr<1.4·10^–6 cm the deviations are too big to be attributed to polydispersity. From this it must be concluded thatBoltzmann's distribution law is not valid for the charge distribution of homogenous aerosols containing nuclei with radii smaller than about 1.4·10^–6 cm.The equivalent radius as deduced from a substitute monodisperse aerosol in charge equilibrium for which theBoltzmann law is assumed valid, deviates in the range of 1.0·10^–6<r<3.0·10^–6 cm (or 90%>100N ₀/Z>55%) on the average by up to 35% from the actual mean radius of the investigated polydisperse aerosols computed from the radii of their singly sized components.

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Zusammenfassung Die Gültigkeit desBoltzmannschen Gesetzes der Energieverteilung für die Ladungsverteilung von monodispersen Aerosolen, das heisst Aerosolen, welche Teilchen von nur einer Grösse enthalten, wurde mit den jetzt zur Verfügung stehenden verbesserten Mitteln studiert.Da monodisperse Aerosole mit Teilchengrössen von ungefähr 10^–6 cm noch nicht erzeugt werden können und Aerosole im allgemeinen Teilchen von verschiedenen Grössen enthalten, wurden für die jetzige Untersuchung polydisperse Aerosole, welche in einem grossen Gasometer gespeichert waren, benützt. Die Zusammensetzung und der mittlere Radius dieser Aerosole mit heterogener Teilchengrösse wurden nach der Exhaustions-Methode unter Benützung einer Diffusionsbatterie ohne Endstücke oder Verbindungsröhren bestimmt.Die experimentell gefundene Kurve, welche das Verhältnis der ungeladenen (N ₀) und geladenen (N) Kerne als Funktion des Radius (r) darstellt, weicht für alle untersuchten Radien zwischen 0.5 und 4.0·10^–6 cm von der theoretischen Kurve eines monodispersen Aerosols, wie sie nachBoltzmann's Gesetz berechnet wird, ab. Für Radien kleiner als ungefähr 1.4·10^–6 cm ist das VerhältnisN ₀/N kleiner als es durchBoltzmann's Gesetz gegeben wird, für Radien grössen als 1.4·10^–6 cm grösser oder, mit anderen Worten, fürr<1.4·10^–6 cm ist die Zahl der geladenen Teilchen, die in den untersuchten Aerosolen gefunden wurde, grösser als die vonBoltzmann's Gesetz vorausgesagte, und fürr>1.4·10^–6 cm kleiner.Die Abweichungen von der theoretischen Kurve fürr>1.4·10^–6cm können vollkommen durch die Polydispersität der benützten Aerosole erklärt werden; fürr<1.4·10^–6 cm sind die Abweichungen zu gross, als dass sie der Polydispersität zugeschrieben werden könnten. Daraus muss geschlossen werden, dassBoltzmann's Verteilungsgesetz für die Ladungsverteilung eines homogenen Aerosols, welches Kerne mit Radien kleiner als ungefähr 1.4·10^–6 cm enthält, nicht gültig ist.Der äquivalente Radius, wie er von einem im Ladungsgleichgewicht befindlichen, monodispersen Ersatz-Aerosol, für welchesBoltzmann's Gesetz als gültig angenommen wird, abgeleitet werden kann, weicht im Bereich von 1.0·10^–6<r<3.0·10^–6 cm (oder 90%>N ₀/Z>55%) durchschnittlich bis zu 35% vom tatsächlichen mittleren Radius des untersuchten polydispersen Aerosols ab.

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The research reported in this article has been supported in part by the Geophysics Research Directorate of the Air Force Cambridge Research Laboratories, through the European Office of the Air Force Research Division, United States Air Force under Contract AF 61(052)-26, by the United States Department of Army, through its European Research Office, Contract DA-91-591-EUC-1282 & 1657 and by the Instrumentation Engineering Physics & Analysis Laboratory of the General Electric Co., Schenectady, New York under Retainer Agreement.     

Infrared transmission by water vapour

Summary Values of infrared transmission by water vapour are required in order to prepare radiation charts, to establish electronic computer programs for flux calculations, to permit deduction of stratospheric vapour concentrations from infrared observations and to facilitate the interpretation of infrared satellite data. In this paper, approaches involving the extensive use of spectroscopic (and theoretically derived) parameters are explored fully and their limitations indicated. The central problem in the use of the random model for the water vapour spectrum is the choice of a suitable unit of spectral interval. This choice involves the testing of line positions for a random distribution, the combination or separation of closely-adjacent lines and the assessment of the effects of a variable band envelope. Techniques suitable for these purposes are developed. In the spectral region between bands, one must consider the background or continuous absorption due to distant but strong lines. Appropriate methods of doing this are presented. In this case, in particular, the calculation of flux transmission for non-homogeneous atmospheric slabs presents special problems, which are considered here.

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Zusammenfassung Für die Konstruktion von Strahlungsdiagrammen, die Erstellung von Programmen für die Berechnung von Strahlungsstr?men mittels elektronischer Rechenmaschinen, für die Ermittlung von Wasserdampfkonzentrationen in der Stratosph?re durch Infrarotbeobachtungen und für die Auswertung von Strahlungsdaten, die von Satelliten gewonnen werden, sind genaue Angaben über die langwellige Transmission des Wasserdampfes erforderlich. In der vorliegenden Arbeit wird der Versuch unternommen, durch umfassenden Gebrauch von spektroskopischen (und auch theoretischen) Parametern diese Aufgabe zu l?sen, wobei, auch die Grenzen der Methode aufgezeigt werden. Das Kernproblem bei der Verwendung eines Zufallsmodells des Wasserdampfspektrums ist die Wahl einer geeigneten Einheit für die Spektralintervalle. Dies bedeutet eine überprüfung der Lage der Absorptionslinien im Hinblick auf eine Zufallsverteilung, die Vereinigung oder Trennung benachbarter Spektrallinien und die Beurteilung der Frage, inwieweit die Wahl verschiedener Einhüllender der Spektralbanden das Ergebnis beeinflu?t. Es wurden dafür geeignete Methoden entwickelt. In den Spektralbereichen zwischen den Banden mu? auch der Betrag der kontinuierlichen Absorption, hervorgerufen durch die auseinanderliegenden, aber starken Linien in Rechnung gestellt werden. In diesem Fall ergibt sich das besondere Problem, die Strahlungsstr?me für nicht homogene Atmosph?renschichten zu berechnen.

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Résumé Il est indispensable de posséder des données exactes de la transmission pour les longues ondes dans la vapeur d'eau pour l'étude des domaines suivants: construction de diagrammes du rayonnement, programmation pour le calcul des flux de rayonnements par des calculatrices électroniques, calcul du taux de vapeur d'eau dans la stratosphère par des observations dans l'infra-rouge, dépouillement des données du rayonnement fournies par les satellites artificiels. Le présent travail est un essai de solution de ce problème au moyen de paramètres spectroscopiques et théoriques; on y indique cependant aussi les limites utiles de la méthode. Lors de l'utilisation d'un modèle aléatoire du spectre de la vapeur d'eau, le problème crucial est le choix d'une unité adéquate pour la mesure des intervalles spectraux. Cela implique l'examen de la position des lignes d'absorption en rapport avec la répartition aléatoire, la réunion ou la séparation de lignes spectrales rapprochées et l'appréciation de la mesure dans laquelle le résultat est influencé par le choix des différentes enveloppantes des bandes spectrales. On a développé des méthodes appropriées à ce but. La valeur de l'absorption continue, provoquée par des lignes distinctes, mais fortement marquées doit également être prise en considération dans l'espace compris entre les bandes du spectre. Dans ce cas, il se pose un problème particulier: celui du calcul des flux de rayonnement pour des couches atmosphériques inhomogènes.

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With 4 Figures

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Published by permission of the Director, Meteorological Branch, Department of Transport, Canada, and dedicated toDr. W. M?rikofer on the occasion of his 70th birthday.     

Eine Deutung der D-Schicht-Winter-Anomalie und des “Berliner Phänomens”

Zusammenfassung Die bisher ungeklärte Winter-Anomalie der D-Schicht sowie die explosionsartigen Erwärmungen der Hochstratosphäre im Winter können durch Staubpartikel interplanetaren Ursprungs (Meteorströme) hervorgerufen werden. Eine Anlagerung von Elektronen an die Staubteilchen in der Exosphäre bewirkt das Einfangen der kleinsten Partikel durch das erdmagnetische Feld und verhindert so ihr Verglühen in der Ionosphäre. Durch Sedimentation und turbulente Diffusion gelangt der Meteorstaub bis in die Ozonosphäre, wo er oxydiert wird und so eine plötzliche Wärmeentwicklung zur Folge hat. Die angelagerten Elektronen exosphärischen Ursprungs können bei zeitgerechter Photoablösung elektromagnetische Wellen dämpfen und so die Winter-Anomalie der D-Schicht hervorrufen.

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Summary The winter-anomaly of the ionospheric D-region for which no sufficient explanation existed up to now, as well as the explosive warming of the high stratosphere in wintertime are possibly caused by dust particles of inter-planetary origin (meteoric showers). The attachment of electrons on the dust particles in the exosphere causes the magnetic field of the earth to catch the smallest particles and so they do not evaporate in the ionosphere. By sedimentation and turbulent diffusion the meteoric dust reaches the ozonosphere where it is oxidized, which is followed by a sudden development of heat. After photo-detachment in due time the formerly attached electrons of exospheric origin are able to damp electro-magnetic waves and by this they cause the winter-anomaly of the D-region.

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Résumé L'anomalie de la couche D — inexplicable jusqu'ici — ainsi que les hausses prodigieusement rapides de la température de la haute stratosphère, deux phénomènes particuliers de l'hiver, peuvent être provoquées par des particules de poussière d'origine interplanétaire (courants de météorites). Des électrons adhérant, dans l'exosphère, aux grains de poussière permettent l'entraînement des plus petites particules par le champ magnétique terrestre et empèchent ainsi leur désintégration dans l'ionosphère. Par sédimentation et diffusion turbulente, la poussière cosmique parvient ensuite jusque dans l'ozonosphère où elle est oxydée. Il en résulte alors un dégagement subit de chaleur. Les électrons d'origine exosphérique adhérant à la poussière cosmique peuvent atténuer, s'ils s'en détachent en temps opportun sous l'effet du rayonnement solaire, les ondes électromagnétiques et provoquer ainsi l'anomalie d'hiver de la couche D.

     

Models of the Southern Oscillation in the 300–100 mb layer and the basis of seasonal forecasting

Summary The geometry of the principal Upper High (near the Indian Occean) in the 300–100 mb layer appears to account for the Southern Oscillation (S.O.), and models of its behaviour are presented. Significant features of these models include the equatorial points of upper convergence (C) and divergence (D), a pressure discontinuity (CNDS) forming «arcs» and an «enclosure» around the high, and, lastly, encircling «crescents» both outside and inside the enclosure. The geography of the seasonal sucession can thus—in a qualitative manner—be interpreted in the light of known wind and contour patterns near the tropopause. With a few general principles, the established empirical rules of long-range forecasting then follow by deduction. The models and the terminology are useful likewise in the interpretation of solar-terrestrial relations and of climatic fluctuations.     

Acoustic-gravity wave propagation in an atmosphere with two sound channels

Summary In order to interpret the observed features of pressure records produced by waves from large explosions in the earth's atmosphere, the writers have obtained numerical solutions of the homogeneous equations governing acoustic-gravity wave propagation in a stratified compressible fluid. Theoretical dispersion curves and variations of perturbation kinetic energy with altitude are presented for 11 normal modes. It is shown that the step-like character of the phase velocity curves in the velocity-period plane can be interpreted as being the result of interference between two families of normal modes-«quasi-horizontal modes» representing energy propagation in the lower atmosphere (below the ozonosphere) and «quasi-vertical modes» representing energy propagation in the upper atmosphere (above the ozonosphere). The theoretical prediction that several normal modes contribute to the observed barogram traces is verified by Fourier analysis of a number of wave records.Lamont Geological Observatory Contribution No. 611. — This research was supported by National Science Foundation Grant NSF-G-11997, Office of Naval Research Contract Nonr 266 (70), and National Science Foundation Grant NSF-GP-550. — Part of this research was done at the NASA Institute for Space Studies, New York, N. Y.     

Melting Relationships in the System CaO-MgO-CO2-H2O, with Petrological Applications

Phase relationships on the vapor-saturated liquidus surfacein the system CaO-MgO-CO₂-H₂O have been deduced from data inthe systems CaO CO₂-H₂O, CaO-MgO-CO₂, and MgO-CO₂-H₂O, and frompreliminary experiments in the quaternary system. These areillustrated in composition tetrahedra, and in isobaric sectionsthrough the petrogenetic model. The univariant PT curve forthe beginning of melting lies between 625? C and 600? C in thepressure range 10 bars to 4 kilobars, in the presence of a vaporphase rich in H₂O. The curve is divided into three sectionsby two invariant points, each section having a different primarymagnesian phase involved in the melting reaction. Periclaseoccurs on the low-pressure section (less than about 1 kilobar),and with increasing pressure first brucite and then dolomitebecome stable on the liquidus. The pressure of the second invariantpoint, above which dolomite is stable on the liquidus, is notknown. The effect of FeO as an additional component is considered.Processes of crystallization resulting from changes in temperature,in pressure, and in the composition of the vapor phase are discussed.These processes are applied to the crystallization and differentiationof carbonatite magmas, and the reverse processes involving fusionare applied to the metamorphism of dolomites. Crystallizationdifferentiation of a carbonatite magma could produce the sequenceof intrusion observed at some carbonatite complexes: calcitics?vite, followed by ankeritic s?vite, and finally sideriticcarbonatite. Partial melting may occur during the thermal metamorphismof dolomites, but melting is unlikely during regional metamorphism.     

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