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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