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Notes: Summary An attempt is made to develop a systematic, phenomenological classification of non-thunderstorm clouds based on the electrical characteristics of such clouds, and to derive a similar classification of precipitation from the electrical properties of hydrometeors. The system, as proposed, will cover low stratus, cumulus humilis, convective cumulus and cumulus congestus, and also the cloud configuration associated with stable upslide situations characterized by a continuous transition, in time and space, from altocumulus to altostratus and nimbostratus, with the bases of the latter steadily losing altitude. The significance of the physical state of hydrometeors and of the intensity of turbulence in clouds as a key to atmospheric-electrical phenomena, and the interpretation and phenomenological classification thereof, is stressed.

Notes: Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über Messungen der künstlichen Beta- und Gamma-Radioaktivität (Spaltproduktaktivität) in Niederschlägen, auf einer Gletscherfläche und in Gras- und Tierorganproben. Das Wesentliche der Untersuchung liegt nicht allein in der lückenlosen zeitlichen Erfassung aller dieser Größen seit 1957/58, sondern vor allem in der synchronen Bestimmung der Aktivitätswerte in Proben, die gleichzeitig in verschiedenen Höhenlagen gewonnen worden sind (Niederschlag, Grasaschen). Diesem Zwecke dient ein alpines Stationspaar mit relativ großem Höhenunterschied (1,1 km) bei kleinem Basisabstand (2,5 km). Die Sammlung von Gletschereisproben erfolgte in Höhen von etwa 2600 m NN. Zusätzlich zu den Bestimmungen der Gesamt-, Beta- und Gamma-Radioaktivität der Proben wurden chemisch-radiologische Isotopenanalysen ausgeführt. Aus dem Vergleich der in verschiedenen Höhen gewonnenen Proben ergibt sich, daß, während die spezifische Niederschlags-Radioaktivität auf dem letzten Kilometer Fallweg noch um im Mittel 20% ansteigt, die mittlere Zufuhr von Aktivität zum Boden an der Bergstation etwa gleich der an der Talstation (wegen unterschiedlicher Niederschlagsmengen) ist. Die spezifische Radioaktivität in den Grasaschen nimmt mit steigender Höhenlage des Probenahmeortes stark zu; diese Höhenabhängigkeit der Kontamination kann nicht durch unterschiedliche Aktivitätszufuhr zum Boden in Abhängigkeit von der Höhe erklärt werden. Auch zeigen die Gräser aus verschiedenen Höhen keine Unterschiede bezüglich Wasser- und Mineraliengehalt, die den Höheneffekt der Kontamination erklären könnten. Die auf Gletscherflächen gefundene Konzentration an Kernspaltprodukten ist sehr hoch (maximal mehrere 1000·10−7 μC/cm3). Ihre zeitlichen und örtlichen Abhängigkeiten werden studiert. Eine besonders eingehende Auswertung erfahren die in Niederschlägen gefundenen Werte der Radioaktivität, vor allem auch in bezug auf meteorologische Bedingungen (z. B. Labilität), den zeitlichen Abfall der Aktivität (Bestimmung der Explosionszeitpunkte) und die Beziehung zur Luftradioaktivität (wash out-Effekt). Es zeigt sich, daß die Niederschläge sehr oft Aktivität zur Erdoberfläche zurückführen, die, an Feinstaub gebunden, durch Luftbewegung vom Boden aufgewirbelt worden war; dadurch entsteht eine Verfälschung der Aktivitätsmessung im Niederschlag. Niederschläge, die an Hochstationen aufgefangen werden, liefern verläßlichere Werte in bezug auf künstliche Radioaktivität aus dem Wolkenniveau, da sich die Aufwirbelungsvorgänge nur in den untersten 100 m der Atmosphäre abspielen.

Notes: Zusammenfassung Die Arbeit bringt alle Erfahrungen über Föhn in luftelektrischer Hinsicht, die im Laufe von fünf Jahren durch Registrierungen, Messungen und Beobachtungen vor allem im Raum des Wettersteingebirges bei Garmisch-Partenkirchen gewonnen wurden. Es stand hierfür ein Netz von sieben ständig betriebenen Stationen zur Verfügung, zwei weitere Stationen wurden 1958 während einer zweimonatigen Exkursion auf dem Zugspitzplatt (2600 m NN) unterhalten. Diese neun Stationen lagen in einigermaßen gleichmäßiger Höhenstaffelung zwischen 675 und 2963 m NN. Ihre Basisentfernungen waren relativ gering. Alle neun Stationen registrierten den luftelektrischen Potentialgradienten, vier der sieben ständigen sowie eine der beiden vorübergehenden Stationen registrierten zusätzlich den luftelektrischen Leitungsstrom. Als weitere Elemente des Komplexes Luftelektrizität und Aerosol wurden registriert bzw. gemessen: positive und negative Kleinionen, positive und negative Luftleitfähigkeit, natürliche und künstliche Radioaktivität der Luft, Kondensationskerne (Aitkenkerne), Luftverunreinigung, Spitzenstrom und Atmospherics. Ein tragendes Grundprinzip der Arbeit ist die synoptische Verwertung der Daten des relativ dichten und auch in die Vertikale reichenden Stationsnetzes, mit dessen Hilfe ein dreidimensionaler Ausschnitt der Atmosphäre überschaubar wird. Die Einheitlichkeit der verwendeten Methoden sowohl in der räumlichen als auch in der über Jahre gehenden zeitlichen Erstreckung trägt zur Festigung der Ergebnisse und Schlüsse bei. Aus dem Beobachtungsmaterial wird abgeleitet, daß Föhnlagen sich nicht dadurch auszeichnen, daß sich bestimmte luftelektrische Einzelgrößen dabei besonders oder außergewöhnlich verhalten würden. Typisch für den Föhn ist vielmehr ein ganz bestimmter Akkord der luftelektrischen (und meteorologischen) Elemente, wobei sich innerhalb des Stationsnetzes wiederum typische Variationen bemerkbar machen. Luftelektrisch gesehen, konnten zwei Föhntypen unterschieden werden: Bei Typ I sind die Kurven des Potentialgradienten und des Leitungsstromes sehr glatt, der Potentialgradient ist anhaltend erniedrigt, die Werte des Leitungsstromes und der Kleinionendichte sind erhöht. Kennzeichnend für Föhntyp II ist ein extrem unruhiger Verlauf der Potentialgradient- und Leitungsstromkurven bei stark erhöhten Werten an den Talstationen; er ist immer mit dem Vorkommen von Schneefegen an den Gebirgskämmen mehr oder weniger weit südlich der Registrierstationen gekoppelt. Häufig besteht bei Föhntyp II eine Bodeninversion. Für beide Föhntypen werden repräsentative Einzelbeispiele gebracht. Außerdem wurde das gesamte Beobachtungsmaterial der Jahre 1955 bis 1958 statistisch verarbeitet, um für die sieben Stationen, d. i. im Schnitt durch die Atmosphäre bis rund 3000 m NN, das luftelektrische und meteorologische Bild eines “mittleren Föhntages” für beide Typen abzuleiten. Die bei Föhn gesammelten Ergebnisse sind übrigens nicht nur zur Erweiterung unserer Vorstellungen über den Föhn an sich von Bedeutung, sondern geben auch Hinweise zu anderen geophysikalischen Problemen, so etwa auf dem Gebiet der Wolkenphysik (z. B. durch die Erfahrungen hinsichtlich der Ladungstrennung beim Zusammenprall und Zerbrechen von Eiskristallen), zur Frage der atmosphärischen elektrischen und elektromagnetischen Wellenvorgänge (durch Registrierungen von Stationen, die sich gerade in der Grenzschicht zwischen Föhn und positiv geladener, schwingender Inversionsoberseite befinden) sowie zur Frage des Ionisationsgleichgewichtes und der Beziehungen zwischen Kleinionen- und Kondensationskerndichte, denn in der Föhnströmung sind ja die Kondensationskerndichten besonders niedrig und außerdem ist—in den Nordalpen—die natürliche Luftradioaktivität während des Föhns erhöht. Bioklimatische Gesichtspunkte werden lediglich angedeutet.

Notes: Zusammenfassung Zur Klärung spezieller Fragen wurde zusätzlich zu unseren laufenden synoptisch-luftelektrischen Registrierungen im Zugspitzgebiet (Wettersteingebirge, Bayerische Alpen) eine Meßexkursion in das «Zugspitzplatt» ausgeführt (August 1954). Es wurden auf dieser Hochfläche in 2500 m NN Registrierungen des Potentialgradienten, sowie Messungen der polaren Luftleitfähigkeiten mit Hilfe tragbarer Geräte ausgeführt. Durch eingehenden Vergleich der Potential-Registrierungen auf dem Zugspitzgipfel (Z) mit denen auf dem Zugspitzplatt (P) konnte festgestellt werden, dass die auf dem Berggipfel gewonnenen Messwerte, trotz ausgesetzter Lage der Station, als repräsentativ und frei von störenden Nebenerscheinungen angesehen werden können. Die frühere Feststellung, dass während Schneefall das luftelektrische Feld positiv, während Regen aber negativ gerichtet ist, wurde auch für diese Seehöhe (StationP) bestätigt. An Tagen mit ausgeprägter Konvektion ist das austauschbedingte Hochtragen von Kernen und Grossionen bis in die Höhe von 2500 m deutlich an der Abweichung des Tagesganges der Feldstärke beiP von dem am Gipfel gemessenen Gang festzustellen. Bei Nebel, der aus tiefer liegenden Wolkenniveaus (Str, Str-cu) hochgetragen wird, verhalten sich Potentialgradient und polare Leitfähigkeiten an StationP wie in geringen Seehöhen. Kommt die StationP in den Bereich abwärtsgerichteter Strömungen, so treten gelegentlich deutliche, isolierte Anstiege allein der negativen Leitfähigkeit auf. Es wurde festgestellt, dass die Unterseite einer stehenden, linsenförmigen Hinderniswolke negative Raumladungen, deren Oberseite jedoch wahrscheinlich positive Raumladungen trägt. An der Ober- bzw. Vorderseite dieser Wolke konnten deutlich isolierte Anstiege der negativen Leitfähigkeit festgestellt werden.

Notes: Summary If needle-shaped ice crystals are grown in an atmosphere containing traces of nitrous gases, the amount of electrical charge generated when sharp crystal points break away, is between 10 and 50 times as high as in the case of crystals grown in absence of nitrous gases A definite relation has been found to exist between the NO 3 ′ ion concentration of the ice crytals and the amount of charge (average value 2.7×10−8, maximum value 13×10−8 coulombs per gram of ice splinters) generated upon fragmentation. The relation found is possibly of importance with respect to thunderstorm electricity generation.

Notes: Zusammenfassung Es wird ein einfaches Gerät für luftelektrische Untersuchungen beschrieben, das folgende Messungen bzw. Registrierungen auszuführen gestattet: 1) Registrierung des luftelektrischen Antennenstromes (Vertikalstrom); 2) Registrierung des luftelektrischen Feldes nach einer «halbstatischen» Methode; 3) Registrierung bzw. Zählung rascher zeitlicher Aenderungen des statischen Feldes (Feldsprünge bei el. Entladungen in der Atmosphäre). Die Anordnung besteht aus einem besonders konstruierten Röhrenvoltmeter, dessen Gehäuse Anzeigegerät und Stromversorgungen vercinigt. Die verschiedenen Fehlergrenzen der Messmethode werden eingehend dis kutiert. Das Gerät eignet sich zur Messung der Feldstärke bis ± 1500 V/m. Ein Einfluss der Windegeschwindigkeit auf die Feldanzeige besteht nach eingehenden Untersuchungen nicht. Zehntägige Anschlussregistrierungen im Erdmagnetischen Observatorium in Fürstenfeldbruck mit demBenndorf- Elektrometer erbrachten völlige Kurvengleichkeit der beiden Geräte. Einige Messbeispiele führen die Anwendungsmöglichkeiten des Gerätes vor Augen. Die gleichzeitige Registrierung des luftelektrischen Feldes an mehreren Stationen erbrachte sehr gute Uebercinstimmung im Kurvenverlauf, der durch die jcweiligen meteorologischen Verhältnisse bedingt war. Die Darstellung der mittleren Tagesgänge der Monate von 1949 und 1950 schliesst sich an.

Notes: Zusammenfassung Zur Erforschung von Beziehungen zwischen luftelektrischen Phänomenen in verschiedenen Höhenstufen und zahlreichen meteorologischen Vorgängen wurden seit einigen Jahren im Alpenbereich Dauerregistrierungen des statischen luftelektrischen Feldes ausgeführt. Es dienten hierzu das StationspaarOberstdorf (815 m) undNebelhorn (1930 m) im Allgäu sowie die StationenGarmisch-Partenkirchen (705 m),Eibsee (1000 m),Riffelriss (1640 m) undZugspitze (2963 m) im Wetter-steingebirge. — Anhand von typischen Kurvenbeispielen werden folgende Beziehungen besprochen: 1)Untersuchungen von Lokaleffekten an den Tal- Hang- und Gipfelstationen, ausgelöst durch:a) verschiedene Aerosole (Staub, Rauch, Dunst, Nebel usw.);b) orographisch bedingte Windsysteme (Berg-Talwind, Hangwind);c) Föhnerscheinungen. — 2)Synoptisch-Luftelektrische Beobachtungen, und zwar:a) Verhalten des luftelektrischen Feldes über und unter Inversionsschichten, Dunstgrenzen und Konvektionsgrenzen zum Studium des Verhaltens der Grundschicht (Schneider-Carius);b) Erforschung der vertikalen Ladungsverteilung in stratiformer Bewölkung (Untersuchungen über polarisierte Wolkenschichten);c) Erforschung der vertikalen Ladungsverteilung in Turbulenzbewölkung zum Studium des elektrischen Aufbaus von Schauer- und Gewitterwolken unter Berücksichtigung ihrer zeitlichen Entwicklung;d) Studien über den vertikalen Luftmassenaustausch;e) Studien über das Verhalten des luftelektrischen Feldes bei Niederschlägen verschiedener Art insbesondere bei Phasenwechsel.

Notes: Summary Recordings of potential gradient and air-earth current in fair-weather conditions were made at high-elevation mountain stations; the latter were generally above the vertical-mixing layer and not disturbed by local sources. Both electrical quantities increased significantly from the day of appearance of a solar flare (or a maximum incidence of flares) till the fourth day after the event. Peak potential gradient and air-earth current exceed the ‘normal levels’ measured during quiet-sun conditions by 50–60% in terms of averages. This result was compared with sferics incidence data and daily geomagnetic coefficients grouped around the selected (flare) dates. Both of the latter quantities show time histories (for the days preceding and following the selected dates) closely correlated with the atmospheric-electrical histories of the same intervals. We may conclude from these results that the total potential between the ground and the upper atmosphere increases for several days after solar flares. The results obtained by previous studies on Mauna Loa confirm this inference. The cause of the phenomenon is presumed to be enhanced thunderstorm activity attendant on solar disturbances.

Notes: Summary Vertical mixing and transport processes are studied, and their variation as influenced by atmospheric fine-structure conditions investigated, using data gathered from simultaneous measurements of RaB and RaC concentration in the ambient air at three mountain stations located close to each other horizontally, but at markedly differing levels (730, 1780 and 2960 m). RaB was used as a tracer on account of the high sensitivity to variations of vertical-mixing activity evidenced by RaB abundance figures. Strong inversions between 700 and 2500 m a.s.l. create a ‘zero condition’ at the higher level, where only 0.1% of the low-level RaB reading obtains; active turbulent mixing, on the other hand, leads to nearly equal RaB readings at the two levels. The vertical gradient of concentration of RaB is used to compute mean vertical-mass-exchange coefficients; the latter are studied in their relation to atmospheric structure characteristics. Statistical studies indicate that the barring effect of inversions is related solely to the magnitude of the inverse temperature gradient. Problems of radioactive equilibrium RaB-RaC are discussed, and the significance of aerosol particle size taken into consideration.