Zeitschrift für Meteorologie: Band 23, Heft 11/12 [Reprint 2021 ed.] 9783112557426, 9783112557419

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B A N D 23

11-12

Zeitschrift für Unter Mitwirkung von

1'. B E R N H A R D T , POTSDAM IC. BROCKS f , HAMBURG M. CADEZ, BEOGRAD G. D I E T Z E , D R E S D E N - W A I I N S D O R F P.DUBOIS, L I N D E N B E R G G. F A N S E L A U , P O T S D A M L. F O I T Z I K , B E R L I N J. H O F F M E I S T E R , W E S T B E R L I N H.-G. K O C H , J E N A M. KONCEK, BRATISLAVA L. KRASTANOV, SOFIA G. S K E IB, P O T S D A M F. S T E I N H A U S E R , W I E N

im Auftrage der Meteorologischen Gesellschaft der Deutschen Demokratischen Republik herausgegeben von K. B E R N H A R D T , B E R L I N , E. A. L A U T E R , B E R L I N und H. P L E I S S ,

A K A D E M I E - V E R L A G B E R L I N ZfMeteor. Bd. 23 Heft 11-12 Preis: 12,-M

S. 313-369

Sonderpreis DDR: 8,-M

Berlin 1973

DRESDEN

Inhaltsverzeichnis Aufsätze Martini, L., B. Stark u. 0. Hunsalz: Elektronisches Lyman-Alpha Feuchtigkeitsmeßgerät

313

Olberg, M.: Filteranalyse und statistische Beurteilung von Filterergebnissen am Beispiel der Zeitreihen'für die Komponenten des Windvektors in Potsdam 323 Spänkuch, D.: Beziehungen zwischen der duich Wasserdampf absorbierten direkten Sonnen-, Himmels- und Reflexstrahlung im Bereich A < 3 / i m Schönermark, M. v.: Untersuchungen zum langwelligen Strahlungshaushalt der troposphärischen Grundschicht Teil I Teil n

•

332 346 352

Junghans, H.: Die Darstellung einzelner Jahresgänge meteorologischer Elemente

357

Lenggenhager, K.: Zur Entstehung der Nebenlichtsäulen

360

Lenggenhager, K.: Zum Problem des weißen Horizontalbogens Balzer, K.: Ergänzendes zum Teich'schen Hochsommerindex

365 . . . •

Mitteilung der Meteorologischen Gesellschaft der

368 369

Hinweise für unsere Autoren 1. In der „Zeitschrift für Meteorologie" können Originalarbeiten (Aufsätze und Mitteilungen) in deutscher, englischer, französischer, italienischer, russischer, und spanischer Sprache veröffentlicht werden. 2. Jedem Aufsatz sollte vom Autor eine Zusammenfassung in deutscher Sprache sowie in einer Fremdsprache vorangestellt werden. 3. Abbildungen sind in gut reproduzierbaren Vorlagen einzusenden. Die Beschriftung auf den Abbildungen soll mit Bleistift erfolgen. Der Maßstab für eine evtl. Verkleinerung oder Vergrößerung ist in der rechten oberen Ecke ebenfalls mit Bleistift anzugeben. Bei Karten ist die Quelle und der Maßstab anzugeben. 4. Die Manuskripte sind in Maschinenschrift 1 1 / 2 -zeilig auf A-4 Bogen erwünscht. 5. Sollen bestimmte Manuskriptteile kleiner als der übliche Text oder kursiv bzw. gesperrt gesetzt werden, so ist das Manuskript für diesen Teil auch l'/ 2 -zeilig zu schreiben, aber seitlich mit einem senkrechten Strich zu versehen und mit „Kleindruck", „kursiv" oder „gesperrt" zu kennzeichnen. 6. Für das Literaturverzeichnis sind folgende Angaben erwünscht: Name und abgekürzter Vorname des Autors, Titel der Arbeit, Angabe der Zeitschrift, des Erscheinungsjahres und des -ortes sowie die Seitenangaben; entsprechende Angaben bei Büchern. 7. Die Redaktion macht darauf aufmerksam, daß der Verlag berechtigt ist, dem Autor den über 10% der Gesamtkosten des Satzes hinausgehenden Betrag für Korrekturen, die nicht durch Verschulden der Druckerei entstanden sind, in Rechnung zu setzen. 8. Jeder Autor erhält 50 Sonderdrucke kostenlos; bei Arbeiten mehrerer Autoren erhält jeder Autor 30 Sonderdrucke. 9. Es wird darum gebeten, Manuskripte direkt einem der Herausgeber einzureichen. Die Herausgeber sind berechtigt, ggf. den Autoren Änderungswünsche zu unterbreiten. Anschriften: Prof. Dr. K. Bernhardt, Sektion Physik der Humboldt-Universität Berlin, Bereich 09 Meteorologie und Geophysik, 1162 Berlin, Müggelseedamm 256, Prof. Dr. E. A. Lauter, Akademie der Wissenschaften der DDR, Zentralinstitut für solar-terrestrische Physik, 1199 Berlin, Rudower Chaussee 5, Prof. Dr. H. Pleiß, Technische Universität Dresden, Sektion Wasserwesen, Bereich Hydrologie und Meteorologie, 8027 Dresden, George-Bähr-Straße 1. 10. Für den Inhalt der Arbeiten sind ausschließlich die Autoren verantwortlich. Die Redaktion ist für alle den Druck der Arbeiten betreffenden Fragen zuständig.

Inhaltsverzeichnis Aufsätze Martini, L., B. Stark u. 0. Hunsalz: Elektronisches Lyman-Alpha Feuchtigkeitsmeßgerät

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Olberg, M.: Filteranalyse und statistische Beurteilung von Filterergebnissen am Beispiel der Zeitreihen'für die Komponenten des Windvektors in Potsdam 323 Spänkuch, D.: Beziehungen zwischen der duich Wasserdampf absorbierten direkten Sonnen-, Himmels- und Reflexstrahlung im Bereich A < 3 / i m Schönermark, M. v.: Untersuchungen zum langwelligen Strahlungshaushalt der troposphärischen Grundschicht Teil I Teil n

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Junghans, H.: Die Darstellung einzelner Jahresgänge meteorologischer Elemente

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Lenggenhager, K.: Zur Entstehung der Nebenlichtsäulen

360

Lenggenhager, K.: Zum Problem des weißen Horizontalbogens Balzer, K.: Ergänzendes zum Teich'schen Hochsommerindex

365 . . . •

Mitteilung der Meteorologischen Gesellschaft der

368 369

Hinweise für unsere Autoren 1. In der „Zeitschrift für Meteorologie" können Originalarbeiten (Aufsätze und Mitteilungen) in deutscher, englischer, französischer, italienischer, russischer, und spanischer Sprache veröffentlicht werden. 2. Jedem Aufsatz sollte vom Autor eine Zusammenfassung in deutscher Sprache sowie in einer Fremdsprache vorangestellt werden. 3. Abbildungen sind in gut reproduzierbaren Vorlagen einzusenden. Die Beschriftung auf den Abbildungen soll mit Bleistift erfolgen. Der Maßstab für eine evtl. Verkleinerung oder Vergrößerung ist in der rechten oberen Ecke ebenfalls mit Bleistift anzugeben. Bei Karten ist die Quelle und der Maßstab anzugeben. 4. Die Manuskripte sind in Maschinenschrift 1 1 / 2 -zeilig auf A-4 Bogen erwünscht. 5. Sollen bestimmte Manuskriptteile kleiner als der übliche Text oder kursiv bzw. gesperrt gesetzt werden, so ist das Manuskript für diesen Teil auch l'/ 2 -zeilig zu schreiben, aber seitlich mit einem senkrechten Strich zu versehen und mit „Kleindruck", „kursiv" oder „gesperrt" zu kennzeichnen. 6. Für das Literaturverzeichnis sind folgende Angaben erwünscht: Name und abgekürzter Vorname des Autors, Titel der Arbeit, Angabe der Zeitschrift, des Erscheinungsjahres und des -ortes sowie die Seitenangaben; entsprechende Angaben bei Büchern. 7. Die Redaktion macht darauf aufmerksam, daß der Verlag berechtigt ist, dem Autor den über 10% der Gesamtkosten des Satzes hinausgehenden Betrag für Korrekturen, die nicht durch Verschulden der Druckerei entstanden sind, in Rechnung zu setzen. 8. Jeder Autor erhält 50 Sonderdrucke kostenlos; bei Arbeiten mehrerer Autoren erhält jeder Autor 30 Sonderdrucke. 9. Es wird darum gebeten, Manuskripte direkt einem der Herausgeber einzureichen. Die Herausgeber sind berechtigt, ggf. den Autoren Änderungswünsche zu unterbreiten. Anschriften: Prof. Dr. K. Bernhardt, Sektion Physik der Humboldt-Universität Berlin, Bereich 09 Meteorologie und Geophysik, 1162 Berlin, Müggelseedamm 256, Prof. Dr. E. A. Lauter, Akademie der Wissenschaften der DDR, Zentralinstitut für solar-terrestrische Physik, 1199 Berlin, Rudower Chaussee 5, Prof. Dr. H. Pleiß, Technische Universität Dresden, Sektion Wasserwesen, Bereich Hydrologie und Meteorologie, 8027 Dresden, George-Bähr-Straße 1. 10. Für den Inhalt der Arbeiten sind ausschließlich die Autoren verantwortlich. Die Redaktion ist für alle den Druck der Arbeiten betreffenden Fragen zuständig.

Zeitschrift fur

Meteorologie B A N D 23 • H E F T 11/12

551.508.71

Elektronisches Lyman-Alpha-Feuchtigkeitsmeßgerät Von L. Martini, B. Stark und G. Hunsalz Mit 12 Abbildungen

Zusammenfassung: Es wird ein Spektralhygrometer beschrieben, das die relativ sehr großen Strahlungsabsorptionsquerschnitte von Wasserdampf im Spektralbereieh der Lyman-Alpha-Strahlung im Vakuum-Ultraviolett-Gebiet ausnutzt, um absolute Wasserdampfdichten in L u f t und anderen geeigneten Gasen zu bestimmen. Das Gerät, das für ein Spektralhygrometer ein relativ geringes Gewicht besitzt und das auch nicht kalibriert werden muß, h a t gegenüber den zur Zeit, in der Praxis eingesetzten Hygrometern einige bemerkenswerte Vorteile, die ausführlieh diskutiert werden. Summary: This paper is concerned with a spectral hygrometer which uses t h e rather great absorption cross-section in water vapour in t h e Lyman-a spectral region in vacuum-UV, in order to determine water vapour densities in t h e air and f u r t h e r suitable gases. The instrument, whose weight is comparatively small and which does not require calibration, is as compared with t h e currently operated hygrometers superior in some respects — which is discussed in t h e present paper. OÔ3op: Oiracaii cncKTpajihHbiiî rn^poMeTp, HOTopuii H U H onpe^ejieHHH aöcojiiOTHOH I I J I O T H O C T H BORHiioro n a p a B B03flyxe B A P Y R U X cooTB6TCTByiomnx raaax HCiionb3yeT oTHOCHTejibno Gojitnine nonepeiHBie C G H G H H H , noraomaioiUHe ii3Jiyqeiïne BORHHoro n a p a b oôjiaera cneKTpa HSJiyMeirnH JIafiMaH-AjibiJia B BaKyyiwuoii yjibTpa$ii0jTeT0B0ii oôjiacTH. _ Hpufiop, HMeiommï A J I H cnei!Tpajn>noro rnj;poMeTpa OTHocHTejibHo Majibiü Bec H ne TpeCyroimiti KajinôpoBKii, oSna^aeT no cpaBircanio c Hcnojib3yeMbiMii B iiacronmee B P O M N na npaitTHite RANPOMCTPAMH nenoTopi>iMii 3iia>iMTejibiiMMH npeiiMymecTnaMH, KOTopi.ie noApo6no H oOcynt^aiOTCH.

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1. Einleitung Um die Lyman-Alpha-Fotometer für die Erforschung der solaren Ly-Alpha-Strahlung (Wellenlänge 1216 Á), die bisher auf den Erdsatelliten „Interkosmos 1", „Interkosmos 4" und auf der geophysikalischen Forschungsrakete „Vertikal 1" erfolgreich eingesetzt werden konnten [1], [2], [3], in bequemer Weise im Laboratorium in ihrer Funktion zu prüfen, wurde ein einfacher Meßaufbau gewählt. Dieser Meßaufbau bestand aus einer für diesen Zweck entwickelten Hohlkatodenlampe mit Wasserstoffgasfüllung als Ly-AlphaStrahlungsquelle, einer optischen Bank und Reitern mit Befestigungsmöglichkeiten sowohl für die Strahlungsquelle als auch für das Fotometer. Bei den Funktionsprüfungen wurde es stets als sehr störend empfunden, daß wegen der sich ändernden absoluten Luftfeuchtigkeit in dem Raum zwischen Strahlurigsquelle und Fotometer an verschiedenen Tagen oft stark differierende Meßergebnisse erhalten wurden. Erst von dem Zeitpunkt an, als der Raum zwischen Strahlungsquelle und Fotometer evakuiert werden konnte, wurden reproduzierbare Resultate gewonnen. Die Realität der starken Absorptionsänderung der Ly-Alpha-Strahlung in dem nicht evakuierten Raum zwischen Quelle, und Fotometer bei Änderung des Wasserdampfgehaltes in diesem Raum ist nicht weiter erstaunlich, wie ein Blick auf die Darstellung der Absorptionsquerschnitte ciijO des Wasserdampfes im Spektralgebiet von A — 1050 Ä bis X = 1250 Á in Abbildung 1 anschaulich macht [4, 5]. Wasserdampf hat bei der Ly-Alpha-Wellenlänge einen der höchsten in diesem Gebiet überhaupt möglichen Absorptionsquerschnitte von (rH2o = 1 4 3 • 10"17 cm 2 [4"|' Es ist noch zu bemerken, daß der auch in diesem Spektralgebiet absorbierende molekulare Sauerstoff mit einem Absorptionsquerschnitt 2t

314

L. M a r t i n i u. a„ Elektronisches Lyman-Alpha-Feuchtigkeitsmeßgerät

Zeitschrift f ü r Meteorologie Band 23 Heft 11/12

von ffo2 = 0.84 • 10~20 cm 2 bei 1 — 1216 Ä bei konstantem Abstand Strahlungsquelle — Fotometer kein e Änderung der Absorption hervorrufen kann, wenn der Druck konstant bleibt, sich also die Sauerstoffdichte nicht ändert (eine geringe mögliche 0 2 -Dichteänderung läßt sich über eine Druckbestimmung leicht berücksichtigen). E s lag n u n nahe, den hier skizzierten Meßaufbau weiterzuentwickeln, u m ein elektronisches Ly-AlphaFeuchtigkeitsmeßgerät zu erhalten, das sich in einigen seiner Eigenschaften von den in der Praxis zur Zeit eingesetzten Feuchtemeßgeräten grundlegend unterscheidet [6, 7]. E s handelt sich u m ein leistungsfähiges Vakuum-Ultraviolett-Spektralfotometer, mit dem sich noch außergewöhnlich geringe Wasserdampfgehalte in einem direkten Meßverfahren bestimmen lassen, das heißt, es ist keine Eichung notwendig. Da die wesentlichen Bestandteile des Gerätes (Ly-Alpha-Ionisationskammer und Fotometerverstärker) ursprünglich f ü r den Einsatz in der Raumforschung entwickelt worden sind, können die Vorteile dieser Technik, wie extrem kleine Abmessungen der Geräte und höchste Zuverlässigkeit sowie ein sehr geringer Leistungsverbrauch, voll genutzt werden. Beim Ly-Alpha-Feuchtigkeitsmeßgerät k a n n die Empfindlichkeit durch Vergrößerung der Meßstrecke Strahlungsquelle-Fotometer heraufgesetzt werden, wenn eine kleine Wasserdampfdichte gemessen werden soll; das ist besonders vorteilhaft, wenn Wasserdampf-Bestimmungen bei tiefen Temperaturen durchgeführt werden sollen. Bei vielen Feuchtigkeitsmeßgeräten wie zum Beispiel Haarhygrometern, Psychrometern, Taupunkthygrometern u n d elektrischen Ab- u n d Adsorptionshygrometern n i m m t die Empfindlichkeit bei tiefen Temperaturen mit abnehmender Wasserdampfdichte ab. E s soll hier noch betont werden, daß das Ly-Alpha-Feuchtigkeitsmeßgerät gegenüber Ultrarotspektralfotometern den Vorteil besitzt, d a ß e s mit weit geringeren Meßstrecken a u s k o m m t ; beim UR-Spektralfotometer werden bei Luftfeuchtigkeitsbestimmungen Meßstrecken bis zu 50 m angegeben [6], während beim Ly-Alpha-Feuchtigkeitsmeßgerät, wie noch gezeigt wird, die maximale Länge der. Meßstrecke in Bodennähe 20 cm beträgt. Aus den angeführten Gründen scheint sich das Ly-Alpha-Feuchtigkeitsmeßgerät besonders als mobiles Gerät f ü r Präzisions-Wasserdampfbestimmungen am Boden anzubieten, es ist aber auch f ü r genaue Messungen von Ballonen aus geeignet, besonders da der Fotometerverstärker des Gerätes schon telemetriegerechte Datenliefert. Es sollte aber auch geprüft werden, ob das Ly-Alpha-Feuchtigkeitsmeßgerät sich f ü r die Wasserdampfbestimmung in anderen Gasen, die keine oder nur eine geringe Absorption im Ly-Alpha-Gebiet besitzen, eignet und ob es gegebenenfalls als Istwertgeber in Regelstrecken der chemischen Industrie einsetzbar ist. Betrachtungen zur Problematik des Ly-Alpha-Hygrometers wurden bereits in den Arbeiten von Eingwalt [8] u n d Tillman [9] angestellt und gehen auf einen Vorschlag von Friedman zurück. Von beiden Autoren wurden auch

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