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Die vertikale Verteilung der Kondensationskerne in der freien Atmosphre.

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JIG 16.
1919.
ANNALEN DER PHYSIK.
VIERTE FOLQE. BAND 59.
1. D i e uer’tilimle V e r t e i l u n y der
Kondensationskerme in d e r f r e i e n Atrnosphlire;
VOTL A l b e r t W i g a n d .
I n h a l t : I. Problemstellung. - 11. Methodik der Mesuungen.
111. Ergebnisse der Messungen. - IV. Die Gesetzmabigkeiten der vertik d e n Kernverteilung urtd ihre Erkliirung; a ) mittlere vertikale Kernvcrteilnng, b) vertikale Kernverteilung in einei einheitlichen Luftscliicht,
c ) Dunetschichten. - V. Zusammenfassung.
I. Problemstellung.
Systematische Untersuchungen uber die vertikale Verteilung der Kondens:itionskerne in der freien Atmosphare und
iiber die Ursachen dieser Verteilung liegen bis jetzt nicht vor.
The bei eiiizelnen fruheren Freiballonfahrten ausgefiihrten
Kernzihlungen konnen nur zur allgemeinen Orientierung clienen.
Ks sollen daher die Ergehnisse der Kernzihlungen von 14
nach einbeitlichem Plane unternommenen Frei ballonfahrten
rnitgeteilt werdeu, bei denen auf gleichzeitige, vollstaudjge
ineteorologische Beobachtungen, besonders solche uber die Luftschichtung Wert gelegt wurde. Die Kernziililungen erstreckten
sich bis zur Hohe von 9000 m und wurden bei 9 Fahrten von
mir, bei 5 weiteren Fahrten auf meine Veranlassung von den
Herren L u t z e , J e n r i c h , O b e r l a n d e r und K a h l e r ausgefuhrt.
S u s diesen Nessungen haben sich fir die Anderung der
Kernzahl mit der Kohe einige noch unbekanate G‘esetzma,8igkeiteen ergehen, deren E r k l k m g gelingt, wenn man die Schichtung der Zuft nach Tempwatur und B’emhtigkeit, die 3ewiilkung
und die vertikale Luftbewegung in Betracht zieht.
Unter den wechselnden Verhaltnissen der Feuchtigkeit,
Temperatur und des Luftdrucks mu8 sich die Gr@e und Fallgeschwindigkeit der Kerne in bestimmter, angebbarer Weise
rindern: Die Kondensationskerne haben die Eigenschaft , mit
Annalen der Physik. I V . Folge. 59.
48
6YU
A. lfigana!
zunehmender Luftfeuchtigkeit zu wachsen, auch in ungesattigter
Luft, und daher schneller zu fallen. Bei gleichbleibender
GroBe ist die Fallgeschwindigkeit der Kerne urn so groBer,
je geringer die hauptsachlich durch Temperatur und Luftdruck
bedingte Dichte der Luft ist.
Ferner wird die Bildung und Auflosung der Wolken fur
den Kerngehalt der betreffenden Luftschiclit rnitbestimmend
sein, derart, daB diese Wirkung no& langere Zeit fortdauert.
SchlieBlich beeinflufit auch die auf- und absteigende Luftbeweguog die vertikale Kernverteilung , indcm sie die Kerne
nacb oben und unten mitfiihrt. Dabei ist zu unterscheiden
zwischen gleichmaBiger Hebung und Senkung grvtSerer Luftmassen und boiger Vertikalbewegung mit inhomogener Struktur.
Die Aufklarung dieser Beziehungen an Hand des Beobachtungsmaterials der 14 Freiballonfahrten 1st die Aufgabe dieser
Untersuchung.
11. Methodik der Messungen.
a) K e r n z a h 111n g e n .
Urn die Anz;l,hl der Kondensatiouskerne in 1 cm? Luft
zu bestimmen, wurden Instrumente vom Typus des A i t k e n schen ,,Staubzkihlers(((richtiger ,,Kernzkltler~*
genannt) verweodet. Bei den ersten Fahrten
waren zwei gleichartige von den Mechanikern 0. P l a t h und G. S c h u l z e in Potsdam nach Sngaben von Liideling hergestelite Instrumente im Gebrauch (Fig. 1).I)
In der feuchten, mit kernfreier Luft
gefiillten Kondensationskarnmer R werden,
nachdem man dutrch die Hahne H oder h
einen bestimmten Teil des Karnaerinhalts
durch AuBenluft ersetzt hat, auf den vorhandenen Kernen Nebeltropfclien gebildet.
Die hierzu notige obersattigung erzeugt
man, indem die Luft niit der Luftpumpe
(5Siefel, 8 Schieber des Kolbens) im Verhaltnis 1 : 1,20 expandiert wird. Die Zahl
der Tropfcben beobachtet man mit der
~
1) Figg. 1 u. 2 aus E. A b d e r h a l d e ~ ,Fortschritte der naturwiss.
Forschung 10. Berlin 11. Wien 1914.
Die vertikale Ferteiluny der Kondensatimskeme iisw.
69 1
Lupe M auf einer in mm2 geteilten Zahlplatte aus Glas, die
sich im Boden der Kammer R befindet und vom Spiegel L?p
beleuchtet wird. Mit Beriicksichtigung der eingelassenen Menge
AuBenluft und des Kammervolumens laBt sich dann die Anzahl
der Kerne in 1 cm3 AuBenIuft berechnen.
Die A i t ken -Liid elin g seh e Form des Kernzahlers erwies sich fur die erschwerten Versuchsbedingungen im Ballon,
besonders in groBen Hohen, noch als unzureichend und'wurde
in einigen Punkten zu groBerer Bequemlichkeit und Genauigkeit abgeandert (Fig. 2). Die Griffe der beiden Hahne sind
groBer und hebelformig ausgebildet, und auch der Schieber
des Pumpenkolbens ist mit einer bequemen Handhabe versehen.
48*
ti92
A. Wigand.
Der Apparat kann mit einem am Pumpenstiefel befestigten
grof3en Handgriff in der ganzen Hand gehalten werden. SchlieBlich ist zur Erhohung der MeBgenawigkeit a m Auszugsrohr
oberhalb des Striches 1/50 noch eine Marke 1/100 angebraclit,
SO daB man bei groBer Kernzahl nur ljl00 AuRenluft einzulassen braucht urid die alsdann weriiger zalilreichen Triipfchen genauer zahlen kann. Zwei Kernzahler wurden in dieser
Weise von dew Institutsmechaniker S t r a u B in Halle abgekndert und haben sicli bei guter Einiibung cles Beobacliters
tlurchweg bewiihrt. Die Dichtung der liondensationskammer,
tler Haline und der Punipe bereitete allerdings gelegeiitlich
Schwierigkeiten.
Ua i m Ballon bei tiefer Temperatiir das lcichte Gefrieren
der tc'euchtigkeit im Innern des Kernzahlers die Messungen
stiirte, wurde alsdann das Instrument in der Tasche warm
gehalten und imrner nur fur die kurze Dauer einer Messungsreihe in die kalte Luft gebraclit. Die Anzahl der miiglichen
Einzelbeobachtungen war oft durch das Eintreten des (;ef'rierens beschrikkt. Auch muBtf: initunter eine Versuchsreihe
a,bgebrochen werden, sobald die Hohe des Billloiis sicli erlieblich anderte.
Die Genauigkeit der Kernzahlungen ist durch die na,turlichen raumlich- zeitlichen Schwankungen der Kernzahl beschriinkt und betrggt etwa 10-20 Proz., wenn man sie riach
den Abweichungen der Einzelwerte eirier kurz dauernden Beobaclitungsreihe vom Mittel beurteilt. I n den Tatbellen des
Abschnittes I11 sind der Kurze wegen nur die Mittelwerte
angegeben. Die Reihen enthielten in der Regel 3-5 Kinzelniessungen , die in einigen der bei den Tabellen angegeberien
fruheren Veriiff entliciiungen ausfiihrlich mitgeteilt sind.
Bei Kernzahlen uber 100000 untl unter 50 im c1n3 lafit
der Kernzahler nur eine Schatzung tler GroBenordnung zu,
d a seine Abmessungen fur die haufigsten, mittelgrokjen Werte
eingerichtet sink V e n n samtliche Beobachtungen einer Reihe
die Kernzahl 0 ergeben, wird als Mittelwert aus der Reihe
nicht 0 geschrieben, sondern ein oberer mogliclier Grenzwert,
der sicli ergibt, wenn man annimmt, daB die Kernzahl bei
einer der Beobachtungen 1 auf den mm2 der Zahlplatte ge-
Die vertikale Firteikinq der Kondensationskemle usw.
693
wesen ware, und die 1 durch die Anzahl der Einzelbeobachtungen der Reihe dividiert; z. B.
beobachtete Kernzahl auf 1 mm2 der Zahlplatte:
Einzelbeobachtungen
Mittel
0000
< 0,25.
Daraus ergibt sich fur vollstandige Fiillurig der Kamnier mit
AuBenluft (ljl) die Kernzahl in 1 cm3 AuBenluft zu < 25.
F u r die Kernzahlungen' im Ballon wurden die Luftprobeii
von au6erhalb des Korbrandes her genommen. Eine Be.
einflussung der Kernzahl durch den beim Auswerfen von Ballast.
sand aufgewirbelten Staub war nicht zu bemerken. Dies wurdf
von allen funf Beobachtern haufig festgeste1lt.l) In grij6erei
Hohen ergab sich stets die Kernzahl 0, obwohl hsufig un
mittelbar nctch reichlicher Abgabe von Bal!astsand bei fallenden
Ballon beobachtet wurde.
Mit dieser Feststellung stimmt uberein, da6 nach meineI
Versuchen im Laboratorium 2, gewohnlicher Staub jetler Ar
(nicht - hygroskopischer und elektrisch ungeladener Staub VOI
mineralischer oder organischer Herkunft) im Kernzahler nich
zur Wirkung gelangt. Es rechtfertigt sich damit die Bezeich
nung des Apparates als ,,Kernzahler", statt der friiheren Be
nennung ,,Staubzahler'l.
Auch die Kernzahlungen, die Herr H. K o p p e auf den
Olberg bei Jerusalem 1916-1917 ausfiihrte, und die er mi
mitteilte, bestatigen das Ergebnis dieser Staubversuche. RE
Ostwind, der dort als trockener Scirocco auftritt und aus de
Wiirte stark durch Staub getriibte Luftmassen mitbringt, is
die Kernzahl im cm3 nahezu 0. Bei Westwind dagegen, de
als Monsum mit hoher Feuchtigkeit vom Meere und der Stad
her weht, wurden Kernzahlen von etwa 2000 irn c1n3 fesi
gestellt.
Die Tatsache, dai3 .weder BaIIaststaub noch sonstiger Stau
verschiedenster Art sich im Kernzahler bemerkbar macht, leg
den Schlui3 nahe, da6 auch in der Atmosphare bei der Nebe
1) A. W i g a n d , Met. Zeitschr. 1913. p. 10; Beitr. z. Pnys. d. fr. Atr
5. p. 175. 1913; A. W i g a n d u. G. L u t z e , Ikitr. z. Phys. d. fr. At1
6. p. 173. 1914; G. J e n r i c h , Diss. Halle 1914. p. 2 4 ; H. R u b e s a m e i
Diss. Halle 1915. p. 17.
2) A. W i g a n d , Met. Zeitschr. 1913. p. 10.
A . Wigand.
bildung die festen Staubteilchen, sofern sie nicht-hygroskopisch
oder elektrisch ungeladen sind, keine Rolle spielen.
Dagegen bewirkt Rauch stets eine bedeutende Vermehrung
der Kondensationskerne in der Luft. Im Ballon macht sich
das, wie schon L u d e l i n g l ) fand, in den unteren Schichten
manchmal bemerkbar , wenn man uber eine raucherzeugende
Gegend fihrt und die aufsteigende Luftbewegung bis zum
Ballon hinaufreicht. I n den Tabellen des Abschnittes 111 sind
solche durch Rauch von unten gestorte Kernzahlen weggelassen
oder besonders bezeichnet.
b) M e t e o r o 1 o g is c h e G ru n d b 15 o b a c h t u n g e x i .
Zur Charakterisierung des meteorologischen Zustandes der
Atmosphare wurden neben den Kernzahlungen Beobachtungen
des Luffdruckes, der' Temperatur und Feuchtiqkeif der h f t ,
sowie der Riehtuny und Geschwind~ykeitdes Windes ausgefiihrt.
Die visuell bemerkbaren Erscheinungen der Wolken, des Dunstes
und der SonnenJtrahlung wurden wenigstens qualitativ festgestellt.
Mit besonderer Sorgfalt waren ausgepdgte Luftscliichten und
ihre Grenzen zu untersuchen.
Die Luftdruckmessung geschah mit einem Ballon-Quecksilberbarometer oder mit gepruften Ameroidba'rometern, deren
Druckangaben beziiglich der elastischeii Nachwirkung korrigiert
wurden. Die €~~}ieriberechrLun~~
erfolg,te auf Gruiitl der beobachteten Luftdrucke und Lufttemperaturen nach tler Staff elmethode.
Zu den Messungen der Temperatur und If'euchtigkeit wurden
A s s m a n n sche Aspirationspsychromete,r mit einwaiidfreier Aufhangung im Ballon verwandt. Wenn bei Temperaturen unter
Oo das feuchte Thermometer des Psychrometers mit Kis bedeckt
war, wurden zur Berechnung des herrschenden Dampfdmcks
die Werte der Spannkraft iiber Eis benutzt urid z u r Ermittelung der relativen E'euchtigkeit (bezogen auf Siittigung iiber
Wasser) durch die Maximalspannung uber Wasser fur die
Temperatur des troclcenen Thermometers dividiert. Zeigte das
f'euchte Thermometer, wie es in Eiskristallwolken mitunter beobachtet wurde, eine hohere Temperaitur an a h das trockene
1)
G. L u d e l i n g , Ill. aeronaut. Mitt. 7. Heft 10. p. 321. 1903
Die vertikale Terteilung der Kondensationskerne usw.
695
(negativt psychrometrische Differenz), so ist in bezug auf die
maximale Dampfspannung von Eis Ubersattigung anzunehmen.
Rei Temperaturen unter - 30° in groBer Hohe ist die
empirische Psychrometerformel nicht mehr anwendbar, so daB
die Differenz zwischen den Einstellungen des trockenen und
feuchten Thermometers nur quaiitativ zur Beurteilung der
Luftfeuchtigkeit verwendet werden kann.
Die Windgeschwindigkeit und -richtun9 wurde durch hlufige
Feststellung der FuBpunkte des Ballons im Gelande ermittelt.
111. Ergebnisse der Messungen.
Die nachstehenden Tabellen enthalten die Ergebnisse
der Kernzahlungen bei den 14 Bailonfahrten und eine Auswahl der zugehorigen, wichtigsten meteorologischen Grundbeobachtungen, besonders zur Charaktcrisierung der Luftschichtung.
Zur besseren Ubersicht sind die Ergebnisse in den Kurvenzeichnungenl) der Figg. 3- 14 mit einheitlichem MaBstabe (ausgenommen Fig. 9) fur Hohe, Temperatur und Feuchtigkeit
graphisch dargestellt. Der MaBstab fur die Kernzahl wurde
zweckmLBig bei den einzelnen Fahrten verschieden gewahlt.
Die Kurven fur den Abstieg oder einen zweiten Aufstieg des
Ballons sind gestrichelt gezeichnet. Wo fur die Kernzahl nur
ein oberer Grenzwert bestimmt wurde (z. B. < 25), sind die
betreffenden Punkte der Kurve eingekreist.
Die wesentlichsten Ergebnisse der einzelnen Fahrten fur
die vertikale Kernverteilung und Dunstschichtung seien kurz
hervorgehoben:
Fahrt 1. R und R gegenlaufig von 1900 bis 3000 m in Dunstsohicht, die als Riickstand von aufgeiostem Str auftritt. Kernfreiheit in zyklonalen Wolken (Ni, Str, AStr, CiStr). Kernfreiheit in wolkenfreier Luft beim Abstieg in 1200 m als
Folge des Ausregnens der Kerne durch vorher dort befindlichen Ni. Dunstgrenze in 2980 m ohne K-Maximum, unterhalb einer Isothermie bei hohem R. Ubersattigung in bezug
auf Eis in kernfreiem, diinnem AStr und CiStr in 3230 bis
5500 m.
1) Bei der Herstellung der Zeichnungen hat mich Herr H. Cu m m e
in dankenswerter Weise unterstiitzt.
696
A. Wigand.
Fahrt 1. (Fig. 3.)
d2. Nov. 1911, 7s 13 bis 3P 9.
Beobachter W.
Wetterlage eyklonal.
Literatur: A. W i g a n d u. F. S c h w a b , Physik. Zeitichr. 13. p. 677.
1912; A. W i g a n d , Beitr. z. Phyeik d. fr. Atm. 5. p. 178. 1913.
=3 =
'emp.
80
477
__
755,5
-
-
250
420
430
- 600
578
1220
533
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- )020
507,5 1230
723
638
t
__
___
,B
-
71
-
- 4,O
- 7,5
92
94
- 9,l
00
-
4830
4060
3890
480
-
36iO
345c
524
298@
255C
222c
190(
135(
120(
7(
-
578
-
645
755
-15,2
-
- 1075
- 10,o
- 8,l
- 4,5
-
Bemerkungen
-
-
98
92
95
91
95
-
< 50
- - 0,lO
< 30 - Ot20
- 0,lO
< 30 - 0,3'
-
87
< 50
< 50
< 50
-
-
94
91
--1,4
78
-5
41
-
5,4
31
1
im Str, stellenweise CuBallung, Eisnebel, Schnee
(Eisnadeln)
7 0 ' n Wolkenliicke mit Dunst
-
88
-
___
Bitterfeld) Ni,
leichter Regen Bodenm Ni, Schnee inversion
85
572
0,7
412
3780
;
R
3570 - 9,4
1320 - 13,2
L650 -14,7
- 15,4
- 16,5
L9
lg$
5450 - 18,l
5500 - 19,l
473
s
c.
O
486
441
422
408
405
380
377
-
U
Ijuft- icedruck Lohe
mm
m
h
b
__
< 50
,,
"
:: \
im Ci Str,
Eisnebel(0 *),
Schnee
(groBte Hohe)
(03,
Graupeln
wolkenfrei,iiberD unst,grenze,
@ *-%,
Isothermie
140 3
70
< 30
-
'
:.
I
I
I
Dunst-
(6400) 0 '.(8kmsiidl. Plock,
I
russ.Polen:KernzLihlungen amfolg.Tage
bei 5bd. WebtBr1age)J
Die vertikale Yerteiluny der Kondensationskerne usw.
697
Fiikrt 2. R uncl h- gegenlaufig in zwei Inversionen von
480 bis 575 m und von 1120 his 1860 m. Inversion mit KMaximum in mittlerem Teil von 480 bis 1120 m. Dunstgrenze
dor Bodendunstschicht in 480 (spater 590) m mit scharfem
K-Minimum dicht daruber, in Inversion bei kleinem H. Unterer
Inversionsteil in der Dunstschicht bis 480 m hat starkere
Temperaturzunahme nach oben als oberer Inversioristeil uber
der Dunstgrenze. Hebung der Dunstgrenze durch Erwarmung
wahrend 4'1, Stunden uber Mittag von 480 auf 590 m. Sichtmeite aus 575 m mehr a19 70 km.
8
Falwt 3. R und K gegenlaufig in Isothermie von 1100
bis 1275 m. In Bodendunstschicht K-Zunahme mit der Hohe
A. rigand.
698
Fahrt 2. (Fig. 4.)
14. Jan. 1912, 9a 53 bis 3~ 58.
Beobachter W.
Wetterlage antizyklonal.
Literatur: A. Wigand, Beitr. z. Physik d. fr. Atm. 6. p. 178. 1913.
- - -__
b
h
- --c
770
746
745
735
729
720
708
694
675
671
670
65 1
637
618
617
615
612
-
634
640
671
674
689
719
'730
771
I
60
298
310
430
480
575
t
- 13,7
- 14,2
- 15,6
- 12,l
- 8,7
- 7,l
- 5,O
- 2,s
- 2,6
700
855
1080
1120
1,s
1140
0,2
1350
0,s
155b - 2,2
1780 - 3,2
1795 - 3,s
1825 - 3,6
1860 - 2,4
1750 - 2,4
1640
1620
1580
2,s
2,l
1510
1130 - 0,2
1100
l,o
92C - 1,5
59a - 4,O
48F - 6O
,
3c
--
-
R
81
-
99
86
69
2SE 42
61
SE 50
-
26
23
41
42
40
33
31
37
Bemerkungen
CSE
88 CSE 41
50
51
42
1)
K
-
CSE
6 600
-
< 30 echarfe Dunst-
'Cu in
grenze ( l l a 0)
Ad740 Sichtweite > 70
Igsung,
km (Brocken)
0 Bl
'Inver130
sion
30
130
130
-
ioa
1
2 100
3
woIkenfrei, a9,
-
-
45
-
-
-
-
70
70
Inversion
I
(2 km 6atl.Bhf. Sage-
(3P 30)
Dunst:
horn b. Bremen)
bei groSem Temperatnrgradienten (- 1,l0 fur 100 m Anstieg)
und langsamer R-Zunahme; in Bodendunstschicht Isothermie
mit K-Maximum in mittlerem Teil von 345 bis 415 m. Vermindertes K beim Abstieg in 410 m wegen Auflockerung der
Bodendunstschicht durch Erwarmung wiihrend des Tages und
reinerer Landluft.
P d r t 4. Kernhaltige Dnnstschicht von 735 bis 2195, m
zwischen zwei Str, unterhalb einer Inversion.
~6001
,
,
,
Temperatur OC.
Seephe
I
i
Kernzahl im cm
Fahrt 3. Fig. 5.
elat.Feucht.o/o.l
Fabrt 2. Fig. 4.
I
'.
I
________.____-------
I
c-(
r- -------
8.Wigand.
700
B'ahrt 3. (Fig. 5.)
29. Mai 1912, 68 44 bis 1~ 9.
Beobachter W.
Wetterlage zyklonal.
Literatur: A. W i g a n d , Beitr. z. Physik d. fr. Atm. 5. p. 178. 1913.
___ b
h
__
749
80
739
731
727,5
725,5
722,5
719
718
713
709
708
195
285
320
345
380
415
430
485
530
540
580
830
840
865
-
683
682
680
678
. 676,5
89a
-
568
A
714
709
746
Wind
=
K '
36 500
15 000
28 500
-
I
I
Dunst180-
thermie
ichicht
Itr, z. T.
durchbrochen
8 500
5 000
-
-125
-
Z17(
318(
121(
230:
41(
48(
54(
1%
@o-l
-
12a
199c
217t
~
.
schwachdr Regen
kein Regen mehr
20 000
700
:1 000
1145
121c
L25t
127:
L31(
Bemerkungen
___
-~
I1 500 [Bitterfeld.) Ni,
905
03a
055
663,5 . o x
- ioa
659
657
652
648
647
644
592
578,5
578,5
.-__
Einzelne
CU
-
1180
975
3 375
'./
Isothermie
ioa
150
ioa
-420
10 ooc
-
gr65te Hiihe
(Amsdorf, 4,5 km
n6rdl. Polkwitz,
Kr. Glog'ciu)
Dustschicht
Bie vertikale Perteilung der Kondensationskerne usw.
701
F a h r t 4.
24.-25.
Sept. 1912, 71, 44 (Hslle 8. S.) bis 118 39 (20 km ostsiidiistlich
Busendorf, Loth.). Beobachter W. .
Wetterlsge antisyklonal.
Litereturt A. W i g s n d u. G. Lutze, Abh. d. Naturf. Ges. Halle,
N. F. Nr. 2, 1913.
-
b
735 350
727 440
716 570
703 735
6fl
652
637 1505
584 2395
574 2320
548 2710
520 3110
- 3250
4,O
4,8 95
NE
,3,3 98
2,9 100
86
78
- 1,5 64
6,l 100
NE20
7 , l 87
- 4,2 0 NE36
- 5,s 7 KNE35
-
-
-
-
-
-
,-,i}
-
I
lstellenweise Str
oa,Dunstschicht (Hohe des
Bodens etwa 300 m)
Str
1I \steIlenweise
oa,Inversion
!
griilte Hohe
Pahrt 5. Wolkenfreie Dunstschicht rnit K-Zunahme ynd
waehsender Dunststkke nach oben von 680 bis 1120 m bei
gro0em Temperaturgradienten (-0,9O fur 100 m Anstieg) und
I n durchregneter Dunstschicht in
langsamer R;Zunahme.
955 bis 1185 m wird K durch Auswaschen vermindert. In
Str und Cu nicht alle Kerne verbraucht. Dunstgrenze in
280 m rnit K-Verminderung dicht dariiber, in Inversion bei
nicbt besonders hohem R ; Dunstgrenze trennt Inversion (unten)
von Isothermie (oken).
liahrten 6 und 7. Bis 935 m Bodendunstschicht rnit zwei
Dunstgrenzen ubereinander ; zunachst bis 380 m durch Bodenerwarmung aufgezehrte Bodeninfersion mit lokal schwankendem
K infolge von aufsteigenden Luftstrbmen ; daruber starke Inversion bis nahe unterhalb der Dunstgrenze in 580 m rnit
abnehmendem
und relativem K-Maximum dicht unter der
Dunstgrenze; dariiber schwachere Inversion bis 1605 m rnit
Dunstgrenze in 935 m bei.relativ hohem R ; dariiber noch in
mittlerem Ted. der Invarsion zwei Dunatstreifan in 1250 bis
1310 m bei kleinem R ; Temperaturzunahme nach oben in
A. Wigand.
702
Fahrt 5. (Fig. 6.)
27. Okt., 1912, 7a 53 bis 1~ 44. Beobachter
W
Wetterlage syklonal.
Literatur: A. W i g a n d u. Gtr L u t z e , Abh. d. Naturf. Ges. Halle,
N. F, Nr. 2, 1913.
__
-h
b
__
- __
~
755
80
265
280
290
- 360
726,5 395
415
725
535
714
580
710
680
702
730
697
835
688
850
687
905
682
674 l0OC
666. ll0C
- l12C
- 116(
657,5 120(
481
50(
717
54(
714
88:
684
- 95:
.660 1171
738
737
736
R
Bemerkungen
33
36
34
50
80
76
70
74
80
82
79
85
85
92
-
18.01 t
;8-Xoooo
4200
-
a. S.) Starker Dunst mit teilweiser Nebelbildung, Str
Dunatgrenze m.Bildung v. Cu u. Str
Inversion u. Isothermie, Bildung
Dunstschicht
von Cu
und Str
I1
zuweilen Regen nnd Schnee
8 000
7,600
96
97
9c
9c
-
11%
9t
-
658
755
119!
8(
9t
9:
See2l)he
Kernzahl ih cm 3.
Fahrt 5. Fig. 6.
Die vertikale Perteilung der Kondensationskerne usw.
/
703
704
A. Wigand.
diesen Dunststre'ifen starker als dariiber. Oberhalb 4940 M
bis 7005 m ist K unmeBbar klein. Sichtweite aus 2945 m
mehr als 130 km.
(Fig. 7.)
F a h r t e n 6 u n d 7.
5. Jan. 1913. Fahrt 6 (Hochfahrt): 9a 46 bis 2P 50. Beobachter W.
Fahrt 7 (Tieffahrt): 10a 0 bis 3P 0. Beobachter J e n r i c h .
Wetterlage antiayklonal.
Literatur: A. W i g a n d , Meteorol. Ztschr. 1913. p. 249; G. L u t z e u:
E. E v e r l i n g , Abh. d. Naturf. Ges. Halle, N. F. Nr. 3. 1914.
=
- __
Bemerkungen
Wind
h
K
b
__ __
(Bitterfeld.) Dunst, wolkenfr.,@' i
S
50 000
80
762
s 32 Dunstschicht,
18
689 895
Dunstgrenze
29
686 935
10 850
oa,2 horizontale Dunst660 1250
streifen 2
655 1310
SSE 26
632 1605
631 1625
S 40
594 2100
Sichtweite > 130km (Brocken)
535 8945
- a00
< 130
- 300
s 54
100
505 420
- 800
40
47E 880
8 60
20 2,3O psjchr. Diff.
41? 940
- 2;20 17
41C 985
11
- lJO 7)
765
36:
11
33 1 525
079O
11
11
- 950
< 33
0.9O
31( ,980
s 57 < 25 0;go
30s 005
, griiBteHiihe
Fahrt 6, wolkenfrei. Himmel
weiEblau,,aB
- 640
1550 grSBte H6he
45
Fahrt 7, @ a
1450 Dunstgrenze
71( 580
- 57a
3 140
in Boden-,
850
53a
SSW 50
72'
- 50C
inversion und
97:
1095
721 47E
Dunstschicht
43(
1421
48
72'
42(
3
87E
731
S 65 12 26C
38(
73
- 30(
SSE 39
7 80C
5(
SSW 40 10 OO( (Fahrt 6: 15 km iistl. Giigtrow,
76
Mecklbg.)
3(
SSE 39 20 85( (Fahrt 7: 3 km nordiistl. Bhf.
761
Neubrandenburg)
--
~~
;sw
1
..
;;
ssw
ssw
;;
$
749
635,5
-
660
655
670,5
684
676
757,5
b
-276
530
750
910
loo0
1070
1200
1260
1450
1500
2000
180
86
-
- 2,4
-
71
50
48
63
56
53
60
R
- 5,9
- 2,6
- 3,2
--8,9
- 0,s
- l,?
798
-__
t
85
I
-.__
I(
--
j
I
s
W
NW
w
ENE
ENE
-
NE
Wind
l
1
I
'.
-
-
K
boo 6000 10000 15000 20000
Fabrt 8. Fig. 8.
zmrTemperatur OC. rel.Feucht.o/o Kernzahl iin cm
Seehbhe
Fahrt 8. (Fig. 8.)
I
__
_ _ -~
.30000
40000
gr6Bte Htrhe
(Fienetedt bei Halle a. S.)
Dunst-
Bemerkungen
16.-16. April 1913, 5P 53 bis 12a 04. Beobachter W. Wetterlage antizyklonal:
Literatur: G. Lutze u. E. Everling,
-. Abh. d. Naturf. Gee. Halle, N. F. Nr. 3. 1914.
60000
A. Wigand.
706
Fahrt 9. (Fig. 9.)
14. Mei 1913, 7a 28 bis 41,26. Beobachter Lutze.,
Wetterlage antieyklonal.
Literatur: A. w i g a n d u. G. Lutze, Beitr. z. Physik d. fr. Atm. 6.
p. 173. 1914.
__
b
~~
~~
4
__ ____
768,O
10,3
80
5,6
- 0,2
- 3,O
- 2,9
- 3,3
- 4,4
-8,O
- :::i
- 1050 460,5 L120 - 10,o
427,5 L710 - 13,4
- L760 - il00 386,O i490 - 18,5
366,5 is95 - 20,9
450
670,O 000
651,5 360
576,O 350
544,O 800
539,O 880
523,5 115
R18,5 190
560
492,5
725,O
- 27,a
- 36,O
- 44,t
230,(
228,(
222,(
221,t
3730
9000
9165
4245
3400
4425
290,(
7605
-
286.( 7700
2254 9290
222,! 9390
-
Bemerkungen
:Bitterfeld.) Dunst, Ci,
CiStr
1. Dunstgrenze
2. Dunstgrenze
!
1
329,5 i665
283,5 1740
- $300
284,6 3495
247,(
-
80
+ 0,3O psychr.
-
- 40,s
- 0,3O psyehr. Diff., ebersattipg
- O,lo dwgl.
-
-- 448,;8,(
- 0,2O desgl.
- 0,9O desgl.
- 49,f
L
- 35,(
-- 354
50,1
- 51;
18,!
Diff.
~
Gr66te H8he. Himmel
wei6blau
- 0,4O psychr.
Diff., tfbersiittigung
- 0,3O desgl.
- 0,4O psychr.
Diff., fSber.
sstt., tiefste Temp
(2 km sudl. Saxdorf, Pmv.
Sacheen)
Uie vertihale Perteilung der Konhationsherne usw.
107
Fuhrt 9. Bodendunstschicht mit drei Dnnstgrenzen iibereinander; oberste Grenze in 2800 m in unterer Grenze einer
Isothermie bei kleinem R; dartiber kleines K. Oberhalb 5100
bis 9000 m ist K unmel3bar klein, 2;. T. im CiStr. Ubersiittigung in bezug auf EXs in kernfreiem, diinnem CiStr in 7605
bis 9400 m.
49 *
7 08
A. Wigand.
Fahrt 30. (Fig. 10.)
25. Mai 1913, 88 21 bia 4P 56. Beobachter W. Wetterlage antizyklond
Literatnr: W.Kolhijrater, A. W i g e n d u. K. Stoye, Abh. d. Naturf.Oes. €Idle, N. F. Nr. 4. 1914.
766,3
-
145,5
739,7
188,8
735,s
732,5
-
-
709,2
701,O
681,5
-
-
/
650,3
-
627,5
617,l
-
80
265
315
375
395
420
450
450
550
685
750
840
1060
LO85
1130
1395
1445
1515
162C
17%
177(
181(
187(
202(
2091
595,3 216(
593,O 2181
220!
- 2271
584,s 2291
577,O 241(
575,O 244(
571,O 249!
566,s 256(
562,O 2621
546,O 285(
294(
526,O 316!
3194
499,5 359!
487,O 3751
3841
480,5 387
3961
'473,s 4001
471,5 4021
469,f 405
414
715,( 55
-
-
-
-
-
TW
-
HW18
I 1
Bemerkungen
.
__
31 000 (Bitterfeld.) Str in Aufiiis.,
4o ooo
schwacher Dunat, 0
46000
~
!
1 [o
Inversion
0
-i
1000
3 000
~
I000 '
3 000
-
'
Iaothermie
- i
4000
B 600
1100
1
~501
900
480
-
550
420
-
\
seliarfe Dunstgrenze mit
StrCu-Bildung, 0 %
Isothermie
100
33
33
-
42 horizontaler D unatstreifen
240
-
1'15
75
1 Iaothermie
-
i75
-
150
225
240
225
-75
119
-
-188
-
1 Inversion
gr6Ste H6he, @ *
(Kneechits b. Bchltteuhoven, S6hm.)
ci
0
7 10
A. Wigand.
Fahrt 10. In Bodendunstschicht K-Zunahme nach oben
bis 375 m bei groBem Temperaturgradienten (- 1,2O fiir 100 m
Anstieg) und langsamer R-Zunahme; dariiber bei relativ kleinem
R in starker Inversion von geringer MAchtigkeit (Sperrschicht)
in 395 m K-Maximum. R und K gegenlau% von 315 his
450 m in Inversion, von 2160 bis 3190 m und von 3595 bis
Fahrt 11. (Fig. 11.)
12. Juli 1913, 8s 41 bie 2~ 50. Beobachter W.
_
I
6
__
756
734
726
723
720
678
-
620
619
592
585
518
-
533
526
505
503
481
-
Wetterlw ant+ :lonal.
_- - L
h
R
t
~
80
330
410
450
480
970
1000
1685
1700
2060
2200
2280
2400
2900
3020
3350
8880
3600
3720
4400
497a
413
404 m a
394 54oa
701 7oa
14,7
. 13,2
12,2
12,3
12,l
8,s
-
522
47
31
-
812
50
55
113
--
-
5,2
-
-
75
78
78
78
'18
84
-
4,2
33
3,O
3,4
-
90
91
90
-
1oa
-
- 10,6
- 12,z
91
75
69
--5,4
- 12,a loo
+ 16,O
~
K
Bemerkungen
___
.--.
~
~
16 650 (Bitterfeld.)
-
I5 000
10 000
-
A h , 0%)
] Isothermie
Dunstschicht
oo
8 000
4 000
900
600
240
275
200
-
Str (Eiakristalle
und Schnee-
I
flocken),
c3O-I
Inversion
55
< 25
} Inversion )AS*,
A h , 0'
she H6he, al-%,CiStr
orf Dreihacken, 6 km west5siidwestl.
Bhf. Marienbad,
B6bm0ll)
4050 m in Schichten mit wechselndem kleinen Temperaturgradienten. GFrenze der Bodendunstschicht in 1720 m in unterer
Isothermiegrenze bei hohem, nach oben abnehmendem R nnd
kleinem K ohne Maximum. Dunststreifen in 2205 m unter
einer Isothermie mit kleinem K ohne Maximum; dthl.iiber schnell
abnehmendes R und zunehmendes K.
Fahrt 11. In Bodendunstschicht K-Zunahme nach oben,
bis 410 m bei groSem Temperaturgradienten (-0,8O Air 100 m
10 8 6
4-2
0+2 4
Jsothermie -P
nstschicht
In $enton
6 8 10 I? 14 16
Teniperatur ' C .
20 40 go 80 1w
31. F~?uc
h to/<
Kernzahl im c m
'.
8.Wigand.
712
Fahrt 12. (Fig. 12.)
27. Juli 1918, 68 01 bie 12~45. Beobachter Jenrich.
Wetterlsge antizyklonal.
Literatur: G. Jenrich, Diss. Halle, 1914.
--
6
___
-
760
R
__ c _
80 13,2 85 ENE 16
I 28000
~
-
~
-
-
.
(Bitteifeld.) AStr in
Auflk, Str-Cu, @ O \
I
Dunetschicht
mit strBildung,
0'
- l(84 000) K lok. gestiirt d. Bauoh
185
Inversion
6 600
739 310
738 320 15,4 14
E 10
730 410 16,9 68
712 600 18,8 58
3200 0 9
70.4 695 16,4 61
696 785 16,2 61
11 000
693 820 15,6 62 ENE 6
Isothermie, @
689 865 15,6 61 ENE 8,5
11 200
900
675 LO30 13,8 66 ENE 12
- LO50 - 9 200
Cu-Ni-Bildung
669 1100 13,6 67 ESE 12
665 1150 12,9 61
- 1490
6 800
- gr6Ste H6he, a2
- 1690
84
636
(44000' Kemahl lokal geetart d. b u c h
4E
NE 9
19 000 l(0 km wed. von Querfurt)
742
Seeh6he
m
Ternperatur OC. rl.Faurhtjb/ Kernzahl irn crn *.
- I
-
-
-
-
-
-
J
}
-
- -
-
-
-
1
Fshrt 12. Fig. 12.
Anstieg) und sehr geringer R-Zunahme, dariiber bei relativ
kleinem R in Isothermie von geringer Miichtigk$t (Sperrschicht)
in 450 m K-Maximum. R und 6: gegenlidg von 2060 bis
4400 m bei stark wechselndem Temperaturgradienten. Kernb i h e i t im AStr in 4400 m. Ubersiittignng in bezug auf EX8
im kernfreien, diinnen AStr und ACu in 3720 bis 4970 m.
Dunstgrenze in 1685 m mit geringem Kohne Maximum: dicht
dwber RAbnahme.
7 13
Uie uertihale T'erteiluny der Kodensationskerne usw.
Pahrt 12. Bodendunstschicht anfangs ale Bodeninversion
bis 600 m, spliter infolge Bodenerwiirmung als Schicht mit
groBem Temperaturgradienten und lokalen K-Schwankungen.
Dariiber K-Zunahme nach oben mit Maximum in fiacher Isothermie in 820 bis 900 m (Sperrschicht) bei nahezu konstantem
R. Von 900 bis 1490 m R und K gegedaufig. Lebhafte
aufsteigende Luftbewegung, CnNi-Bildung.
F a h r t 13. (Fig. 13.)
11.-12.
Juli 1914, l l 56
~ bis 8a 16. Beobachter Oberliin der.
=t
~____
760
R
Wetterlage autizyklonal.
=
Bemerkungen
K
-
.__-
80
20,2 77
30 000
205
- 205
- 205
147 230
744 310
666 1205
20,6 72
15 000
20 000
749
-
19,2 81
18,4 85
14,8 89
587 2240
523 3200
486 3790
481 3870
- 3870
479 3900
- s900
475 3970
473 4000
-
7w
4
ooa
-
1250
150C
- -
1 a5c
174 77
-50(
77
--2,5 74
--2,6 79
- 2,9 74
- 4,O 81
- 4,4
- 5,3
-
1
~n-
sion
'
Dunstschicht
-
8,O 92
797 92
- 196
(Bitterfeld.)DIinner Str,
,
eineelne ~ u Dunst
-
.25C
15(
5(
<M
__
-...
_-
90
-
--
20,6 80
-
-
i
J
shllenweise Str, Cn;
stabile Schicht
31-3
(am Horieont)
I
1
stabile Schicht
CuNi-Kiipfe d t Kappenbildung, al-$
gr6Ste Hohe, @*, Zenit wolkenfrei, wei6blau
(Bretleben am Hgffhlnser)
Fahrt 13. In Bodeninversion und Dunetschioht bis 205 m
ieitliche K-Abnahme in gleicher H6he mit zunehmender En&
fernnng vom Rauchzentrum Bitterfeld. In 3900 m K unmeSbar
klein in E6he von CnNi-Kiipfen.
-
m
Seehohe
\
',
\
Temperatur c C
,elat.Feucht.o/,
Kernzahl im cm
Die vertikale Verteilung der Kondensationskerne urn.
715
F a h r t 14. (Fig. 14.)
10. Mai 1918, @ 33 bie 2P55.
Beobschter Kiihler.
Wetterlage syklonal.
-b
__
757,5
-
-
-
741
736
729
728
719
700
689
674
657
638
621
615
610
593
587
565
-
741
755
IR
h
__
30
100
180
180
180
180
180
215
270
350
360
465
690
820
995
1210
L450
1670
L750
1815
2016
2120
2425
1400
500
130
Wind
K
11,3 73
200 000
- -
> 100000
11,s 57
-
-
11,2 67
10,7 64
11,s 57
- 12,5 53
- -
-
12,2
12,o 59
10,6 51
- 4a
51
56
1,s 68
1,s 75
1,2 61
0,4 sa
47
8,2
6,2
4,7
-- --3,7 --
30
=
- -
12,s 61
12,s 8a
Bemerknngen
___
._.
(Reinickendorf.)
A h , CiCn
> 200000
> 100 000
120 000
80 000
70 OOO
65 000
125 000
43 000
30 000
Inversion
Dunst,schic ht
-
32 000
20 000
12 200
17 000
19 000
Str
Schnee)
5000
9 000 griiste HWe, oo
15 000
50 OOO
Dnnstrchicht
42 000
-
Seehahe
m
P'ahrt 14. Fig. 14.
(Wismar)
716
8. W&jQ?ld.
Pirhi-t i4. I n Bodeninversion und Dunstschicht f\ -Znnahme uach oben mit Maximum in 180 m bei kleinem It.
Zeitliche K-Abnahme in I80 m rnit zuuehmendsr Etfernwg
von: Rauchzentrum Berlin. Beim Abstieg in Bodeudunstschicht
bei 130 m Verringerung von R durch reinere Seeluft mfolge
verhderter Windricbtung. I n Str oberbalb 1670 m sind nicht
alle Kerne zur Kondensation verbrnucht, wobei A’ nieist uute:,
Sattigung bteibt. Reiativ groBes K in den oberen Schichteii
t e i zyklonalcm Wetter.
f V. Die GIesetzrniiBigkeiten der vertikalen IhrnverteilnnE
and ibre Erklirung.
a) Y i t t 1e r e v er t i k a 1e
H.e r nv c r t eil u 11 g.
Es ist zu erwarten, daB hei ~$flchdruckwetterdie Gesetzmgbigkeiten der vertikalen HernverteiIang einfaciier sind d s
bei Tiefdruckwetter uad besanders deutiich herrnrtrsten, wegen
der im allgemeinen ruhigen, abateigendeu Luft,bewegung, untl
weil sich im Hocli die Luftschichtung ungestdrter sls iiri ‘Fief
aushilden kann.
Ton den 14 Freiballonfahrten fanden 10 bei Hoctidrudiwetter statt. wenn wir versucheri, a U B den Beobachtungen
dieser 10 Fahrten erstmalig eine mittlere vertikale Kemverteilung abzuleiten, so kana eich dabei nur eine rohe Aniiaherung an die Wirklichkeit ergebeu, dn fiir zuverlassige
Xittelbildung weit mehr Einzeherte verfugbar sein iniisten.
Fiir antizyklonales Wetter Iiegen 119 Versuchsreihen iiiit.
zusammen etwa 500 einzelaen Kernziihlungen his 9000 m
Hobe vor, und zwar an 9, iiber alle Jahreseeiten verteilten
Tagen. Die Beobachtungen sind fur die upteren Schiahteo
geh‘iuft und nehmen nach vben an Zahl ah.
Nachstehende Tabelle und Fjg. 15 zeigen das Ergebnis
cler Mittehng. Vie Beobachtungen wurden in geeignet abgeteilten Stufen zusammengefai3t und, wie aus der Figur zu
ereeben ist, graphisch ausgegiichen, unter Annahme einer logs.rithnrischen Abnahme der Kernzahl nacb oben.
Die in der k’igur eingekrei8teu Punkte sind extrapoiiert.
Fiir die Eiohen iiber 5000 m ist, da die Leistungsfahigkeit
ales Kernzsihlers fur so kleine Kernzahlen nicht mehr au0reicht
Die vertik,ale F’erteiluny der Kondensationskerne wsw. 7 17
Hohenetufe
7500 bis 9500 m
5500
4500
3500
2500
2000
1500
1000
800
600
400
300
0
,) 7500
), 5500
),
ll
7l
7)
il
,)
),
I1
4500
3500
2500
2000
1500
1000
800
600
400
200
1l
7,
,)
l,
,)
,,
,)
,,
m i t t l e r e H o h e Kernzahl i m em*
8500 m
< 33 (GroBenordnung 5)
< 30
6500 ,;
5000 l l
4000 ,)
3000 l l
2250 ,)
1750
1250 ,,
,)
1)
900
11
700
11
500
300
100
77
(
I.
40)
54
107
201
450
878
3 190
6 490
10 690
13 040
20 560
44 310
ll
:l
:7
h
IogK-
I,O
2.0
4.0
5.0
Mitttere vertikale Kernverteilung bei Hoehdruckwetter.
Fig. 15.
nur eine Schatzung der GroBenordnung mSglich, wobei die
Extrapolation Werte ergibt, die mit den oberen Grenzwerten
der Beobachtungen im Einklang sind.
Wdnn in geringeren Hohen solche oberen Grenzwerte in
den Beobachtungen vorlagen, wurde zum Zwecke der Mittelbildung die nachst kleinere Zehnerpotenz .als wirkliche Kernzahl angenommen und verwertet; z. B. 100 an Stelle von < 150.
718
A. Wigand.
Es ergeben sich in der Kurve deutlich zwei Knicke, entsprechend drei getrenntm Hauptstufen mit Kernzahlen von verschiedener GrOSenordnung nnd 'mit verschiedenartiger vertikaler
Kernverteilung. In jeder hijheren der drei Hauptstufen ist
nicht nur die Kernzahl, sondern auch die Abnahme der Kernzahl nach oben geringer als in der tieferen Hauptstufe. In
allen 3 Stufen iindert sich die Kernzahl mit der Hijhe ahnlich
wie die Luftdichte. Es gilt niimlich das Gesetz, da6 die relative
Abnahme der Kernzahl Z l proportional ist der Zunahme der
H6he h ; oder K nimmt logarithmisch mit zunehmender Hohe Ii
ab. In jeder Hauptstufe hat jedoch der Proportionalitktsfakkor
dK
einen anderen Wert. d h = - h __
,
K
h,-hh,=R(lnlZ;-ln$)=xOg$
-1gq).
In bedentet den natiirlichen , lg den Briggiechen Logarithmus.
hl - h1 ist die Hiihenstufe fiir Abnahme
Der Faktor x = Ig &
- lg x*
von K auf l/lo.
Unter Zugrundelegung des graphischen Ansgleichs haben
die Konstanten k nnd x in den 3 Hauptstufen folgende Wlsrte:
Hauptstufe
I11
11
I
I
!
'
HGhe h
Kernzahl h'
5000
54
3000
200
1750
800
loo
45 000
k (log nnt.)
1550
x (log
Brigg.)
3520 m
902
2080
410
943
))
,,
Die. allgemeine Abnahm der BernzahZ nach oben hat folgende Ursachen:
1. Da die Kerne schwerer sind als die umgebende Luft,
sinken sie, wenn auch langsam wegen der geringen Groae,
und miiseen daher unten zahlreicher sein als oben.
2. Die Kerne fallen in dichterer Luft langsamer ale in
diinnerer. Daher verzogert sich 'ihr Fall, je weiter sie nach
nnten kommen, so da6 sich die unteren Schichten mit Kernen
anreichern miissen.
Die vertikale P-erteiluy der Kon~I~nsationskerre
U.W.
7 19
3. Die meisten Kerne (Rauch, groBe Ionen) stammen vom
Erdboden oder werden in den unteren Luftschichten erzeugt
und nur durch aufsteigende Luftstrome gehoben, wobei aie
selten hoch hinauf gelangen. Die Zahl der in groBerer Hohe
erzeugten Kerne ist verhaltnismaBig gering.
Die drei Hauptstufen der vertikalen Kernverteilung kommen
dadurch zustande, da6 die am Boden und in den untereu
Schichten beginnende aufsteigende Luftbewegung verschieden
hoch hinaufreicht, je nach ihrer Intensitat und nach Ma6gabe
der jeweils vorhandenen Sperrschichten, die sie zu durchbrechen hat.
I n der untersten Hauptstufe bis 1750 m, die in der Regel
als Bodendunstschicht ausgebildet ist, spielt sich die hiiufige
Vertikalbewegung der untersten Luftschichten ab, die aus der
taglichen Qwarmung des Bodens ihre Energie nimmt und in
der Str-Bildung nach oben zum AbschluB gelangt. In der
mittleren Stufe bis 3000 m findet die weniger haufige, kraftigere aufsteigende Luftbewegung statt, die zur Bildung der
hiiheren Cu fuhrt. Die oberste Stufe uber 3000 m erhalt
seltener aufsteigende Luft von den untersten Schichten her,
niimlich nur dam, wenn die Bewegung so kraftig ist, da6 sie
zur Bildung von CuNi fuhrt.
Hierzu ist zu erwiihnen, daB nach den Beobachtungen
von S ur i ng' ) iiber das Verhalten der neutralen Punkte der
Himmelspolarisation kurz nach Sonnennntergang auf 3 markante
Uunstyrenzen in 1, 4 und 11 km Hohe zu schlie6en ist, deren
Entstehung ebenfalls auf das verschieden hohe Hinaufreichen
der Vertikalbewegung zuriickgefuhrt wird. Beim Vergleich
dieser Dunststufen mit den Hauptkernstufen mu6 man aber
henchten, da6 der Kerngehalt der Luft nicht notwendig mit
der als ,,Dunst" bezeichneten optischen Triibung der Luft
parallel geht. Denn zunachst hangt die optische Wirkung
der Kerne von ihrer GroBe und damit von der Luftfeuchtigkeit ab, was im folgenden Abschnitt (IV b) naher besprochen
wird. Und sodann gibt es atmospharische Trubungen, die auf
-.____
1) R. Siiring, Erg. d. met. Beob, Yotsdam i. J. 1910. p. X
W. J. H u m p h r e y s , Bull. Mt. Weather Obs. 4. 397. 1912.
720
A. W?yuyartrl.
anderen Elementen als den Kondensationskernen beruheu,
hieriiber Naheres im Abschnitte IV c.
Mit Beachtung dieser Untersclieidung zwischen optischer
Triihung und Kernzahl wird es vielleicht moglich sein, die
vorstehenden Zrgebnisse fiir die mitt1ere vertikale Kernverteilung
bei Hochdruckwetter ZUI Reduktion der Sonnenstrahlung und
der Sternhelligkeit auf Zenith zu verweoden und fur die Bestimmung des Transmissions- und ~~,rinktioizskoeffitiel2ten
nutzbar
zu machen.
Mit der Abgrenzung der Hauptkernstufen stimmt iiberein
die mittlere Hohenlage von haufigen, durcb die vertikale Temperaturverteilnng bedingten Sperrschic fiten und Wrolkenstuf'en.
Die Anzahl der WWkenelemente im cm3 ist in den unteren
Wolkeu von derselben OroBenordnung wie die Kernzahl in
wolkenfreier Luft derselben Hohe. A. W e g e n e r l) berechnet
aus dem Wassergehalt der Wolken fur eine mittlere Tropfencm in den unteren Wolken (bis etwa
gro6e vom Radius
3000 m) die Anzahl der Tropfen im cm3 zu 200 bis 500,
wiihrend auch die Kernzahl in diesen Eohen einige 100 im
cm3 betriigt. In der Luftschicht uber dem Erdboden hat die
Kernzahl dagegen Werte, die j e nach der durch die Wetterlage und den Charakter des Orts bedingten Reinheit der Luft
zwischen einigen Tausend und mehreren Hunderttausend
schwanken. Die Zahl der Tropfchen in dichtem Bodennebel
scheint ebenfalls erheblich grijBer zu sein als im Str und Cu
von 1000 bis 3000 m Hohe.
Fur die mittlere (Alto-) und obere (Cirrus-)Wolkenetage
gilt offenbar die gleiche Beziehung zwischen der Zahl der
Wolkenelemente und der Kernzahl. Diese ist im Alto-Niveau
(3000 bis 5000 m) 200 bis 50, fiir die Hohe der tieferen Ci
(im Mittel 6500 m) von der GrGBenordnung 20 und fur die
Hohe der oberen Ci (im Mittel 8500 m) von der GroBenordnung 5 im cm3. Nach dem visuellen Eindruck der Wolkendichte zu urteilen, kann die Anzahl der Elemente der Ci gut
100 ma1 so klein sein wie bei den unteren Wolken. Wir beobachteten wiederholt bei Hochfahrten die geringe Dichtigkeit
1) A. Wegener, Thermodynamik der Atmosphare, Leipxig 1911.
'p. 263.
Die vertihale Perteiluvq der
Kondemationsherne
zcsic.
72 t
der Ci-Wolkea. Der Ci.Sch\eier, der den Bailon umgibt, ist
so diinn, daB er, wenn nicht untere, dichtere Wolken vorhanden siiid, die Landschaft deutlich erkennen l a B t und klic
Yonne hochstens auf 0’
verhuIh.
Trotz der geringen, mit dem Kernzahler gemesscueii Zald vc1u
20 bis 5 Kernen irn em3 ftir die Hohe der Ci entsteht dort
iu der ausgcatrneten Luft sofort eiue kriiftige Kondensation
zu dichtem, weiBem, ans Triipfchen bestehendem Dampf, deisen
Tropfchenzahl ,nach dem Vergleich mit tiefen Wolken und
Kt?bel auf miudestens einige 100 im cm3 geschiatzt werden
mu6. Wir haben mehrfach, auch iiber 9000 III Hohe, auf das
Aussehen der ausgeatmeten Luft geacbtet, i d e m s i r die Atmnngsmaske kurze Zeit abnahmen. Diese Beobachtung scheint
sich mit den KernzahIungen and der beobachtetea Wolkendichte irn Ci-Niveau nicht im Eixiklang zu befinden; sie erklHrt sich jedoch sofort, wenn man bedenkt, da8 die mit
V‘aserdampf gesattigte, warme Busatrnungsluft enarm iibersittigt wird, wenn sie sich n i t der kalten AuBenluft von -30
his SOa rniecht ~.,D~blDpfstrabIphanornen’‘).
Bei einer so starken,
sch&tznugsweise 500 fachen Ubersattigung miissen nicht nur
die gewohnkhen, im Kernzahler und bei deT normalen Wolkenbilduhg wirksamen Eerne, sondern auch die ,,RleinenCrLufiiolleit,
die auch in den gro6en Hohen zahlreich vorhanden sind,
koudensierend wirken. Eine Kernwirkung dieeer Ionen, deren
Beweglichkeit bei Atmospharendruck im Felde 1 Volt/clu von
der GrbBeuordnung 1 cmlsek. ist, findet nur dann statt, wenn
die rnit Wasserdampf gesattigte Luft auf mehr als drts 1,25fsche
des hufangsvoiumens adiabatisch expandiert wird, U D kommt
~
fur den Kernzahler nicht in Frago, da man hiar die Expailsion
1 :1,20 nicht iibetschreibt. Aucb in der Atmosph’are i& bei
den gewohnlichen Kondensationsvorgaingen die Beteiligung
dieser kleinen Ianen nicht anzunehmen, da es nicht wahrscheinlich iut, daB die dazu erforderlichen 4-5fachen ubersattigungen auftreten. Nur fur die stiirmischen Oleiehgewichtsstirungen bei Gewitteru nimmt die W i l s o n - Gerdiensche
Hypothese auch die kleinen Ionen a16 Kondensationskerne in
bI3i3pruch.
Die Kernziiblungen bei l’iefdruchwettei- (Fahrten 1, 3 , 5,
.
14) zeigen in zweierlei IIinsicht tgpische Abweichungen von
-
-
. ~ ~ ? l a l eder
o P h y a k IV. Folga. 69.
50
722
A . Wigand.
der mittleren vertikalen Kernverteilung bei Hochdruckwetter:
Entweder ist infolge starker Bildung von Wolken und Niederschlagen die Atmosphare verhaltnismafiig kernarm (Fahrt 1I,
da die Kerne bei der Kondensation zu den Wolkenelcmenten
verbraucht und durch Niederschlage ausgewaschen werden.
Oder man trifft in hoheren Schichten, auch trotz M‘olkcnbildung,
uerhaltizisma,Oig grope Kernmengen an (Fahrt 14), da die Kerne
aus der Luftschicht am Boden bei Tiefdruclrwetter durch die
stkkere und aufsteigende Luftbeweguug in groBerer Menge
und hiiher hinauf weggefuhrt werdeii d s bei Hochdruckwetter.
Daher ist aucE allgemein die Kernzahl am Hoden im Tief geringer als i m Hoch. Wenn also nicht etwa durch Kondensation oder Niederschlage die iiberwiegende Menge der Kerne
weggeschatft wird, so nimmt bei Tiefdruckwetter die Kernzahl
nach oben langsamer ab als bei Haclidruckwetter. so dafi die
Zyklone in den loheren Schichten mehr, in der uritersten Lnftschicht weniger Kerne enthalt als die Antizylilone.
Zur Vervollstandigung seien die Kernzahlungen einiger
auderer Beobachter bei Freiballonfahrten erwahnt. Die Ergebnivse stehen, soweit eine planmaBige Verfolgung der Kernzah!
in verschiedenen Luftschichten dabei gelungen ist, in Ubereinstimmung mit den hier mitgeteilten Messungen. Es ist
friiher festgestellt worden, daB die Kernzahl im allgemeinen
wit zunehmender Hohe, besonders iibcr Wolken und DunstgrenLen abnimmt.
Uei zyklonalem Wetter fand Liideling’) auf zwei Ballonfahrten, daB i n wolkenfreier Luft bei 3500 1x1 weniger als 400,
bei 4700 und 5150 m weniger als YO0 Kerne im cm3 vorhanden waren, und daB die Kernz,ahl Eiber einer Stadt oder
eiiiem gro6eren Bahnhof bei aufsteigendem Luftstrom lokal
erhoht wurde.
I n wolkenfreier Luft erhielt Li n k a z, eine Abnahme der
Kernzahl yon 100000 am Erdboden auf 400 im cm3 in 5000 m
Hijhe. Bei einer anderen Fahrt wurden von L i n k e dicht
l j G . L i i d e l i n g , Ill. aeronaut. Mitt. 7. p. 321. 1903.
2) F. L i n k e , Luftelektrische Messungen bei 12 Ballonfalrten.
Berlin 1904; Abh. d. Kgl. Ges. d. Wiss. zu Gottingen, Math.-Phys. KI. 111,
Nr. 5. 190%.p. 86.
U i e vertikale T'erteilung der Kondensationskerne ustu.
723
iiber einer bis 2000 m Hohe reichenden Dunstschicht weniger
a19 100 Kerne im cm3 gefunden.
Auf einer Ballonfahrt bei antizyklonalem Wetter stellte
Wendt') von 2100 bis 4200 m Hahe eine Abnahme der Kernzahl von 1700 bis 250 im cm3 fest. Eine Abnahme der Kernzahl mit zunehmender Hohe geht auch aus den Messungen
hervor, die Herr H. R o t z o l l bei zwei Ballonfahrten ausfiihrte,
und deren Ergebnisse er mir mitgeteilt hat.
b) V e r t i k a l e K e r n v e r t e i l u n g in einer e i n h e i t l i c h e n
L uftsch i c h t.
Die wirkliche vertikale Kernverteilung im Einzelfalle
\I-eicht von der mittleren Verteilung oft erheblich ab, da die
durch den vertikalen Verlauf von Temperatur und Feuchtigkeit
bedingte Schichtung der Atmosphare auch in der Kernzahl
zum Ausdruck kommt.
Bei ausgepragter Luftschichtung nimmt die Kernzahl keineswegs immer mit zunehrnender Hohe ab, sondern haufig auch
zu, so daB die Zustandskurve der Kernzahlen mehrere Maxima
und Minima in verschiedenen Hahen aufweist. Kernreichere
Schichten sind zuweilen iiber kernarmeren gelagert. Und
innerhalb einer einheitlichen wolkenfreien Schicht, z. B. der
Luftschicht unmittelbar uber dem Erdbodeu oder auch einer
abgetrennten hijher gelegenen, befindet sich das Maximum der
Kernzahl mitunter nicht an der unteren Grenze, sondern in
einem oberen Teile der Schicht. Unter ,,einheitlicher" Schicht
sei eine solche verstanden, in der sich Temperatur und Feuchtigkeit oder nur eine von beiden mit der Hahe so andern, da6
der Gradient konstant ist, z. B. Inversion, Isothermie, adiabatische Schicht.
Diese Kernverteilung von Schicht zu Schicht und innerhalh einer einheitlichen Schicht ist durch die wechselnde Fallgeschwindigkeit der Kerne zu erklaren und wird durch die folgenden Faktoren bewirkt : 1. Luftfeuchtigkeit, 2. Bildung oder
Auflosung von Wolken, 3. Luftdichte (Temperatur und Druck),
4. vertikale Luftbewegnng.
1) Ergebnisse d. Arbeiten d. Kgl. PreuB. Aeronaut. Obs. Lindenberg 6. p. 234. 1911.
50 *
724
A. W<qarzd.
1, Lufifevchtigkeit. A h wichtigeter Faktor iat zunachst
clie Luftfeuchtigkeit zu behandeln, deren Bezieliung zur Kernzahl so auffallend ist, daB man auf einen naheii urs&chlichen
Zusammenhang zwischen heidon schlieBen muB. Oberhalb der
untcrsten Luftschicht, in der die Rernzahl gems8 der allgenieinen vertikalen Verteilung schiiell nach oben abnimmt.
siiid die Kurven der relativen Peucht<ykeit u7id der Kernzahl o f t
gegenlaufiy, so daB groBer Kernzahl geringe Peuchtigkeit in
derselben Hohe entspricht und nmgekehrt ; Beispiele: Fahrt i
in 1900 bis 3000 m; Fahrt 2 in 480 his 575 M und in 1120
bis 1860 m; Fahrt 3 in 1100 bis 1275 m; Fahrt 10 in 315
bis 450 m, in 21 60 bis 3190 m und in 3595 bis 4050 m ; ??dirt 1 I
in -2060 bis 4400 in; Fahrt 22 in 900 bis 1g90 ID.
Vom Boden aus hat bereits Aitkenl) bemerkt, da3 fur
deu gleichen Triihungsgrad der Luft bei groBer Feuciitigkeit
weniger Kerne vorhanden sind als bei geringerer.
Die Erklarung fur diese Tatsachen ist in der hygmskopischen h’Qensehaft der Kerne zu s uchen. Manche Kernarten,
und zwar gerade die verbreitetsten, namlicli die chemischhygroskopisclien Tropfchen (Verbrennungsprodukte wid photocliemisch sosvie dnrch elektrische Eutladungen erzeugte Kernel
besitzen die Fahigkeit, wenn die Luftfeuchtigkeit wachst, bereits aus ungesattigter Luft W asserdampf anzuziehen, auf sich
zu kondensieren uud dadurch zu wachsen. Lhnlich vcrhalteu
sich auch die groBen (Langevin-) Ionen, deren Kernwirkung in
der Atmospbare sehr in Betracht kommt.2) Nach Pollock3)
veraindert sich die Bewegliclikeit dieser Ionen sowie auch der
Ioneu einer kleineren GroBenklasse (Zwischenionen) in ungesattigter Luft bei zunehmender Feuchtigkeit, so daB sich auf eine
gesetzma0ige Beziehung zwischen IonengroSe und Feuchtigkeit
schlieBen lafit.
1) J. A i t k e n , Transact. Roy. Soc. Eldinburgh57. TI1. p. 621. 1894:
Met. Ztschr. 1894. p. 348.
2) A. G o c k e 1 , Luftelektr. Beobachtungen, Neue Denkschr. d .
Schweiz. Naturf. Ges. 64. Abh. 1. p. 22-28. 1917.
3) J. A. P o l l o c k , Le Radium 6. p. 129. 1909; Journ. and Proe.
Roy. SOC.of N. S. Wales 43. p. 61 u. 198. 1909; Phil. Mag. 29. p. 514 u.
836. 1915. Vgl. hierzn P . L e n a r d u. C. R a m s s u e r , Hcidelb. Ber. 1911,
16. Abh. p. 21-22.
Llie rertikale J’et.teiliing der Kondensationskerne usw.
<25
Die beobachtete Gegenlau figkeit. von Kernzahl und Feuchtigkeit in den Zustandskurven kann durch Hygroskopizitit auf
zweierlei Weise zustande kommen :
Entweder ist die Kernzahl die Ursaehe, und zwar in der
Weise, daB der psychrometrisch oder mit (tern Haarhygrometer
gemessene Wasserdampfgehalt der Luft durch Kondensation
auf den hygroskopischen Kernen herabgesetzt wird. GroBe
Kernzahl sollte dann geringe Luftfeuchtigkeit bewirken und
kleine Kernzahl den Wasserdampfgehalt der Luft nur wenig
vermindern. Versuche zur Priifung, bis zu welchem Grade
diese mitunter fur wesentlich gehaltene l), wstrocknende R/irkuiy
der hygroskopisclien Kerne in Betracht kommt, liegen nicht vor
und sinci auch ganz aussichtslos, da der erwartete Effekt un:neBbar klein sein wird, wie folgende Uberschlagsreclinung zeigt :
Nimmt inan den Radius der hygroskopischen Tr6pfchen
im Mittel zu r =
cm an, was weiter unten naher begriintiet
wird, und setzt man die Kernzahl im cni3 fiir 1000 m Hohe
gleich 5000, so ist das gesamte Volumen der Kerne in 1 cms
Luft: 5000 4/3 TC .
= 2,l
cm3. Bestiinden diese
Trapfchen ganz aus Wasser, so enthielten sie im m3 Luft nur
2.1 lod5 g. Da z. B. bei 50 Proz. relativer Feuchtigkeit und
+ loo C Lufttemperatur die im m3 Luft enthaltene Wasserdempfmenge (absolute Feuchtigkeit) 4,7 g betragt, ware die in
den fliissigen Kernen enthaltene Wassermenge nur 0,00045 Proz.
der dampffbrmigen fur classelbe Luftvolumen, kommt also nicht
in Betracht, auch wenn man melirfach grijl3ere Kernradien und
Kernznhlen bei der Rechnung zugruude legt. Selbst fiir einen
cm
sicher vie1 zu groB angenommenen Kernradius r =
und eina liohe Kernzahl von 11000 im cm3 wiirde bei der als
Beispiel angecommenen relativen Feuchtigkeit und Temperatur
die in den Kernen enthaltene fliissige Wassermenge erdt 1 Proz.
der dampffijrmigen desselben Luftvolumens sein.
Die austrocknende Wirkung der hygroskopischen Kerne
reicht also fur die Erklkung der beobachteten Gegenliiufigkeit VOE Kernzahl und Feuchtigkeit nicht aus.
-
.
.
.
1) R, S u r i n g , Wiss. Luftfahrten, herausgeg. v. R. Afirnanu :md
A. Eerson, 3. p. 140. 1900; F. L i n k e , Aeronaut. Meteorologie, Frsnkfurt a. M. 1911, 2. p. 44.
726
A. Wigand.
Oder die &hchtiykeit.ist die Ursaclie. D a m hat man sich
vorzustellen, dat) die in feuchterer I h f t durch Kondensation
gewachsenen Kerne schneller fallen als ZUVOT und aus der betreffenden Schicht teilweise herausfallen , so daB eine feuchre
Schicht cet. par. weniger Kerne enihalt als eine trocknere.
Umgekehrt, da die Kerngrose mit abnehmender Luftfeuchtigkeit durch Verdampfung almimmt , vhrd die Fallgeschwindigkeit kleiner und die Schicht bleibt lrernreicher als eine entsprechende feuchtere.
Zur exakten Priifung dieser zweiten Moglichkeit reichen
die Beobachtungen der Ballonfahrten zwar nicht aus. Es seien
jedoch einige theoretische uberlegungen mitgeteilt, die fur das
Verstandnis der Zusammenhange von Bedeutung sein diirften.
Zunachst sol1 fur chemisch hygroskopihche Kerne die
Beziehung deT Kepngrope zur Feuchtigkeif iin G!eichgewicht
zmischen Kondensation und Verdarnpfuilg untersucht werden.
Ahnlich wie die Kapillarkrsft der Oberflachenspannung kleiner
Tropfen, jedoch ihr entgegengesetzt gerichtet, denken wir uns
eirir ,,hygroskopische Kyaftccdes Tropfens. Diese erniedrigt den
Dampfdruck des Tropfens unter den seiner Kriimmung entsprcchmden Wert und strebt, den Tropfen durch Kondensntion
zu vergroBern. l m Qleichgewicht ist die hygrosltopische Dampi’druckerniedrigung
lj! = ee - e .
e8 ist der Sattigungsdruck, e der herrschende l~anipftlruck in
mm Hg. Der 3’iittipngsuntesdruck (e8 -- e) des in dcr Luft enthaltenen Wasserdam;ri’s strebt, den Tropfen durch Verdampfung
zu Ferkleinern.
Die chemische Anziehungskmft, welche von tlem im Tropfeii
gelosten hygroskopischen Agens (etwa SO,) auf den uuigebenden
Wasserdampf xusgeiibt wird, nehmen wir als proportional der
Volumkonzentration des Agens i m ‘l’ropfen, d s o unigekehrt
proportion,zl den1 Tropfenvolumen an:
-
It 1st die hygroskopische Dampfdruclre~niedrigungfur einen
‘Propfen vom Volumea 1 , eine jemeils durch die chemische
Natur und die absolute, im Tropfen vorhandene Xenge dea
bygroskopiachen Agens bestimmte Konstante. Dann ist in1
Gleichgewicht :
liie vertikale Perteiluny dey Kondezsntionskerne
ustit.
i2;
Die Qleichung ergibt nahe unterhalb der Sattigung (e, = e,
T
= m) Kondensation bis zu groBen Tropfen, was mit der beob-
achteten sichtbaren Nebelbildung chemisch - hygroskopischer
Kerne bereits nahe unterhalb der Sattigung ubereinstirumt.
Die Formel gilt mnachst fiir einen einzelnen Tropfeu
nnd gestattet, die Anderung der TropfengraBe bei h d e r n n g
der Luftfeuchtigkeit anzugeben. Sie kann aber auch auf die
Gesamtheit einer groBeren Anzahl von Tropfen einer Luftschicht angewandt werden, sofern man einen konstanten mittleren Wert von h fiir die Tropfenmenge als existierend anuimmt. Hat man mehrere verschiedene, aber vergleichbar
zusammengesetzte Tropfenmengen mit konstantem mittlerem h,
so la& sich das Verhaltnis ihrer mittleren TropfengrGBen auf
Qrund der verschiedenen Luftfeuchtigkeiten nach Gleichung \ 1 i
augeben.
Der Vollstandigkeit halber ist noch der Betrag abzuschatzen, urn den die psychrometrisch oder mit dem Haar:
hygrometer gemessene, dampfformige Luftfeuchtigkeit erniedrigt
wird, wenn die hygroskopischen Kerne bei zunehmender Luftfeuchtigkeit flussiges Wasser binden. Lassen wir z. B. bei
+ loo C die relative Feuchtigkeit von 50 auf 80 Proz. wachsen,
so ist das VerKaltnis der Kernvolumina nach und vor dirser
Zunahme gemi43 Gleichung (1):
Wir haben weiter oben fur 1000 m Hohe die Kernzahl z u
5000 im om3 und den Kernradius zu 1' =
cm angenommen
und die in den Kernen enthaltene flussige Wassermeiige zu
2,l
g im m3 Luft berechnet. Bei der vorausgesetzten
Zunahme der relntiven Feuchtigkeit yon 50 auf 80 Proz. nimmt
diese Flussigkeitsmenge zu auf:
2,6 2,l .
= 5,4
g im m3 Luft,
3,3 * 10-5 ,, ., ,,
,, .
also um den Betrag:
Da die gleichzeitige Zunahme des Wasserdampfgehalts 2,8 g/m
betragt, so wird diese Zunahme nur um 0,0012 Proz. durch
Kondensation auf den hygroskopischen Kernen verringert.
Pieser geringe Betrag ist vollstandig zu vernachlassigen.
-
A. k/, @and
7
Zur Priifung der Gleichung (1) konnen wir den von
Ai t.ken1) gefundenen und von ander'en bestatigten a) Zusammenkctry zwiseheiz Reriizahl, Feuehtigkeit und Sicht am Boden benutzen. Bei gleichbleibender Luftfeuchtigkeit h n d A i t k e t;
fiir das Produkt aus Kernmhl untl Sichtweite cine gewisse
Konstanz, allerdings mit erhehlichen Schwankungen, die ihren
Hauptgrund wohl darin haben, da6 eine znverlassige Bestimmung der Lufttriibung dnrch Schatzung der Sichtweite
nicbt moglich ist und der FhfluB der Beleuchtung durcb die
Some nicht hinreichend beriicksichtigt wurde. Von der Feuchtigkeit sol1 die triibende Wirkung der Kerne nach A i t k e n in
der W&se abkangen, daf3 fiir eine gegebene Kernzahl die Uurclisichtigkeit der Luft nahezu, jedoch nicht ganz proportional ist
tier psychrornetrischen Differenz. Zahlreichc Beo'oachtnngmi
siad von A i t k e n mi folgenden Xittelwerten zusanimengefaet
worden, indern die ,,Kernzahl fiir vollstandige Triibung'i durcli
Hultiplikation der Sichtweite mit dler Kernzahl im cni gebiltlet wurde:
P s y c h r o m e tr i s c h e
Differenz
2 bis 4 O F.
4 > l T o 1,
-i >;
loo
,,
K e r u z a l l l f u r volletiinciige
T r u b 11n g
I,%
1,73
6
10'0
'2,?fi
Die relative Yeuchtigkeit oder die Lufttemperstur ist d;tbt;i
niclit angegeben.
Von einer auch nur angeniihcrten Yroportionalitat zwischeii
der psychrornetrischen Differenz einejrseits nnd der f3ichtweit.e
fur gegebene Kernzahl (oder dcr KernzahS fiir gegebene Sichtweitej andererseits, ist, wie man sieht, nicht die Rede. Die
folgende Uberlegung zeigt, daR eine solche eiiifache Beziehuug
auch niclit ZIX erwarten ist, und da8 die Sicht in anderer
Weise von der Kernzahl uiid KerngriiBe und damit van dd:;.
Luftfeuchtigkeit abhangen wird.
Wir nehmen an, da6 die Anderungen der Sicht hauptskchlich dadurch bewirlct werden, da8 dns beobachtete entfernte
Ziel in verschiedenem Grade durch die Kondensat.ionskerne
1)
J. A i t k e n , 1.
c'.
2) K. K a h l e r , Tatigkeitebericht d. ELgl. PreuU. Met,eorolog. rnbt
1911. p. 137; G. J e n r i c h , Dim. Haile 1914. p. 24.
Die vertikale Vertei1wi.y der Kondensationskerne wsw.
729
rthgedeckt wird, was wahrscheinlich bei bedecktem, dunstigem
Wetter ohne Sonnenschein der Fall ist. Da bei Sonnenschein
das Phanornen kornplizierter ist, derart, da8 man sogar zuuehmende Sicht bei wachseoder Kernzahl beobachten kann l),
sei nur bedecktes Wetter in Betracht gezogen. D a m k a m
nian den Betrag der Abdeckung A, des Ziels durch die auf
der Strecke I befindlichen Kerne proportional setzen dieser
Ytrecke I , ma1 der Kernzahl K i m ems, ma1 cler Kernprojektion
TI-=,
wenn r der Kernradius ist. Also wird:
A, = prop. 121r 2 .
(2)
-aL = A ist die Ahdeckung
1
fur die Einheit der Entfernung.
Die Abdeckung ist das Verhaltnis der abgedeckten zur freibleibenden Zielfliiche und w i d nach der Annahme gleiehgesetzt
ciem optischen Triibungsgrad der Luft.
Die Sicht S sei definiert als der reziproke Wert des Trubungsgrades fur die Einheit der Entfernung:
s = -Ar1- _ -A1
= prop.-,
1
K - r
.
Die Siclit S wird gemessen entweder mit dem Sichtmesser2) nls
diejenige Entfernung in Kilometern, auf der die jeweilige Lufttriibung den willkurlich vorbestimmten Triibungsgrad 1 des
Sichtmessers hat; oder weniger genau als die dem so definierten
S proportionale ,,Sichtweite“ 8’. (Vgl. Naclitrag 1 am SchluB.)
Setzen wir nun aus der fur hygroskopische Kerne angenommenen Gleichgewichtsbeziehung (1) zwischen dem Kernradius r und der durch den Sattigungsunterdruck (e. - e) detiitierten Luftfeuchtigkeit den Ausdruck
=
r-----..
h
4/3 7c (c - e)
in Formel (3) ein und ziehen samtliche Konstanten zusammen,
YO
wid:
8=c
14;
-
- e)”-.
. (e,---K
.-
1) J. A i t k e n , 1. c. und Trans. Roy. S O ~Edinburgh
.
39. p. 15. 1900;
Proc. Roy. SOC. Edinburgh 31. p. 478. 1911; 32. p. 183. 1912; G. J e n r i c h , Diss. Halle 1914. 17. 24.
2) A. W i g a n d , Physik. Zeitscb. 20. p. 151. 1919.
'I30
Die GroBe
o der
c' =
.
(e,
K S'
- e)-*
sol1 bei Variierung von Kernzahl, ,3icht und Luftfeucbtigkeit
konatan t bleiben
.
Setzt man die Slittelwerte der Aitkenscheu Beobaclitungen ein, indem man, (la die Beobachtungen im Sornmer in
England stattfanden, eine m i t t h e Ikfttemperatur von 20° C.,
entsprechend einem Sattigungsdruck e, = i7,4 aniiimmt, so ergibt sich:
Psychrometrische
Differenz
j
__
-
e
-_____._I-
1,25
1,71
2,526
I
j
.-
8,s bis 5,6
7,7
,*
5,4
Abgesehen voni ersten Wert fur c', der zu einer hohen
relativen Feuchtigkeit von 90 Proz. gehGrt, ist die Koiistani
durchaus befriedigend, wenn man der Art dieser Beobachtungen
Rechnung tragt. Die Annahmen iiber die Zusanimenhange
zwischen Luftfeuchtigkeit uncl KerngroBe rlach Gleichung (1 '
und zwischen Sicht, Kernzahl und Ferxchtigkeit nach Gleichung (4i
scheinen sich demiiach zu bestati yen. Genauere Measungen
mit dem Sichtmesser sind im Gange, und ihr Ergehnis bleiilt
vor einer endgiiltigen Beurteiluug tier Ansatze abzuwarten.
Zur Au fstellung einer Beziehuny zicischen Grope uird Pa,!/geschwindk~keit der Kerae bediirfen piir einer Vorstellung iiber
die absolute GrhJie der Kerne. Diese liegt erfahrungsgemafi
unterhalb der Grenze der mikroskopischen Sichtbsrkeit. AB m a n n I) schatzt den Durchmesser del- Dunsttropfchen auf Grund
vergeblicher Persuche, den Verdsmpftingsruclrstaiid von Nebeitropfen im Mikroskop zu sehen, auf kleiner als 5
cm,
.
Bie vertikale Yerteilung der Kondensationsherne usw.
731
A. W e g e n e r l ) auf kleiner als 2 , 5 .
cm. Da die aus
Kernen bestehenden Dunstmassen die Farben triiber Medien
zeigen, namlich blauliches zerstreutes und rotliches durchgelassenes Liclit> so ist der Durchmesser der Kerne hiichsfens
von der GrGFenordnurLy der Wellenlan.ge des kurzwell&~ensichtBaren Lichtes, also 4
cm, wahrscheinlich sogar nicht
unerheblich kleiner. Die Sichtbarmachung der Kerne wird
voraussichtlich im Ultramikroskop gelingen. (Vgl. Nachtrag 2
am SchluB.)
Nehmen wir r = 4 10-5 als hiichsten vorkommenden
Wert des Kernradius an, so kann die Fallgeschwindigkeit T
aus dem Radius r nach der Sto k es-Kirch ho ffs c h e n 2'orme12)
berechnet werden:
v = - ,2 ?-2g
.
9P
worin p den Koeffizienten der inneren Reibung, g die Schwerebeachleunigung bedeutet. Wir erhalten d a m :
v = 2,O
cm/sek = 0,12 cm/min,
also einen sehr kleinen Wert, der fur die in Wirklichkeit jedenfalls vie1 kleineren Kernradien noch erheblich kleiner wird.
Fur Kerne von der GriiBe T = 4
cm und eventuell
groBere ist die Fallgeschwindigkeit v proportional r2, unabhangig vom Luftdruck und nur wenig-. abhawig von der
Temperatur, indern sie, eiitsprechend der Anderung von p mit
der Temperatur, fur 10" Erwiirmung um etwa 3 Proz. abnimmt.
Wahrscheinlicher ist jedoch die GrijDenordnung 1
cm
fiir den groBten Radius der Kerne. Bei solchen und noch
kleinerenKernen, nanilich beiTropfenradien unterhalb 4.10-6cm.
niuB an der S t o k e s - Kirchboffschen Formel eine Korrektion
weyen der Gleitung angebracht werden, da die innere Reibung
der Luft nicht mehr allein fu r den Widerstand des fallenden
Tropfens maBgebend ist, wenn der Radius mit der mittleren
freien Weglange der Luftmolekeln (Gro8enordnung 10-5 a n )
vergleichbar ist. Verschiedene Ansatze fiir diese Gleitungs-
-
.
1) A. W e g e n e r , Thermodynsmik der Atrnosphkre, Leipzig 191 1.
p. 251.
2) G. K i r c h h o f f , Mechanik, Leipeig 1876. 26. Yorlesung, p. 381:
A. W e g e n e r , 1. c. p. 256.
7 32
A . W i pwi.
korrektion l) auf Grund von Versuchen und gsstheoretischeu
Betrachtungen ergeben fur die Fallgeschwindigkeit iiu8erst
kleiner Tropfchen :
wo g die Luftdichte, T die absolute Temperatnr and I/ J m
Luftclruck bedeutet.
LYenn auch dieser fur extrt m kleine Trijpfcheu gilltige
hnsatz bei den Kondensationskernen der Atmosphase wohl
nicht streng ann-endbar sein wird, so ist fiir die Kerne. da
sie kleiner sincl als fur den Giiltigkeitsbcreich der S t o k e s Kirchhoffsclien Formel, doch zu erwartw, daB ilire Fallgcschwindigkeit IJ sich mit r langsamer andern wird als pruportional r 2 und vom h f t d r u c k u ud der Temperatur merklich
abhangig sein wird.
F u r den Zusammerthmy zu ischeti li;ernznhl ttnd Pull~,ieschwiiicliykeit, wie sie sich aus der dnrch die E’euchtigkeit
bedingten KerngroBe und mit Beriicksiclitigriiig von Luftdruck
und Temperatur fiir iibereinander liegende dunne Schichten
ergibt, wurden auf Grund der vorstdienden Uberlcgungen einige
Ansatze aufgesteilt and an Clem vorliegendeii Beobachtuirgsmaterial der Eallonfahrten gepriif‘t. Die Beohachiungen hei
einfacheri Fiillen der Luftschichtung sind jecloch noch zu sphr..
mh, um iiber die quantitative Formulierung der qualitatir festgestellten Beziehung ZLI entscheiden.
Die A-apillarkraft der OberfZiiciierispa w i y , die be1 (Per
Kondensation der hygroskopischen Kraft entgegenwirkt , karm
inr die chemisch-hygroskopischen k:erne von der angenommeitere
G-rciBe 1’ = 1 .
cm vernachlascigt werclcn, :la Tropfen von
ilreeem Kriimmungsradius auf Griind ihrer Krilmmung nach
der Thomsonschen Formel rnit nur 1 Proz. Ubersiittigung
~ i i iGleichgewicht sind 2, und ciiese Kerne bereits weit unwrhalb der Sattigung kondensierend wirken. Soweit in der Atva1) M. R e i n g a n n m , Verb. d. d. Phpsik. Ges. 12. p. 1025. 1910;
E. C u n n i n g h a m , €‘roc. Roy. Soc. Loiidou (A) 83. p. 357.1910; %I.K n LI d s e n
11. S. W e b e r , Ann. d. Phys. 36. p. 991. 1011; 12. \V. M c K e e h a n . Phys.
Ztschr. 12. p. 707. 1911.
2) A W ’ e g e u e r , 1. c. p. 71.
.Die verfdale
JTe?teilung
d w lionnerisc~tionske?.?teUSW.
733
q&ire solche chemisch-hygroskopischen Kerne eine wesentliche
Rdle bei der Nebelbildung spielen. wird die nach der Tropfenkriammung zum Eintreten der Kondensaticw erforderliche Ubersattigung nicht wesentlich wirksam.
2. Bildilng zind Jufliisung von Ilolken hat fur den Kerngehak und die vertikale Kernverteiiung einer Schicht aussciilaggebende Bedeutung. auch nach ]Singere Zeit nach dem Statttinden des Wolkenprozesses, so daS man am der vertikalen
Kcrnverteiluiig mitunter auf die vorangegangenen Wolkenvorgange einer Schiclit schlieBen kann.
Die Keriie werden bei der rYolkenbildimg zu Zentren der
Wolkenelemente (Nebeltropfchen oder Eiskristalle), SO daB in
dez Wolkenluft mitunter keine freien Kerne iibrigbleiben, be9.mders d a m , wenri die Wolke in kriiftiger Neulrildung begriffen
ist (Fahrt I fur Hi,Str, AStr, CiStr; Fahrt 9 fur CiStr; Fahrt 11
f i r AStr und ACu; Fahrt 13 f ~ CuNi).
r
Jedoch kommt es
auch TOT, daB in einer Wolke bei weitem nicht alle Kerue
zur I<ondensaticn verbraucht werden , wenn namlich die vorhmdene Feuchtigkeit nicht ausreicht (E’ahrt 5 fur Str uud Cu ;
Fahrt 14 fur Str uber 1670 m).
Bpi der Wolkpnauflosung sind in der Wolkenluft freie
Kerne als Ruckstand von verdampften Wolkenelementen vorhauden und auch h%ufig nach dem Versehwinden der Wolke
an ihrer Stelle als Dunst sichtbar 1) (Fahrt I in 1900 bis 3000 m,
Ruckstand von aufgelostern Str).
Die Fallgesciiwindigkeit der bei der Wolkenbildung aus
den Kernen entstandenen Wolkenelemente ist groBer als die
der Kerne selbst. Auf diese Weise werden die in den Wolkenelementen enthaltenen Kerne nach einer tieferen Schicht verschoben, wo sie entweder bei Auflosuug der Wolke verbleihen;
oder sie werden durch Niederschfiige vollstandig aus der Atmosphare ausgefallt und auch durch Anlagerung an den fallenden
Niederschlag ausgewaschen (Fahrt 1 beim Abstieg in 1200 m,
vorher Ni). Niederschlage konnen ferner durch MitreiEen von
kernarmer Luft am groBerer Hahe den Kerngehalt einer
Luftschicht, etwa der Bodenluftschicht (nach Ai tken) herabsetzen.
1) H. v- F i c k e r , Meteorol. Ztschr. 1906. p. 31 U. 180
13 1
.4. N’igll t d .
3. Luftdichte (Temperatur uiid Uruck). Da der Radius
der Kerne kleiner als 4
cm ist, so mu8 man erwsrten,
daE gem&B der fur die Gleitung korrigierten S t o k e s - K i r c h hoffschen Forlnel die Faligeschwindigkeit und damit auch
die vertikale Verteilung der Kerne von der Luftdichte beeinflufit wird. Die Kerne werden bei Zunahme der Temperatur
und Abnahme des Luftdrucks schneller fallen, wenn ihrc GroBe
unverandert bleibt. Dieser EinHuB scheint jedoch im allgemeineii gegenuber dem der Luftf‘euchtigkeit, Wolkenbildung
untt Wolkenauflosung gering zu sein, k m n aber in stabilen
Schichten (Inversionen, Isothermien) voii groBewr Miichtigkeit
merklicli werden und den Einflu8 der Feuchtigkeit iiberkompmsieren. In solchen Schichten nlimrnt die Temperatur mit
zuilehinender Hahe (also bei abnehnaendern Luftdruck) zu oder
hleibt konstant. wiihrend die relative Feuchtigkeit in der Regel
ahnimmt. Die geringe Luftdichte oben bewirkt alsdann trotz
der geringeren Feuchtigkeit ein schiieileres Heratisfallen der
Kerne und darnit eine kleinere Keriizahl als unten. Bie Iiurve
tier Keinzohie~tiat dann it? einem rnittle~en Tede det Sehicht
ei;l Xaxiniuni. Beispiele hierfiir zeigen Pahrt 2 in -180 bis
1120 m, E’ahit 3 111 345 his 415 m, Fahrt 6 und 7 in 530 his
1605 m.
4. YertikuZe Luftbewegung. Der allyenieine Cliarakter der
veitikalen Luftbewegung im Hock unrl Tief bewirkt f u r die
mittlere Kernverteilung bis in groEere EIoheii hinauf den
chsrakteristiuchen Unterschied, daB d u d 1 die vorwiegend abbteigende Striirnuug der Antizyklone eine dnhaufuiig yon Kernen
in den untersten Schichtev, chrrch die rorwiegend aufsteigende
Bewegung der ZJ Hone dagegen eine relative Anreicherung
der hoheren Schichten mit Keraen eintritt (vgl. Alischnitt IVa).
AuBerdern spielt die 6esonclere Vr~tikaZhrwe,qungciile~Schicht
fiir den Verlauf der Kernzahl in (timer Schicht eine Bolle.
Eiue gleichma&qe Bebung o d v &rikung einer kernhaltigen
Duustschicht findet statt, wenn die Kerne steigen oder fallen
infoIge ihrer Erwarmung iiber die Tempcratur der umgebenden
Luft durch Absorption der Sonnenstrahlung tags oder Abkuhlung unter die Luftemperntur clurch FLusstrahlring nachts. Diese
Erwarmung U l i d Abkuhlung der Kerne ubertragt sich ttuf die
Luftniasse, in die sie eingebettet sind, und bringt diese zu-
-
Bie vertikale Irerteilutzy der 'Kondensationskerne usw.
735
sammen mit den Kernen zum Steigen und Fallen.') Durch
die zunehmeude Erwarmung im Laufe eines Tages kann eine
kernhaltige Dunstschicht gelockert oder sogar nahezu aufgelost
werden; die obere Dunstgrenze hebt sich (z. B. bei Fahrt 2
von 480 auf 690 m) und mit ihr gelangen Kerne nach oben,
wahrend die Kernzahl unten abnimmt (z. B. bei Fahrt 3 in
410 m).
Auch die Vertikalbewegung, wie sie als Folge des Windsprunges an Schichtgrenzen besteht [z. B. als Ursache der
Pepplerschen I n ~ e r s i o n e n ~ ) ]hat
,
trotz turbulenter Mikrostruktur einen gleichmaBigen Charakter und ist durch Mitfuhrung von kernreicher oder kernarmer Luft nach oben oder
unten mitbestimmend fur die vertikale Kernverteilung solcher
Schichten.
Andersartig wirkt eine durch ungleichmaBige Erwarmung
angetriebene, boige vartihale Luftbewegung wit grob inhomogener
Struktur in einer instabilen Luftschicht auf die vertikale Kernverteilung. Es ist meist die Bodenluftschicht, die mehr oder
weniger hoch hinauf vom Spiel der lokal begrenzten, auf- und
rtbsteigenden Luftstrome beherrscht wird, soweit ihre Stabilitat
dies zulai8t. Aber auch lioher gelegene Schichten, unterhalb
deren Rube besteht , zeigen mitunter iufolge ihrer Instabilitat
solche Bewegungen.
Eine Folge hiervon bis zur Hohe von einigen hundert
Metern uber dem Boden sind lokale Schwankungen der Kernzahl, bedingt d u d den Charakter des Cielandes und seine jeweilige Kemproduktion.
Weiterhin erklart sich auf diese Weise eine auffallige
Erscheinung, naimlich die Zunahme der Kernrahl vom Boden
aus nach oben, ohne da8 diese Zunahme, wie in einer Inversion,
durch gleichzeitige Abnahme der Feuchtigkeit begriindet ware.
Beispiele hierfur zeigen die Fahrten 3, 10, 11, Auch in hoher
gelegenen Schichten komrnen dieselben Verhaltnisse vor (Fahrt 6
-
1) F. L i n k e , Aeronaut. Xeteorologie, Frankfurt a. M. 1911, 2.
p. 43; C. D o r n o , Licht und Luft des Hochgebirges, Braunechweig
1911. p. 77; A. G o c k e I , Luftelektr. Beobacht., Neue Denkechr. d.
Sehweiz. Naturf. Gee. 64. Abh. 1. p. 24 u. 29.-1911.
2) W. P e p p l e r , Arbeiten d. Kgl. PreuB. Aeronaut. Obs. Linden:
berg 7. p. 243. 1912; 8. p.255. 1913.
736
A. Wigand.
in 680 bis 1120 m ; Fahrt 12 in ti95 bis 900 ID). I n alleu
solchen Fallen ist die betreffende Luftschicht iufolge ihres
groBen Temperntwgradienten instab8 und setzt der vcrtikaien
Luftbewegung keinen Widerstand entgegen. Die aufsteigenden
erwarmten Luftmassen mit hoher Kernzahl, besonders Rauchsaulen, kommen dana an der oberen Grenzo der Schicht in
einer daruber liegenden Sperrschicht zum Halten U Q breiten
~
sicb pinienartig aus. In d i e m 8peiTschicht, die sich fast
imrner nttchweisen laat, erreicht die Xernzabl ihr Maximum.
c) Dnnstscbicliteii.
Als Dunstsehicht bezeielinet man eine Luftschicht, wenn
da; Auge in ihr eine Triibung bcmerkt, sei 8 8 durcli Begrenzuug der Fernsicht oder durch die eigentiiinliche , blauliche, weiBliche oder graue Farbang, die der Dunst der Luft
erteilt. Der KerqehaU von Dun,~tschichtenist I&utig besonde-rs
groJ3, jedoch keineswegs immcr. Denn es gibt Lufttrubungen.
deren mechanische Elemente nicht Kondensationskerno sind,
sondern groberer oder feineyer Staub, der bei der Nebelbildung
nnwirksam bleibt. I) huch lrann durch optische fnhomogeoitat
der Lnft (Schfiererlbildung] dunstartige ‘Priibuug entstehen.
Staubtriibung ohae Kernivirltung kommt besonders in den
bodeanahen Schichten , aber aucli in alien Gohenlagen vor. 9
Die anomale Triibung der Atmosphiire von i 912 brschte
keina Erhohung der Kernzahl mit ~ i c h . ~Die
) durch Wiruteustaub bei Scirocco stark getrubte Imft in Pdistina ist nach
Herrn Koppes Beobachtungen auffdlend liernarm (vgl. Ahschnitt 11a).
Besteht der Dunst dagegen vorwiegend nus Kernen, und
zwar aus hygroskopischen Kernen, so kann eine ParaHeZitat
uon Kernzahl und Uunststarke auftreten, jedoch nur bei konstanter Luftfeuchtigkeit. And& sich die Luftfeuchtigkeit bei
konstanter Kernzahl, SO andert sich die Dunststarke mit per
Feuchtigkeit gleichsinnig. I m Abschnitt I V b 1 ist diese Beziehung niiher untersucht worden.
1) Naheres hieruber irn Absclinitt 11s.
2) J. v. H a n n , Lehrb. d. Meteorologir, 3. Aufl., Leipsig 1915. p. 15.
3) A. W i g a n d , Meteoroiog. Zeitsehr. 1912. p. 533; 1913. p, 249.
Die vertikale Perleilung der ~~ndeiisutionskerne
um.
7 3:
Bei den hier behandelten Ballonfahrten ist einige Male
eine deutliche Parallelitat von Kernzahl und Dunststarke festgestellt worden (Fahrt 5 in 680 bis 1120 m; Fahrt 6 in 1250
bis 1310 m).
Mit der Tatsache mehrerer Kernzahlmaxima und Minima
iibereinander steht die Beobachtung im Einklang, daB haufig
mehrere, durch dunstfreie Zwischenraume getrennte Dunstscltichten
(oder Bunststreifen yon geringer Machtigkeit) iibereinander auftreten (F'ahrten 5 , 6 , 10). Man kann dies auch vom Boden
aus in den unteren Luftschichten uicht selten beobachten. I)
In gratlerer Hohe konnte ich eine solche abgetrennte Dunstschicht uber dunstfreier Luft in 4400 bis 5150 m gelegentlich
einer Hochfahrt am 28. September 1912 feetstellen. a)
Zwischen Dunststarke und Auftfeuchtigkeit wird gleichfalls
ijfters im Ballon ein paralleles Ferhalten beobachtet. Wenn
der Dunst aus hygroskopischen Kernen besteht, so ist seine
Dichte an der Basis von Cu und allgemein vor Entstehung
von Wolken, wo die Feuchtigkeit hoch ist, .besonders groR.')
In einer Dunstschicht scheint die Triibung meist nahe an
ihrer oberen Grenze am starksten zu sein, was entweder in
hoher Feuchtigkeit oder groBer Kernzahl begriindet ist.
Zum genaueren Studium der Beziehungen zwischen Kernzahl, Dunststarke und Feuchtigkeit fehlte es bisher an einer
brsuchbaren MeBmethode fur die Dunststarke (Sicht). Es ist
zu hoffen, daB der Sichtmesser 3) hierzu niitzlich sein wird.
Die schon von anderen Beobachtern aufgeworfene, aber
noch nicht geloste Frage nach den Bedingungen f u r die Ausbildung einer nach oben scharfen Grenze eiiier Bunstschicht, lafit
sich auf Grund der Beobachtungen bei den 14 Ballonfahrten
nunmehr beantworten. -4. W e g e n e r 4 ) halt es fur nicht unwahrscheinlich, daf3 ein Sprung der relativen Feuchtigkeit an
der Dunstgrenze die alleinige Ursache fur die markante Anderung der Durchsichtigkeit, der Luft sei, da8 also nur die KerngroBe und nicht die Kernzahl oberhalb und unterhalb der
1) H. v. F i c k e r , Meteorolog. Zeitechr. 1906. p. 31; A. W i g a n d ,
Beitr. z. Phys. d. freien Atm. 6. p. 189. 1913.
2) A. W i g a n d , Meteorolog. Zeitschr. 1912. p. 533.
3) A. W i g a n d , Physik. Zeitschr. 20. p. 151. 1919.
4) A. W e g e n e r , 1. c. p. 245-248.
Annalen der Physik. IV. Folge. 50.
51
A. #'@and.
738
Scbichtgenze erhebiich verschieden ist. Nach Ljn k e l) sol]
dagegen die Dunstgrenze, die mit der unteren Grenze einer
Inversion zusamrnenfallend angenommen w i d , eine besonders
hohe Kernzahl besitzen, da die Pallgeschwindigkeit der Kerne
in der warmeren, oberen Schicht gr6Rer ist ale in der kidterm
In der Dunstgrenze.
Beide Anschauungen enthaltea etwas Richtigea. Die Beobachtungen zeigen jedoch , da8 die wirklichen Verhaltnisse
verwickelter sind.q Bei den hier behandelten Ballonfahrten
ist in 12 Fallen das Verhalten von Temperatur, Feuchtigkeit
und Kernzahl beim vertikalen Durchfahren einer Dunstgrenze
soweit beobacbtet worden, dai) man danach ungezwnngen zwez
varschiedelzartige glassen von Uunstgrsnzen zu unterscheiden hat
utid ihre Entstchung erklkea kaan.
Eine scharfe Dunstgrenze tritt in einer bestimmten Nohe
auf, entweder
1. bei hoher, iiber der Dunstgrenze schnell aboehmender
relaliver Fhchtigkeit, verbuaden ruit kleiner Kernzabl ohne
Naximum in und ohne Abnahme iiber der hmstgrenze, wahrend zuweilen verhaltaisma6ig tiefe Temperatur in der Dunstgrenze herrscht; oder
2. bei niedriger relatiuer Feeuchdigkeit, verbunden rnit groper,
uber der Dunstgrenze schnell abnehmender Kernzahl, wahrend
hiiufig relativ hohe Ternperatur in der Dunstgrenze herrscht.
Folgende Beispiele sind fur die beiden Klassen von Dunstgrenzen anzufuhren:
2. Blasse
I . Klssse
Fahrt :
Hohe :
2980 m
1
6
935
1450
8
9
10
10
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2800
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1) F.
1720
2205
1685
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,,
Fahrt :
Hbhe:
2
5
480 (590) m
6
1
280
7,
1310
7
580
t
i,
),
L i n k e , Aeronaut. Meteorologie, Frankfurt a. M.
1911,
2. p, 42.
2) Vgl. auch R. S ii r i n g , Wissenschnftliche Luftfahrten, herausgeg.
von R A 8 m a n n uud A. Berson, Rrsuoschweig 1900, 2. p. 139
Uie vertikale Ferteilung der Koadensationskerne usw.
739
Ausschlaggebend fur die Ausbilduny iler Bunstyrerue ist,
daB im ersten Falle die Feuchtigkeit, im zweiten Falle die
Kernzahl in der betreffenden Hohe ein scharfes Maximum hat
oder wenigstens nach oben schnell abnimmt.
Bei der ersten Klasse sind die Kerne zwar nicht besonders
zahlreich, aber wegen der hohen Feuchtigkeit gerade in der
Dunstgrenze sehr grof3 und wirken daher optisch als starker
Dunst, wahrend dicht dariiber wegen der geringen Feuchtigkeit die Kerne klein sind und deshalb die Luft besonders rein
erscheint. Die infolge der groBen Feuchtigkeit grof3en Kerne
haben in der Dunstgrenze eine groBe Fallgeschwindigkeit, wodurch die Kernzahl jedenfalls nicht hoch sein kann und iiber
wie unter der Dunstgrenze nicht wesentlich verschieden ist.
Haufig (jedoch nicht immer) ist in Verbindung mit dem Feuchtigkeitsmaximum ein Tcmperaturminimum vorhanden (untere Grenze
einer Inversion ader Isothermie), das aber keinen direkten EinAuB auf Kernzahl und Dunststarke hat.
Bei der zweiten Klasse sind die Kerne in der Dunstgrenze
wegen der geringen Feuchtigkeit zwar klein, haben sich dort
aber infolgc ihrer durch ihre Kleinheit bewirkteri geringen
Fallgeschwindigkeit stark angehauft und wirken aus diesem
Grunde als wesentlich starkerer Dunst im Vergleich mit der
kernarmen Luft dicht dariiber. Die Ansammlung der Kerne
in der Dunstgrenze und darunter hat ihre Ursache in der
durch relativ hohe Temperatur bewirkten geringen Luftdichte
uber der Grenze; man findet die Dunstgrenzen dieser Art
meist im oberen Teile einer Inversion oder Isothermie , im
Zusammenhang mit der geringen Feuchtigkeit in gleicher Hohe.
Dunstgrenzen gelten aeronautisch als Stabilitatszonen. Sie
sind e3 jedenfalls in den Fallen der zweiten Klasse, da sich
hier die Grenze im Innern einer als Sperrschicht wirkenden
Inversion oder Isothermie befindet, wodurch die Luft oberhalb
wie unterhalb der Dunstgrenze stabil ist. Bei der ersten
Klasse beginnt manchmal mit der Dunstgrenze nach oben zu
eine stabile Schicht.
Die vertikale Temperaturverteilung unter und uber einer
Dunstyrenze braucht nicht notwendig als Ursache zur Ausbildung der Dunstgrenze beigetragen zu haben, sie kann umgekehrt auch durch die Bunstschicht and ihre obere Tegrenzung
51 *
74u
A. Wigand.
mapgebend beeinflukt sein, und zwar dadurch. daB sich eine
Dunstschicht zur Sonnenstrahlung anders verhalt als reine Luft.
Diese Wirkung zeigt sich fur die beiden Klassen von Dunstgrenzen in verschiedener Weise.
Bei Dunstgrenzen der ersten Klasse ist niitunter die Luftschicht iiber der Dunstgrenze relativ warm. Fahrt 1 in 2980 m,
Fahrt 9 i n 2800 m, Fahrt 10 in 1720 und 2205 m zeigen,
daB iiber der Dunstgrenze jedesmal eine Isothermie liegt und
unter der Qreiize normale Temperaturabnahme nach oben
herrscht. Zur Erklarung dieser Erscheinung kann man annehmen, daB die Dunstgrenze durch Reflexion der Sonnenstrahlung an den Dunstteilchen die Erwarmung der nachsten
hoher liegenden Luftschicht bewirkt hat, ahnlich wie auch die
Erdoberflache oder eine Wolkenoberflache auf die daruberliegende Luftschicht erwarmend wirkt. Dadurch wiirde eine
vorher bestehende normale Temperaturabnahme nach oben
abgeschwacht und in eine Isothermie oder Inversion verwandelt
werden. Die Dunstgrenze bewirkt itlsdann eine Stabilisierung
der uber ihr liegenden Luftschicht.
Bei der zweiten Klasse von Dunstgrenzen ist die Luftschichtung unterhalb der Grenze stabiler als dariiber. Fahrt 2
zeigt, daB der untere Teil der Inversion bis zur Dunstgrenze
in 480 m eine starkere Temperaturzunahme nach oben hat
als der iiber der Grenze liegende Teil der Inversion. Bei
Fahrt 5 liegt unter der Dunstgrenzt: in 280 m eine Inversion,
daruber eine Isothermie. Bei Fahrt 6 ist die Temperaturzunahme nach oben unterhalb der Grende des Dunststreifens
in 1310 m groBer als dariiber; Fahrt 7 zeigt dasselbe fur die
Dunstgrenze in 580 m. Die Erklarung fur diese Erscheinung
ist darin zu finden, daB die Sonnenstrahlu~igin den oberen
Teilen der Dunstschicht durch die zahlreichen Kerne stark absorbiert wird und eine Erwarmung der umgebenden Luft bewirkt. Eine Folge dieser Erwarmung ist d a m auch das
Steigen der Dunstgrenze (Fahrt 2 von 480 auf 590 m) und
die Auflockerung der Dunstschicht (vgl. Abschnitt IV b 4).
V. Zusammenfassung.
1. Bei 14 Freiballonfahrten wurden Messungen der Kondemationskernzahl und der meteorologischen Elemente mit
Die vertikuie Ferteilung der Koadensutiomkertre usw.
741
besonderer Beriicksichtigung der Luftschichtung bis 9000 m
Hohe ausgefiihrt.
2. Die GesetzmiiBigkeiten fiir die Anderung der Kernzahl
mit der Hijhe werden aus den Beobachtungen abgeleitet und
erklart.
3. Die Berechnung der mittleren vertikalen Kernverteilung
bei antizyklonalem Wetter ergibt drei Hsuptstufen , innerhalb
deren die Kernzahl logarithmisch mit zunehmender Kijhe abnimmt. In jeder hoheren der drei Hauptstufen nimmt die
Kernzahl langsamer nach oben ab als in der tieferen.
4, Die zyklonale vertikale Kernverteilung weicht in bestimmter Weise von der antizyklonalen ab.
5. Die Unterschiede zwischen der vertikttlen Kernverteilung
im Einzelfalle und der mittleren werden durch die Luftschichtung bestimmt. Die Zustandskurve der Kernzahlen kann
rnehrere Maxima und Minima ubereinander aufweisen.
6. In einer einheitlichen Luftschicht iindert sich die Kernzahl mit der Hiihe nach MaBgabe der durch Luftfeuchtigkeit,
Bewolkung , Luftdichte und vertikale Luftbewegung bedingten
Fallgeschwindigkeit der Kerne; diese Zusammenhange werden
untersucht.
7. Eine Beziehung zwischen Luftfeuchtigkeit und GrotJe
hygroskopischer Kerne wird aufgestellt und auf den Zusamrnenhang zwischen Luftfeuchtigkeit, Kernzahl und Sicht angewandt.
8. Die Eigenschaften kernhaltiger Dunstschichten werden
behandelt und die Bedingungen fur die Ausbilclung einer
scharfen Dunstgrenze geklart.
H a l l e a. S., Physikalisches Institut der Universitat,
im Marz 1919.
[Eingegangen 7. April 1919.)
Xuehtragc bei der Korrektur :
1. (Zu p. 729, Abschnitt IVb 1.) Fur die Sichtweite in Woken
und bei Regenfall hat W. Trabert (Meteorol. Zeitschr. 1901. p. 518)
einen ahnlichen Ansatz wie Gleichung (3), der durch Beobachtungen
bestgtigt ist, aufgestellt: ,,Die deutliehe Sehweite in einer Wolke ist
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