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Institut für Astronomie und Astrophysik

Abteilung Astronomie

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Dissertation Gerhard Kübler


Turbulenzuntersuchungen im Wind der atmosphärischen Reibungsschicht

Summary.
Zum Aufbau von astronomischen Beobachtungsstationen müssen Orte mit guten atmosphärischen Sichtbedingungen ausgewählt werden. Das Ausmaß der besonders störenden optischen Szintillation läßt sich einfacher beurteilen., wenn die Struktur der Brechungsindexschwankungen in den bodennahen Luftschichten bekannt ist. Diese Fluktuationen im optischen Brechungsindex sind verknüpft mit Schwankungen der Lufttemperatur, des Luftdrucks und der Windgeschwindigkeit.
Die vorliegende Arbeit behandelt speziell die Messung der horizontalen Windgeschwindigkeit und die statistische Verarbeitung ihrer Schwankungen im Frequenzbereich von 0,01 Hz bis etwa 2 kHz. Gerade die schnellen Schwankungen sind von Einfluß auf die optische Szintillation, doch gibt es hierüber aus meteorologischen Beobachtungen kaum Meßdaten, und die in Windkanälen gewonnenen Ergebnisse können nicht unmittelbar auf die freie Atmosphäre übertragen werden.
Für Dauerregistrierungen von Geschwindigkeitsschwankungen unterhalb von 10 Hz wurde ein neuartiger Windmesser nach dem akustischen Prinzip der Pfeife konstruiert. Über seine Arbeitsweise und die Erprobung bei der Ermittlung von Böigkeitsfaktoren wird berichtet. Schwankungsfrequenzen bis 2 kHz wurden mit temperaturkonstanten Hitzdrahtanemometern gemessen. Das statistische Verhalten der Schwankungen wurde bei Verwendung von nur einem Meßfühler durch zeitliche Fourier-Analyse, sowie bei Verwendung von zwei Meßfühlern durch räumliche Korrelationsanalyse untersucht, wobei die Auswertung teils digital mit einem Elektronenrechner, teils im Analogverfahren mit elektronischen Analysatoren erfolgte.
Damit ließ sich ein homogenes, stationäres Windturbulenzfeld vollständig beschreiben.
Die Daten wurden vorwiegend in 13 m Höhe über dem Gelände bei der Tübinger Sternwarte, sowie bis in 50 m Höhe über einer, für die Aufstellung von optischen Geräten eventuell geeigneten Bergkuppe im Schwarzwald (Hornisgrinde) gewonnen.
 

Dissertation (28,27 Mb PDF file including figures)


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Last modified 06 Sep 2011
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