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Institut für Astronomie und Astrophysik

Abteilung Astronomie

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Dissertation Manfred Mozer


Zur Feinstruktur von Temperatur, Luftdruck und Brechungsindex in der unteren Atmosphäre

Summary.
Zur Untersuchung von Temperaturfluktuationen innerhalb der freien Atmosphäre wurden Temperaturprofile in vertikaler Richtung zwischen dem Erdboden und 15 km Höhe gemessen. Dazu sind Ballonsondenaufstiege mit einer selbstentwickelten Feinstruktursonde unternommen worden. Die Meßdaten wurden durch Funksignale übermittelt. Als Temperaturfühler der Feinstruktursonde diente ein Widerstandsthermometer aus Platindraht, durch welches sich die Lufttemperatur mit einer absoluten Genauigkeit von 0,l°C bestimmen ließ. Der Meßfühler besaß eine Zeitkonstante von 0,03 sec, die im Zusammenhang mit seiner mittleren Vertikalgeschwindigkeit von rund 5 m/sec und seiner Geometrie ein räumliches Auflösungsvermögen von etwa 25 cm ergab. Die registrierten Temperaturprofile ermöglichten es, für vertikale Streckenabschnitte von ca. 60 m Länge Leistungsspektren der Temperaturfluktuationen abzuleiten und zwar für Wellenzahlen aus dem Intervall 10-3cm-1 ≤ k ≤ 10-1cm-1. Diese Analyse wurde für drei besonders ausgezeichnete Luftschichten durchgeführt, nämlich für eine Schicht in Bodennähe zwischen 100 m und 400 m über dem Grund, für einen Bereich mittlerer Höhe bei 6 km üb.d.M., sowie für das Gebiet in der Umgebung der Tropopause. Die Spektren verlaufen näherungsweise proportional zu k-5/3 und zeigen darin eine erfreuliche Übereinstimmung zu einer Theorie von S. Corrsin. Dies war bisher nur an Hand von Horizontalschnitten durch die Atmosphäre demonstriert worden. Durch die Bestätigung der Vorhersage von S. Corrsin bezüglich der Temperaturfluktuationen sind die vorliegenden Ergebnisse gleichzeitig eine experimentelle Stütze für eine theoretische Arbeit von S. H. Reiger, welche die Intensitätsszintillation im Visuellen als Folge der Schwankungen des Brechungsindexes untersucht und auf den Angaben S. Corrsins aufbaut.
In weiteren Messungen mit einer neuentwickelten Schallfeldsonde gelang eine simultane Bestimmung sowohl der Lufttemperatur als auch des Luftdrucks. Dabei entsprach die Neukonstruktion in Bezug auf Fluggeschwindigkeit, Auflösung und Meßgenauigkeit ungefähr der Feinstruktursonde. Ein Testaufstieg der Schallfeldsonde erbrachte zufriedenstellende Resultate im Hinblick auf atmosphärische Temperatur- und Druckprofile, auch die davon abgeleiteten Leistungsspektren hatten den erwarteten Verlauf. Darüberhinaus konnte auf Grund der Simultanmessungen von Druck und Temperatur der optische Brechungsmodul im Visuellen berechnet werden, wie an Beispielen vorgeführt wird.
 

Dissertation (42,06 Mb PDF file including figures)


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Last modified 06 Sep 2011
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