A comparative study of atmospheric conductivity at ground level and at one meter above ground

  • George A. O'Donnell
  • Victor F. Hess
Article

Summary

Observations made at various locations, with portable apparatus, from within New York City to one-hundred miles of the city show the following results: (1) The total conductivities at ground level and at one meter above ground are not equal. In general, the one-meter conductivity is greater than the ground during the day, but at night the ground value is the greater. Also, for high values of conductivity the total one-meter conductivity is greater than that at ground level. For lower values the reverse is the case. This might not be true for all locations. (2) The ratios of the polar conductivities of one sign at ground level to the corresponding values at one meter are not constant, and the ratio of the total conductivity at ground level to that at one meter is not constant. (3) These ratios depend upon wind velocities, the amount of pollution in the air, on the nature of the terrain, and upon the time, i. e., day or night.

(4) Under normal conditions, conductivity rises to an early morning maximum, the ground maximum rising more sharply that the one-meter, and remains fairly constant during the day but drops inthe late afternoon or early evening reaching a minimum between 20h and 22h. (5) When variation in conductivity takes place under constant turbulence (wind 0–1), the one-meter conductivities change more rapidly than those at the ground (except at the time of maximum), where terrain is level. Local conditions may alter the above (e. g., smoky air rising from lower ground). Also, under all conditions the one-meter conductivity is more variable than ground conductivity. (6) Our findings do not confirm those ofP. J. Nolan [1] andA. R. Hogg [2] that the unipolar (positive) conductivity at ground is almost equal to the total conductivity at one meter above ground.

Keywords

Ground Level Total Conductivity Ground Maximum Ground Conductivity Portable Apparatus 

Zusammenfassung

Unsere Beobachtungen über die atmosphärische Leitfähigkeit in Bodenhöhe und einen Meter darüber, die mit einem Gerdienschen Aspirator mit Wulf-Elektrometer in der näheren und weiteren Umgebung der Stadt New York (bis 160 km Entfernung) ausgeführt wurden, führten zu folgenden Resultaten: 1. Die totale Leitfähigkeit der Luft nahe dem Erdboden und in 1 m Höhe ist nicht gleich. Im allgemeinen ist bei höheren Werten die Leitfähigkeit in 1 m Höhe während der Tagesstunden größer als am Erdboden, während es in der Nacht umgekehrt ist. Bei niedrigen Werten der Leitfähigkeit kehrt sich dieses Verhältnis um; doch trifft dies möglicherweise nicht für alle Orte zu. 2. Das Verhältnis der polaren Leitfähigkeit je eines Vorzeichens am Boden zu der entsprechenden in 1 m Höhe ist nicht konstant; dasselbe gilt auch für die Gesamtleitfähigkeit. 3. Die numerischen Werte dieser Verhältniszahlen hängen von der Windgeschwindigkeit (Turbulenz), dem Gehalt der Luft an Verunreinigungen, den Terrainverhältnissen und der Tageszeit ab. 4. Normalerweise erreicht die Leitfähigkeit ein Maximum in den frühen Morgenstunden; dabei erfolgt der Anstieg zum Maximum am Boden steiler als in 1 m Höhe. Während des Tages bleibt die Leitfähigkeit ziemlich konstant, fällt dagegen am späten Nachmittag und erreicht ihr Minimum zwischen 20 Uhr und 22 Uhr. 5. Wenn bei konstanten Turbulenzbedingungen (Windstärke 0–1) eine Änderung der Leitfähigkeit erfolgt, so ändert sich die Leitfähigkeit über ebenem Terrain in 1 m Höhe stärker als am Boden (außer zur Zeit des Hauptmaximums). Lokale Verhältnisse (wie z. B. Rauch) können dies ändern. In allen Fällen ist die Leitfähigkeit in 1 m Höhe stärker veränderlich als am Boden. 6. Unsere Ergebnisse bieten keine Bestätigung der Resultate vonP. J. Nolan [1] undA. R. Hogg [2], wonach die positive Leitfähigkeit am Boden fast ebenso groß ist wie die gesamte Leitfähigkeit in 1 m Höhe über dem Boden.

Résumé

Nos mesures de la conductibilité atmosphérique au niveau du sol et à un mètre de hauteur effectuées avec un aspirateur de Gerdien et un électromètre de Wulf aux environs immédiats et lointains de New-York (jusqu'à 160 km de distance) ont conduit aux résultats suivants. 1. La conductibilite totale au niveau du sol n'est pas la même qu'à un mètre. En général pour les valeurs élevées la conductibilité est plus forte à un mètre qu'au sol pendant le jour; l'inverse a lieu la nuit. Pour les valeurs faibles le phénomène s'inverse, mais ce n'est pas nécessairement le cas partout. 2. Le rapport de la conductibilité polaire de chaque signe au sol à celle qui lui correspond à un mètre n'est pas constant; il en est de même pour la conductibilité totale. 3. La valeur numérique de ces rapports dépend de la vitesse du vent, de la teneur de l'air en impuretés, de la configuration du terrain et du moment de la journée.

4. La conductibilité atteint normalement un maximum dans les premières heures du jour; l'accroissement est alors plus rapide au sol qu'à un mètre. Pendant la journée la conductibilité reste sensiblement constante, décroît cependant en fin d'après-midi et atteint son minimum entre 20 et 22 heures. 5. Si par turbulence constante (vitesse du vent 0 à 1) il se produit une variation de la conductibilité, celle-ci varie plus fortement à un mètre qu'au niveau du sol en terrain plat (sauf à l'époque du maximum principal). Les conditions locales, comme la fumée par exemple, peuvent ici apporter des modifications. Dans tous les cas la conductibilité varie davantage à un mètre que sur le sol. 6. Nos résultats ne confirment pas ceux deP. J. Nolan [1] et deA. R. Hogg [2] selon lesquels la conductibilité positive au niveau du sol serait presque aussi grande que la conductibilité totale à la hauteur d'un mètre.

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Copyright information

© Springer-Verlag 1951

Authors and Affiliations

  • George A. O'Donnell
    • 1
  • Victor F. Hess
    • 1
  1. 1.Physics Department of the Fordham UniversityNew York

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