Fluctuation-dissipation theorem and intrinsic stochasticity of climate

Summary In climate dynamics the effect of internally generated fluctuations is usually described by augmenting the balance equations through the addition ofrandom forces. In this paper the properties of these forces are investigated. Afluctuation-dissipation theorem relating their covariance matrix to the phenomenological coefficients such as eddy diffusivity is proposed. The theorem is subsequently used to identify the statistical properties of the climatic variables themselves, and thus to characterize climatic variability from the standpoint of the statistical theory of irreversible processes. Applications to a simple thermal convection problem and to a zonally averaged energy-balance model are presented; the possibility of experimental verification is discussed.

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Riassunto Nella dinamica del clima si descrive solitamente l'effetto delle fluttuazioni generate internamente aumentando le equazioni del bilancio con l'aggiunta di forze casuali. In questo lavoro si studiano le proprietà di queste forze. Si propone un teorema di fluttuazione-dissipazione che correla la matrice di covarianza ai coefficienti fenomenologici come la diffusività turbolenta. Il teorema è usato successivamente per identificare le proprietà statistiche delle variabili climatiche stesse e per caratterizzare la variabilità climatica dal punto di vista della teoria statistica dei processi irreversibili. Si presentano applicazioni a un problema semplice di convezione termica e ad un modello di bilancio d'energia mediato a zone; si discute la possibilità di verifica sperimentale.

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Traduzione a cura della Redazione.     

A climatological diffusion model for ground level and elevated emissions in a weak-wind area

Summary This paper presents a climatological diffusion model for computing seasonal sulphur dioxide concentrations. The area under investigation is located in the Po Valley (Northern Italy), and is characterized by prevailing conditions of weak winds, with the presence of mountain and valley breeze. A large number of sulphur dioxide sources are located in this area: they are both urban emissions (due to home heating) and industrial emissions. A physical parametrization of the planetary boundary layer was achieved by using the results of experimental campaigns in the site. A detailed source inventory was compiled in order to supply correct input to the model. The paper presents the results obtained by simulations over a period of 2 years. The agreement between measured and computed concentrations confirms the soundness of the physical parametrizations of the model and makes it suitable to use it for planning future urban and industrial emissions in the area.

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Riassunto In questo lavoro si presenta un modello climatologico per lo studio della concentrazione media stagionale di anidride solforosa al suolo. L'area in esame è situata nella pianura Padana ed è caratterizzata da condizioni prevalenti di vento debole, con la presenza di brezze di monte e di valle. In questa zona sono presenti un numero elevato di sorgenti di diversa origine: emissioni urbane (dovute al riscaldamento domestico) ed emissioni industriali. La parametrizzazione fisica dello strato limite planetario è stata resa possibile dalla disponibilità di dati provenienti da campagne di misura effettuate in sito. Allo scopo di fornire al modello un corretto input si è dovuto effettuare un grosso sforzo per compilare un inventario delle sorgenti. In questo articolo si presentano i risultati ottenuti simulando un periodo di due anni. L'accordo tra i dati sperimentali e le concentrazioni simulate dimostra la corretta parametrizzazione del modello e lo rende disponibile come strumento di pianificazione delle emissioni urbane ed industriali nell'area in esame.

     

Solar, geomagnetic and seismic activity

Summary An 11-y modulation of large Italian earthquakes has been successfully identified and found to be positively linked to sunspot activity. The seismic activity appears to be modulated by the 11-y sunspot cycle through the coherent variation of geomagnetic activity. It is proposed that the two phenomena are linked by the influence of a magnetostriction process on stresses in the crust. An implication of this model is that geomagnetic storms may directly trigger large earthquakes.

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Riassunto L'analisi dei valori annuali delle macchie solari, della variazione geomagnetica interdiurna e dei grossi terremoti italiani ha permesso di identificare una significativa diretta modulazione undecennale dell'attività sismica da parte dell'attività solare attraverso la coerente variazione dell'attività geomagnetica con un relativo effetto magnetostrittivo sulle rocce crostali. Il modello proposto si rivela di pratica importanza per la previsione dei terremoti innescati da tempeste magnetiche.

     

Spatial and temporal plasma inhomogeneity effects on the luminescence of highly excited GaAs/AlGaAs multiple quantum well structures

Summary The effects on the luminescence lineshape of the spatial and temporal inhomogeneities of the electron-hole plasma generated by strong laser pulses in GaAs/AlGaAs multiple quantum well structures are experimentally investigated. It is found that inhomogeneities strongly affect the luminescence spectra and must be taken into account for a correct interpretation of the experimental data. The lineshape of the luminescence spectra is analysed using a statistical model that includes, in a simple way, the spatial and temporal inhomogeneities of the laser pulses used for excitation. A fair agreement is obtained with the experimental data; at the same time the values of the fit parameters turn out to be rather sensitive to the model assumed for describing the inhomogeneities. Therefore, caution has to be used when inferring plasma properties, such as the carrier density and temperature, from a lineshape analysis.

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Riassunto Si presenta, in questo lavoro, uno studio sperimentale degli effetti delle disomogeneità spaziali e temporali nei plasmi di elettroni e lacune generati da impulsi laser potenti in strutture a buche quantiche di GaAs/AlGaAs. Si trova che tali disomogeneità modificano fortemente gli spettri di fotoluminescenza e devono quindi essere considerate per una corretta interpretazione dei dati sperimentali. La forma di riga degli spettri di luminescenza viene analizzata mediante un modello statistico che include, in modo semplice, le disomogeneità spaziali e temporali degli impulsi laser usati per l’eccitazione. Si ottiene un accordo soddisfacente con i dati sperimentali e si trova che i valori dei parametri ottenuti dal fit dipendono in modo sensibile dal modello assunto per la descrizione delle disomogeneità. Grande cautela deve essere quindi usata nel dedurre le proprietà del plasma fotogenerato a partire da una analisi delle forme di riga.

     

Phenomenological models for nitrogen transport in tissues

Summary Transfer mechanisms and critical pressures are essential elements in decompression calculations and staged procedures. By coupling a multitissue transfer model to fitted critical pressures, decompression data can be synthesized for rapid numerical implementation in applications. Parametric fits to the critical nitrogen pressures are generated for the six tissue compartments (5, 10, 20, 40, 80, 120 min) at seal-evel with both linear and constant-pressure ratio extrapolations to altitude conveniently effected with the barometer equation. The macroscopic model used to transfer nitrogen in tissues is described and functional forms of the fit equations are motivated. Accurate exponential representations for mantle pressures and the well-known Cross altitude factors are also generated. Fitted critical tensions vary inversely as the approximate fourth root of the tissue half-life and increase linearly with depth. Air mantle pressures decrease exponentially with altitude and inverse temperature. Using bounce dive constraints, a set of single-tissue decay coefficients, which increase logarithmically with depth, are extracted from depth-dependent decompression criteria and contrasted with corresponding multitissue decay parameters. Bend statistics and a decompression titration experiment, which predicts decreasing critical ratios at depth, are discussed. Overlapping predictions of the models and correlations with experiment are identified.

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Riassunto I meccanismi di trasferimento e le pressioni critiche sono elementi essenziali nei calcoli della decompressione e nelle procedure a stadi. Accoppiando un modello di trasferimento a molti tessuti e pressioni critiche adattate, i dati di decompressione possono essere sintetizzati per un rapido incremento numerico nelle applicazioni. Approssimazioni parametriche alle pressioni critiche dell'azoto sono generate per sei componenti del tessuto (5, 10, 20, 40, 80, 120 min) a livello del mare con estrapolazioni sia lineari che a pressione costante del rapporto ad un'altitudine convenientemente ottenuta con l'equazione barometro. Si descrive il modello macroscopico per trasferire azoto nei tessuti e si forniscono le motivazioni delle forme funzionali delle equazioni di approssimazione. Sono anche prodotte accurate rappresentazioni esponenziali per pressioni mantello ed i ben noti fattori di altitudine di Cross. Le tensioni critiche approssimate variano inversamente come la radice quarta approssimata della vita media del tessuto ed aumentano in maniera lineare con la profondità. Le pressioni del mantello d'aria diminuiscono esponenzialmente con l'altitudine e la temperatura inverse. Usando costanti di immersione di rimbalzo, un gruppo di coefficienti di decadimento di singoli tessuti, che aumentano logaritmicamente con la profondità, è estratto dai criteri di decompressione dipendenti dalla profondità ed è in contrasto con il parametro di decadimento a molti tessuti. La statistica dei piegamenti ed un esperimento di titolazione della decompressione, che prevede rapporti critici decrescenti in profondità, sono discussi. Si identificano le previsioni sovrapposte dei modelli e correlazioni con l'esperimento.

     

Some climatic studies on the regime of the river Mahanadi basin

Summary An attempt has been made in the present paper to study some of the climatic aspects of the moisture as well as thermal regimes of the river Mahanadi basin. This type of study finds its importance in finding out, not only the water potentialities of a river, but also the thermic conditions that favour the growth and development of vegetation at and around the basin. The basic elements required for the present study have been obtained through the water balance procedure developed by Thornthwaite. The computed run-off values are well agreeing with the measured ones.

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Riassunto In questo lavoro si è fatto un tentativo di studiare alcuni degli aspetti climatici dellumidità e dei regimi termici del bacino del fiume Mahanadi. L'importanza di questo tipo di studio consiste nel ricavare non solo le potenzialità in acqua di un fiume, ma anche le condizioni termiche che favoriscono la crescita e lo sviluppo di vegetazione sopra e intorno al bacino. Gli elementi di base richiesti per questo studio sono stati ottenuti attraverso la procedura di bilancio dell'acqua messa a punto da Thornthwaite. I valori di fuoriuscita calcolati sono in buon accordo con quelli misurati.

     

Classificazione automatica delle conformazioni delle anse degli anticorpi

Sommario: I siti di legame con l'antigene degli anticorpi sono costituiti principalmente da sei anse, le RDC (Regioni determinante la complementarietà). La conformazione della catena principale di cinque di queste anse è descritta dal modello delle “strutture canoniche”, secondo il quale le catene principali di queste anse possiedono un repertorio di conformazioni limitato e discreto. Le conformazioni osservate per l'ultima ansa (RDC3 della catena pesante) sono molto più variabili, e qui ci limitiamo a distinguere fra le conformazioni di questa regione più vicine all'impalcatura. Dato il rapido aumento nella popolazione di strutture delle immunoglobuline nella banca dati, sarebbe utile avere un metodo automatico per identificare le strutture canoniche di un anticorpo. Abbiamo scritto un programma che accetta in entrata le coordinate di una struttura di un anticorpo, e assegna le strutture canoniche delle anse. Il programma utilizza (1) un insieme delle strutture di anticorpi conosciute e la definizione delle RDC in tutte queste strutture, e (2) le coordinate degli esempi che ci forniscono la definizione di ciascuna struttura canonica.

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Classificazione automatica delle conformazioni delle anse degli anticorpi

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Ricevuto il 10 Agosto 1999     

Local air circulations over a complex coastal site: a comparison among field surveys, hydraulic-and mathematical-model data

Summary The local air circulations over the La Spezia complex coastal site have been studied 1) with a series of field surveys; 2) by means of a scale model in the hydrodynamic channel and 3) by applying a Gaussian mathematical model. We present the conclusions of a comparison among the data of the three independent and complementary methods, relative to their respective degrees of confidence and completeness both for aerology and pollution behaviour. The main results are the following: 1) the hydraulic and mathematical models give fairly concording previsions, 2) the first one of them showed to be a powerful technique in planning studies of complex sites.

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Riassunto Sono state studiate le circolazioni atmosferiche locali sul sito costiero complesso di La Spezia 1) con una serie di campagne sperimentali, 2) mediante simulazione fisica su modello in vena idraulica e 3) con l'applicazione di un modello matematico gaussiano. Sono qui presentati e discussi i risultati del confronto fra i dati forniti da questi metodi di indagine indipendenti e complementari in termini digrado di attendibilità e di completezza, sia per l'aerologia del sito sia per il comportamento in esso degli inquinanti. Ne risulta essenzialmente che 1) i modelli idraulico e matematico forniscono previsioni generalmente ben concordanti, 2)il primo può essere proficuamente utilizzato per studi riguardanti siti complessi.

     

Thermodynamic approach to competition between surface and volume reactions

Summary Using the monolayer model, a thermodynamic approach is suggested in order to compare the surface reactivity to the volume reactivity under both equilibrium and nonequilibrium conditions (sorption and chemical processes). Capillary parameters, such as surface tension and surface dilation, have a direct influence on the efficiency of chemical reactions and on their stability.

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Riassunto Usando un modello monostrato, si suggerisce un approccio termodinamico per confrontare la reattività di superficie con quella di volume sia in condizioni di equilibrio che di non equilibrio (assorbimento e reazioni chimiche). Parametri capillari, sosì come la tensione di superficie e la dilatazione di superficie, hanno un'influenza diretta sull'efficacia delle reazioni chimiche e sulla loro stabilità.

     

A physical approach to air pollution climatological modelling in a complex site

Summary A Gaussian climatological model which takes into account physical factors affecting air pollutant dispersion, such as nocturnal radiative inversion and mixing height evolution, associated with land breeze and sea breeze regimes, respectively, has been applied to the topographically complex area of La Spezia (a basin surrounded by hilly terrain, located on the Italian coast). Results from the measurements of the dynamic and thermodynamic structure of the lower atmosphere, obtained by a series of field experiments, are utilized in the model to calculate SO₂ seasonal average concentrations. The model has been tested on eight three-monthly periods by comparing the simulated values with the ones measured at the SO₂ stations of the local air pollution monitoring network. Comparison of simulated and measured values was very satisfactory and proved the applicability of the implemented model for urban planning and establishment of air quality strategies also at a topoghraphically complex site.

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Riassunto Si presenta un modello climatologico gaussiano, completato con informazioni di tipo fisico atte a caratterizzare le proprietà di dispersione degl'inquinanti nell'atmosfera, per il sito a topografia complessa di La Spezia. Fattori come l'evoluzione dell'inversione termica notturna da irraggiamento e l'evoluzione dell'altezza di rimescolamento associate alla brezza di terra e di mare, rispettivamente, sono stati ricavati dai risultati di una serie di campagne sperimentali. Il modello è stato provato su otto trimestri confrontando i valori della concentrazione della SO₂ simulati dal modello con i valori misurati nelle otto stazioni di rilevamento della rete locale. L'accordo tra i valori simulati e misurati è alquanto soddisfacente e dimostra l'applicabilità del modello per la pianificazione degl'impianti che comportino l'emissione di SO₂ e per l'istituzione di una strategia di controllo della qualità dell'aria in un sito costiero a topografia complessa.

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Work carried out while the author was with IBM Italy, Scientific Center of Rome.     

Confronto critico tra kriging e analisi oggettiva

Riassunto Per la ricostruzione e la rappresentazione grafica di grandezze ambientali si fa spesso ricorso alla mappatura di isolinee. Per questo sono richiesti degli efficienti strumenti di interpolazione in grado di descrivere in modo obbiettivo e corretto il fenomeno in esame. In questo contesto la tecnica di interpolazione stocastica basata sulla teoria delKrigeage, applicata per lo più a fenomeni geologici in generale e idrologici, rappresenta un valido strumento automatico capace di produrre le mappe delle variabili in studio e del relativo intervallo di confidenza di ricostruzione. Analogo modello interpolativo è quello chiamato analisi oggettiva e prevalentemente adottato in campo metereologico-oceanografico. Entrambi i metodi ricostruiscono in modo obbiettivo le variabili in esame basandosi su due ipotesi statistiche: la convarianza dei dati osservati (variogramma) e il ?trend? dell'evento. Vengono qui confrontate le due tecniche, sia nel loro sviluppo teorico che nell'applicazione a due tipi di diversa informazione sperimentale (geologica ed oceanografica). Dall'esame complessivo che viene effettuato si conclude che i due metodi sono sostanzialmente identici. L'analisi oggettiva presenta comunque maggior generalità in quanto può essere applicata a campi dipendenti dal tempo.

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Summary Equicontour-line maps are often used in the reconstruction and in the graphic display of environmental phenomena. Effective and reliable interpolator tools are required to do this in the best objective manner. The stochastic-interpolation procedure based on the kriging technique satisfied this requirement and it is mostly applied to geological and hydrological problems. Along with the equicontour-plot map, the map of the standard deviation σ is given and provides the degree of reliability of the variable field reconstructed. A similar interpolation procedure, commonly used in meteorological-oceanographical fields, is called objective analysis. Both methods objectively reproduce the event under study, based upon two principal statistical hypotheses: the covariance of experimental data (variogram) and the trend of the occurrence. In this paper the two techniques are compared, either in their theoretical development, or in their application to the two different experimental data (geological and oceanographic). From the discussion which follows it can be concluded that the two methods are substantially identical. The objective analysis shows however more generality because it could be applied to time-dependent fields.

Lavoro eseguito nell'ambito del Progetto ?Sistema Lagunare Veneziano?.     

Electrohydrodynamic stability of a fluid layer. Effect of a tangential periodic field

Summary The electrohydrodynamic stability of a fluid layer influenced by a periodic tangential electric field is studied. The model allows for general forms of deformations of the interface. Two simultaneous ordinary differential equations of Mathieu type are obtained. The coupled equations are solved by the method of multiple-scale perturbations for small electric-field amplitude and stability conditions are discussed. It is found that the tangential field has a stabilizing effect except at resonance points. Graphs are drawn to illustrate the resonance regions in a parameter space. The tangential periodic field cannot stabilize a system which is unstable under a constant electric field.

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Riassunto Si studia la stabilità elettrodinamica di una strato fluido influenzato da un campo elettrico tangente periodico. II modello tien conto delle forme generali di deformazioni dell’interfaccia. Si ottengono due equazioni simultanee differenziali ordinarie del tipo di Mathieu. Le equazioni accoppiate sono risolte col metodo delle perturbazioni su scala multipla per piccola ampiezza di campo, elettrico e si dicutono le condizioni di stabilità. Si è trovato che il campo tangente, ha un effetto stabilizzante eccetto nei punti di risonanza. I grafici sono fatti per illustrare le regioni di risonanza in uno spazio di parametri. Il campo periodico tangente non può stabilizzare un, sistema che è instabile in un campo elettrico costante.

     

Neutron excitation of landau and collective modes in a magnetized plasma

Summary The response function for magnetic neutron scattering off electrons forming a one-component plasma, or jellium model, subject to a steady magnetic field, is calculated in the semi-classical limit in which Boltzmann statistics apply to the electron states. A complete expression for the response of an ideal plasma is given in a compact, closed form, amenable to numerical investigation, and including the dependence on electron parameters such as effective mass and gyromagnetic ratio. Effects due to the Coulomb interaction are discussed within the limitations of the random phase approximation. The theoretical results are used to predict the conditions that must obtain for the observation of neutron excitation of Landau and collective modes.

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Riassunto La funzione di risposta per lo scattering magnetico dei neutroni dagli elettroni che forma un plasma ad un componente, o modello di jellio, soggetto ad un campo magnetico fisso, è calcolata nel limite semiclassico nel quale la statistica di Boltzmann si applichi agli stati elettronici. Si dà un’espressione completa per la risposta di un plasma ideale in una forma compatta e chiusa adatta alla ricerca numerica e che include la dipendenza dai parametri elettronici come la massa efficace ed il rapporto giromagnetico. Si discutono gli effetti dovuti all’interazione di Coulomb entro i limiti dell’approssimazione di fase random. I risultati teorici sono usati per prevedere le condizioni che devono essere ottenute dall’osservazione dell’eccitazione dei neutroni di Landau e dei modi collettivi.

     

Measurements of the distribution of the flux of energy in the focus of a solar concentrator with visualization techniques

Summary This work analyses the setting-up of an optical head which allows the visualization of a section of the distribution of the flux of energy along the focal axis of optical systems in general and of solar concentrators in particular. A circular-type solar concentrator, with the reflector consisting of a plastic lamina aspirated by means of a pump, has been built. The distribution of the energy flux in the focus of this concentrator has been calculated by the theoretical method. Results are compared with experimental data obtained by means of the optical head.

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Riassunto Questo lavoro analizza la messa a punto di una testa ottica che consente la visualizazione di una sezione della distribuzione del flusso di energia lungo l'asse focale di sistemi ottici in generale e in particolare di concentratori solari. è stato realizzato un concentratore solare di tipo circolare, con riflettore costituito da una lamina di plastica aspirata mediante una pompa. La distribuzione del flusso energetico nel fuoco di questo concentratore è stata ricavata per via teorica. è stato fatto un confronto con misure sperimentali ottenute mediante la testa ottica.

     

Stochastic modelling of solar-radiation data

Summary Daily global solar-radiation sequences are studied for Italy. We show that the experimental data can be described as a first-order autoregressive stochastic process independent of locality or season: the only climatic information needed is the monthly average of the clearness index. We also show that the clearness index sequences can be transformed in sequences with normal distribution but with the same autocorrelation properties; it is then easy to construct synthetic sequences of radiation data with the same statistical properties as the real data, useful for performance prediction of solar systems.

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Riassunto Si analizzano le serie temporali dei valori giornalieriK _T (rapporto tra la radiazione solare globale su superficie orizzontale e la radiazione extra-atmosferica) per il territorio italiano. Si dimostra che i dati possono essere descritti con processi stocastici autoregressivi del primo ordine indipendentemente dalla località o stagione: la sola informazione necessaria è il valore medio mensile dei rapportiK _T . Si dimostra inoltre che le successioni dei valoriK _T possono essere trasformate in successioni con funzione di distribuzione normale e con le stesse caratteristiche statistiche di autocorrelazione dei dati originari; in tal modo è poi possibile costruire successioni di dati di radiazione, di lunghezza pari al numero di giorni in un mese e con le stesse proprietà statistiche dei dati sperimentali, utili per il calcolo delle prestazioni di sistemi solari.

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A mathematical model of the field of precipitations

Summary The authors illustrate a mathematical model for the interpretation of dry and rainy periods, which can also point out the periodicities of the timeseries of precipitations and their importance. The model has been applied to the pluviometric series of Genoa University (1833–1979) and it was checked by the hydrometric data of the Bisagno stream at La Presa (1962).

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Riassunto Gli autori illustrano un modello matematico per l’interpretazione dei periodi secchi e di quelli piovosi, modello che può anche individuare le periodicità inste nelle serie temporali delle precipitazioni e la loro rilevanza. Il modello è stato applicato alla serie pluviometrica dell’Università di Genova (1833–1979) ed è stato testato con i valori del livello idrometrico del torrente Bisagno a La Presa (1962).

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Work carried out in the field of the P.F.Promotion of the Environment Quality, subprogram 5 under the Contracts No. 44/80.01738.90/150.6148 and No. 56/79.01490.90/115.6148.     

Equilibrium formation and growth of droplets on soluble nuclei by adiabatic expansion

Summary A thermodynamic approach is used to describe the formation and the growth upon soluble nuclei due to an adiabatic expansion. Using the conservation laws, several parameters may be expressed as functions of pressure, which is here the only independent variable. In particular, the variation of the droplet radius with pressure is presented.

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Riassunto Si propone un modello termodinamico di formazione e crescita di gocce su nuclei solubili per effetto di un’espansione adiabatica. Sfruttando le leggi di conservazione è posibile esprimere vari parametri in funzione della pressione, che è qui l’unica variabile indipendente. Il modello mostra, in particolare, la variazione del raggio della goccia con la pressione.

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A linear investigation on separation in laminar and turbulent boundary layers over low hills and valleys

Summary Laminar and turbulent linear models of stratified flow over small-slope topography have been compared and used to estimate separation features for a single two-dimensional hill and for a valley made by a pair of hills. As far as single symmetric hills are concerned, the importance of the obstacle shape have been evidenced. For the near field, the local slope characteristic of the terrain profile are of overwhelming importance. For the two-hill case, the dependence of the separation site on valley width and stratification is very different for the two models. Ventilation in the valley is modulated by the ratio between the valley width and the buoyancy wave-length only in the laminar case, whereas the turbulent model does not show these features for the realistic roughness values considered here.

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Riassunto Si fa un confronto tra modelli linearizzati di flussi turbolenti e laminari su ostacoli bidimensionali con pendenze piccole, in varie condizioni di stratificazione. Tali modelli sono usati per stimare le condizioni di separazione per una collina o per una valle compresa tra due colline. Nel primo caso si è notata l'importanza della forma dell'ostacolo scelto. Le caratteristiche locali di pendenza della forma del terreno risultano determinanti per il campo di perturbazioni prossimo all'ostacolo. Nel caso della valle si è studiata la collocazione del sito di prima separazione in funzione dell'ampiezza della valle e della stratificazione ed è stata riscontrata una notevole differenza tra i due modelli. Si ha ventilazione nella valle quando la sua ampiezza è un multiplo intero della lunghezza d'onda di galleggiamento, solo nel caso laminare; il modello turbolento non mostra queste caratteristiche per valori realistici di rugosità.

     

Atmospheric effects on cosmic-ray muon intensities at deep underground depths

Summary On the basis of the theoretical calculation of the atmospheric effect on the cosmic-ray muon intensity, it is demonstrated that the following two anomalous facts recently reported from muon observations at deep underground stations can be attributed to the atmospheric-temperature effect. One is the remarkable dependence of the muon intensity on the atmospheric pressure observed at Poatina (365 m w.e. in depth) and Matsushiro (250 m w.e. in depth), which is contradictory to theoretical expectations, and the other is the semi-annual variation in the muon intensity at Matsushiro, which exhibits a striking contrast to annual variations usually observed at underground stations shallower than Matsushiro. In the present paper, the barometer coefficient and the partial temperature coefficient are also provided for various combinations of parameters such as the muon threshold energy and the zenith angle to meet any requirement of observations.

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Riassunto Sulla base del calcolo teorico dell'effetto atmosferico sull'intensità dei muoni dei raggi cosmici, si dimostra che due fatti anomali riportati recentemente riguardanti osservazioni muoniche in stazioni a grande profondità si possono attribuire all'effetto della temperatura atmosferica. Uno è la notevole dipendenza dell'intensità muonica dalla pressione atmosferica osservata a Poatina (365 m w.e. di profondità) e Matsushiro (250 m w.e. di profondità), che è in contraddizione con previsioni teoriche, e l'altro è la variazione semiannuale nell'intensità muonica a Matsushiro, che mostra un contrasto stridente con le variazioni annuali osservate solitamente in stazioni sotterranee meno in profondità di Matsushiro. In questo lavoro si forniscono il coefficiente barometrico e il coefficiente parziale di temperatura per varie combinazioni di parametri come l'energia di soglia muonica e l'angolo zenitale per soddisfare ogni esigenza di osservazione.

     

Thermally averaged orbital diamagnetism of a localized wigner oscillator

Summary Electron crystallization due to sufficiently strong Coulomb repulsions leads to a model of electrons oscillating about lattice sites in harmonic potentials. We have studied the orbital diamagnetism of such a localized Wigner oscillator in an applied magnetic field of arbitrary strength. The two contributions from orbital angular momentum and from Langevin-Pauli behaviour are separately calculated using Feynman's theorem. Possible relevance to the melting curve of the Wigner crystals in a magnetic field is pointed out.

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Riassunto La localizzazione di elettroni per effetto di repulsioni coulombiane sufficientemente forti porta ad un modello di elettroni che oscillano attorno a siti reticolari in potenziali armonici. Si studia il diamagnetismo orbitale di un siffatto oscillatore localizzato di Wigner in campo magnetico d'intensità arbitraria. Il contributo dovuto al momento angolare orbitale e quello di Langevin-Pauli sono calcolati separatamente mediante il teorema di Feynman. Si discute la possibile connessione dei risultati con il problema della curva di fusione del cristallo di Wigner in campo magnetico.