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Ozonmessungen

MeteoSchweiz überwacht mit verschiedenen Messgeräten die Ozonmengen in der Atmosphäre über der Schweiz. Dies ist wichtig, weil die Ozonschicht in der Stratosphäre einen grossen Teil der schädlichen solaren UV-Strahlung herausfiltert.

MeteoSchweiz verwendet verschiedene Methoden zur Ozonmessung, mit denen unterschiedliche räumliche und zeitliche Ebenen abgedeckt werden können. In Arosa messen Spektrophotometer die Durchlässigkeit der Atmosphäre für ultraviolette Sonnenstrahlung in verschiedenen Wellenlängen und berechnen daraus den Gesamtozongehalt in der Luftsäule. In Payerne wird das Ozonprofil direkt mittels Radiosondierungen erfasst. Ebenfalls in Payerne ist ein Mikrowellen-Radiometer im Einsatz, mit welchem die stratosphärische und mesosphärische Ozonkonzentration zwischen 20 und 70 km bestimmt wird.

Messung der Ozonsäule

Die Spektrophotometer basieren auf der Messung der Strahlungsabsorption im Bereich des UV-Lichts (300-330 nm) und erlauben es, die totale Ozonmenge zu messen, die in der Atmosphärensäule über der Messstation enthalten ist. In Arosa beispielsweise kommen die beiden unterschiedlichen Gerätetypen Dobson und Brewer zum Einsatz. 

Vergrösserte Ansicht: Bild des länglichen Instruments, auf einem Tisch montiert. Das Gerät steht im Inneren eines Raumes unter einer Glaskuppel, die zur Messung geöffnet wird.
Spektrophotometer des Typs Dobson, in Arosa im Einsatz.
© MeteoSchweiz

Das Dobson-Spektrophotometer misst die differentielle Intensität von Wellenlängenpaaren, wovon während des Durchquerens der Atmosphäre die eine schwach und die andere stark absorbiert wird. Daraus lässt sich die totale Ozonmenge ableiten. Um störende Effekte auszublenden, werden drei verschiedene Wellenlängenpaare gemessen und kombiniert. Die Überwachung der einzelnen Prozessschritte zur automatischen Messung der Ozonsäule ist computergesteuert (siehe Abbildung). Die in Arosa schon vor geraumer Zeit gestarteten Messreihen basieren auf diesem Messgerättyp.

Vergrösserte Ansicht: Bild eines Geräts, das auf einem Dreibein montiert ist; es steht im Freien auf einem Dach.
Spektrophotometer des Typs Brewer von Kipp & Zonen, in Arosa im Einsatz.
© MeteoSchweiz

Das Brewer-Spektrophotometer misst die absolute Intensität der Sonneneinstrahlung für vier Wellenlängen im Bereich von 310 bis 320 nm. Aus der gewichteten Summe dieser Messungen lässt sich die Ozonmenge ableiten. Dieses Gerät funktioniert automatisch und sehr zuverlässig; es ist seit über 30 Jahren in Arosa im Einsatz.

Messung des Ozonprofils

Vergrösserte Ansicht: Die Abbildung zeigt die Ozonsonde des Typs ECC (Electrochemical Concentration Cell) des Her-stellers ESNCI, wie sie in Payerne zum Einsatz kommt.
Ozonsonde des Typs ECC (Electrochemical Concentration Cell) des Herstellers ESNCI; die Sonde kommt in Payerne zum Einsatz.
© MeteoSchweiz

Dreimal pro Woche misst MeteoSchweiz das Ozonprofil mit einer Ballonsonde. Die Ozonsonde basiert auf der chemischen Reaktion der Ozonmoleküle (O3) mit Kaliumiodid (KI), das in den kleinen, weissen Kapseln enthalten ist. Die Luft wird ins Innere des Gehäuses gepumpt und dann in die Kapsel geführt, die eine wässrige Kaliumiodidlösung enthält. Gemäss dem Prinzip einer elektrochemischen Zelle kann die Ozonmenge in der Luft anhand der elektrischen Spannung zwischen zwei Elektroden gemessen werden. Dieses Gerät ist genügend leicht für den Aufstieg mit einem Wetterballon. Dies erlaubt eine präzise In-situ-Messung des Ozonprofils vom Boden bis zu einer Höhe von 30-35 km.

Weitere Systeme zur Messung des Ozonprofils

MeteoSchweiz verfügt über zwei weitere Methoden, um indirekt Ozonprofile durch das sogenannte «Remote Sensing» zu messen. Diese Messungen erfordern eine relativ komplexe Informationsverarbeitung und liefern ein Profil mit einer räumlichen Auflösung von 7-15 km, und das in einer Höhe von 20-70 km. Die erste Methode ist das Mikrowellenradiometer SOMORA, die zweite Methode (Umkehr Messungen or Umkehr Methode) ist eine Messung mit Hilfe von Dobson und Brewer, die bei Sonnenaufgang respektive -untergang durchgeführt wird (Umkehr-Methode).

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