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Strahlungsbeobachtungen

Die langfristige Beobachtung der solaren und thermischen Strahlungsflüsse zwischen der Atmosphäre und der Erdoberfläche ist für die Klimaforschung von Bedeutung. Mittels hochpräziser Messungen können eine genaue Energiebilanz erstellt und die Klimaveränderungen studiert werden. Die Messung der UV-Strahlung trägt zu einer Verbesserung der Gesundheit der Bevölkerung bei.

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Strahlung ist die treibende Kraft beim Energieaustausch zwischen der Atmosphäre, den Ozeanen und der Erdoberfläche. Es wird erwartet, dass der direkteste Effekt der globalen Erwärmung ein Anstieg der infraroten Strahlung von der Atmosphäre zum Erdboden sein wird. Ein Ungleichgewicht im Strahlungsbudget sorgt nicht nur für Wetterdynamik, sondern ist auch der Treiber des Klimawandels. Dabei genügen bereits kleine Unterschiede zwischen der eintreffenden und den ausgehenden Strahlungsflüssen, um solche Prozesse in Gang zu bringen. Umso wichtiger ist es, dass die Strahlungsflüsse mit grosser Präzision gemessen werden. Die langfristige Beobachtung der Oberflächen-Strahlungsflüsse ist folglich eine wichtiger Bestandteil in der Überwachung des Klimawandels, bei welcher MeteoSchweiz im Rahmen des Global Atmosphere Watch Programms (GAW) aktiv mitwirkt.

Die Strahlung im Jahresverlauf

An den Stationen des schweizerischen Klimamessnetzes für alpine Strahlungsbeobachtungen (SACRaM, Swiss Alpine Climate Radiation Monitoring) misst MeteoSchweiz die Oberflächen-Strahlung, vom ultravioletten über den sichtbaren bis zum infraroten Bereich des Spektrums. Die Stationen befinden sich in, Locarno-Monti, Payerne und auf dem Jungfraujoch.

UV-Strahlung und ihre Einflussfaktoren

Die UV-Strahlung weist den höchsten Energiegehalt auf, der von der Sonne ausgeht. Übermässige Exposition gegenüber UV-Strahlung kann zur Schädigung der Haut und der Augen führen (Sonnenbrand, Hautkrebs, Trübung der Augenlinse). Die Intensität der UV-Strahlung hängt von vielen Faktoren ab. Dazu zählen Sonnenstand, Bewölkung und Bodenalbedo (Rückstrahlung des Bodens, die stark durch Schnee beeinflusst wird). Das atmosphärische Ozon (Messung des atmosphärischen Ozons) spielt ebenfalls eine wichtige Rolle, weil dieses einen Teil der UV-Strahlung in der Stratosphäre und der Troposphäre aufhält. Die höchste Station, die sich auf dem Jungfraujoch befindet, wird die stärkste UV-Strahlung gemessen. Die Gründe dafür liegen unter anderem an der dünneren Atmosphäre sowie an der Tatsache, dass ein grosser Teil der Umgebung während des gesamten Jahres schneebedeckt ist.

Die maximalen UV-Strahlungswerte werden im Sommer (Juni) erreicht und betragen 0,06 W/m2 in Payerne, Locarno-Monti und Davos, während auf dem Jungfraujoch Werte bis zu 0,08 W/m2 erreicht werden. Im Winter sind die Werte deutlich tiefer, allgemein ungefähr zehnmal weniger hoch.

Einfluss der Bewölkung auf die kurzwellige und langwellige Strahlung

Die maximale kurzwellige Globalstrahlung wird im Sommer (Juni) erreicht und betragen 350 W/m2 in Payerne, Locarno-Monti und Davos, während auf dem Jungfraujoch Werte bis zu 400 W/m2 erreicht werden. Im Winter sind die Werte deutlich tiefer, allgemein ungefähr viermal weniger hoch.

Zusätzlich zu den oben erwähnten Faktoren hängt die Intensität der Sonnenstrahlung ebenfalls von der Aerosolkonzentration (Surveillance des aérosols) in der Atmosphäre ab. Diese wird ebenfalls Aerosol-optische Dicke genannt und misst den Transparenzgrad der Atmosphäre. Auf dem Jungfraujoch ist die Aerosol-optische Dicke zum Beispiel in der Regel sehr niedrig, obwohl sie von ausgedehnten Störungen wie Sahara-Staub (Link auf SDE-Seite) oder lokalen Emissionen aus benachbarten Tälern beeinflusst wird.

Die Bewölkung hat einen grossen Einfluss sowohl auf die Sonnen- als auch auf die Wärmestrahlung, wobei der Effekt auf diese beiden Wellenlängenbereiche in der Regel gegenteilig ist. Während Wolken die Intensität der Sonnenstrahlung meist reduzieren, erhöhen sie in der Regel die Stärke der Wärmestrahlung und speichern die Wärme in den unteren Schichten der Atmosphäre.

Die höchsten langwelligen Strahlenwerte werden im Sommer (Ende Juli und im August) erreicht und betragen 400 W/m2 in Payerne und in Locarno-Monti, 350 W/m2 in Davos und etwas mehr als 300 W/m2 auf dem Jungfraujoch. Im Winter sind die Werte deutlich tiefer, allgemein nahezu 200-250 W/m2.

Längere Datenreihen der UV-Strahlung

MeteoSchweiz misst die ultraviolette Strahlung seit 1995 in Davos, seit 1996 auf dem Jungfraujoch, seit 1997 in Payerne und seit 2001 in Locarno-Monti. Angesichts der erheblichen Auswirkungen der UV-Strahlung auf die Gesundheit und das Ökosystem besteht ein Bedarf an längeren Datenreihen. Mittels Rekonstruktionsmethoden lässt sich die UV-Strahlung anhand von Ozon, Sonnenstand, Bewölkung und der Rückstrahlung des Bodens für zurückliegende Perioden berechnen. Für diese Parameter stehen längere Datenreihen zur Verfügung.

Die Rekonstruktion der UV-Strahlung wurde anhand von Messreihen für Arosa (Ozon) und Davos (Bewölkung) durchgeführt, die bis 1926 zurückreichen. Die Resultate zeigen, dass die UV-Strahlung über die gesamte Periode im Jahresdurchschnitt zwischen 5 und 10 Prozent schwankt. Den grössten Einfluss auf die Schwankung haben Ozon und Sonnenscheindauer. Die Veränderung der Schneebedeckung hat nur einen geringen Effekt. Die Hauptursache für den Anstieg der UV-Strahlung ab den späten 1970er Jahren liegt in der Verringerung der Ozonschicht. (Messung des atmosphärischen Ozons)

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