Strahlung ist die treibende Kraft beim Energieaustausch zwischen der Atmosphäre, den Ozeanen und der Erdoberfläche. Der Zustand unserer Atmosphäre und die durchschnittliche Erdtemperatur ergeben sich aus dem Gleichgewicht der verschiedenen Strahlungsflüsse zwischen diesen drei Komponenten. Ein Ungleichgewicht im Strahlungsbudget sorgt nicht nur für Wetterdynamik, sondern ist auch ein Treiber des Klimawandels.

Dabei genügen bereits kleine Unterschiede zwischen den 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 Oberflächenstrahlungsflüsse ist folglich ein wichtiges Kriterium bei der Überwachung des Klimawandels. MeteoSchweiz wirkt im Rahmen des Messprogramms Global Atmosphere Watch (GAW) aktiv an der Messung der Strahlungsflüsse mit.

Die Strahlung im Jahresverlauf

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

UV-Strahlung und ihre Einflussfaktoren

UV-Strahlung macht nur einen sehr kleinen Teil der Gesamtintensität der Sonnenstrahlung aus. Weil ihre Wellenlänge jedoch kürzer als die der sichtbaren Sonnenstrahlung ist, sind UV-Photonen energiereicher. Daher hat UV-Strahlung einen erheblichen Einfluss auf die menschliche Gesundheit: Eine übermässige UV-Exposition kann zu einer 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 es einen Teil der UV-Strahlung in der Stratosphäre und der Troposphäre aufhält. Die höchstgelegene Messstation, die sich auf dem Jungfraujoch befindet, zeichnet die stärkste UV-Strahlung auf. Die Gründe dafür liegen unter anderem an der dünneren Atmosphäre sowie der Tatsache, dass ein Grossteil der dortigen 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, in der Regel ungefähr zehnmal weniger hoch.

Einfluss der Bewölkung auf die kurzwellige und langwellige Strahlung

Die maximale kurzwellige Globalstrahlung wird im Sommer (Juni) erreicht und beträgt 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, in der Regel ungefähr viermal weniger hoch.

Zusätzlich zu den oben erwähnten Faktoren hängt die Intensität der Sonnenstrahlung auch von der Aerosolkonzentration (Aerosolüberwachung) in der Atmosphäre ab. Diese wird auch Aerosol-optische Dicke genannt. Dabei wird der Transparenzgrad der Atmosphäre gemessen. Auf dem Jungfraujoch ist die Aerosol-optische Dicke zum Beispiel in der Regel sehr niedrig, obwohl sie von ausgedehnten Störungen wie Sahara-Staub 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 erzeugte Effekt auf diese beiden Wellenlängenbereiche in der Regel ein entgegengesetzter 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 Locarno-Monti, 350 W/m2 in Davos und etwas mehr als 300 W/m2 auf dem Jungfraujoch. Im Winter sind die Werte deutlich tiefer, sie betragen in der Regel nahezu 200–250 W/m2.

Längere Datenreihen zur 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 Bodenrückstrahlung 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 Ausdünnung der Ozonschicht (Messung des atmosphärischen Ozons).