ARAD | Marc Olefs, Wolfgang Schöner

Im Rahmen des internen ZAMG Projekts ARAD (Initialprojekt Strahlungsmonitoring/Strahlungsmessnetz) wurde im September 2010 ein Suntracker mit Strahlungsmessgeräten installiert, seit Jänner 2011 läuft das Gerät im Testbetrieb.

Gemessen wird mit einer zeitl. Auflösung von einer Minute die Globalstrahlung (Pyranometer Kipp und Zonen CMP21), die Himmelsstrahlung (CMP21 abgeschattet), die langwellige Strahlung von oben (CGR4, abgeschattet) und die direkte Sonnenstrahlung (CHP-1). Der Tracker sorgt dafür, dass das CHP-1 kontinuierlich der Sonne nachgeführt wird und die Himmels- und langwellige Strahlung kontinuierlich abgeschattet werden. Die Geräte sind beheizt und belüftet und entspechen einem sehr hohen meteorologischen Messstandard (entsprechend BSRN Kriterien) (BSRN=Baseline Surface Radiation network; http://www.bsrn.awi.de/ ; Netzwerk von weltweit derzeit ca. 50 Stationen, die nach strengen Kriterien die Strahlungskomponenten messen). Somit werden am Sonnblick seit Jänner 2011 alle Kompnenten des Strahlungshaushaltes der Atmosphäre gemessen:

• Direkte Sonnenstrahlung
• Streustrahlung (Himmelsstrahlung)
• Die von der Erdoberfläche reflektierte (kurzwellige) Strahlung
• Die langwellige Wärmestrahlung, die von der Erdoberfläche ausgeht
• Die langwellige Wärmestrahlung, die aus der Atmosphäre zur Erde gelangt

Abbildung 1: Suntracker mit Strahlungsmessgeräten am Sonnblick Observatorium, 13.09.2010 (Foto:G.Weyss/ZAMG)

HINTERGRUND UND ZIELE

 Die Sonne ist der „Motor“ für Veränderungen des Erdklimas. Auf den verschiedenen Zeitskalen der Erdgeschichte kommen dabei ganz verschiedene Eigenschaften der Sonne aber auch der Erde zum Tragen. Auf der für die Menschheit wichtigen Zeitskala interessiert uns der Einfluss des Menschen auf den Strahlungshaushalt der Erdatmosphäre im Gegensatz zu den natürlichen Veränderungen. Das Projekt ARAD misst sehr präzise die verschiedenen Komponenten des Strahlungshaushaltes um den Einfluss des Menschen auf das Erdklima besser verstehen zu können und um zeitliche Veränderungen des Strahlungshaushaltes zu erfassen.

ARAD soll ein langfristiges und hochqualitatives Strahlungsmonitoring in Österreich etablieren. Das ARAD Netzwerk umfasst derzeit 5 Standorte: Wien Hohe Warte (seit Nov 2009) und Sonnblick (seit Jänner 2011)) (beide ZAMG betreut), Innsbruck (seit Juli 2011), Graz (ab Oktober 2011) (betreut von den jeweiligen Unis) sowie Kanzelhöhe (ab Herbst 2011) (Uni Graz).

Während andere Projekte am Sonnblick die natürlichen und anthropogenen Einflussgrößen (Aerosole, Gase) auf das Strahlungsklima erfassen, misst ARAD die Folgen dieser Einflüsse auf den Strahlungshaushalt. Der Sonnblick kann für das Fachgebiet der Strahlungsforschung auf eine lange und international hoch angesehene Tradition zurückblicken. Insbesondere Inge Dirmhirn und Franz Sauberer haben auf dem Sonnblick herausragende Arbeiten zum Strahlungsklima im Hochgebirge durchgeführt. Diese Tradition ist später nur teilweise fortgesetzt worden. ARAD möchte an diese Tradition anknüpfen und gleichzeitig  einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis des Klimasystems und des Einfluss des Menschen auf das Klima liefern.

Durch diese Messungen wird auch der so genannte Treibhauseffekt erfasst, wobei jedoch nicht unmittelbar zwischen dem vom Menschen verursachten und dem natürlichen Treibhauseffekt unterschieden werden kann. Erst die Einbeziehung von Modellrechnungen und anderer Atmosphärenmessungen am Sonnblick kann dazu Anhaltspunkte liefern.  

GLOBAL DIMMING UND GLOBAL BRIGHTENING

Neben dem Effekt der Treibhausgase auf die langwellige Wärmestrahlung ist auch der Einfluss der Aerosole auf die Sonnenstrahlung von besonderem Interesse. Durch verschiedene menschliche Aktivitäten ist insbesondere der Anteil des Sulfats in der Atmosphäre bis in die 1980er Jahre stark angestiegen. Der saure Regen und das Waldsterben waren eine Folge dieser hohen Sulfatkonzentrationen. Dies führte dann in den 1980er Jahren zu sehr wirksamen Maßnahmen zur Luftreinhaltung, wodurch der Anteil des Sulfats deutlich abnahm. Später erst erkannte man, dass diese Veränderungen der Luftqualität auch deutliche Veränderungen des Strahlungsklimas der Atmosphäre zur Folge haben. Durch den hohen Anteil an Sulfataerosolen und der dadurch verursachten Abminderung der Sonnenstrahlung, ist es in den 1970er Jahren zu einer leichten Abkühlung gekommen. Nach 1980 ist jedoch, durch die Luftreinhaltemaßnahmen, dieser Effekt verschwunden und die Erwärmung um so deutlicher ausgefallen. Der Aerosoleffekt hat somit den davon unabhängig funktionierenden Treibhauseffekt während dieser Zeit maskiert. Dieser abnehmende (Global Dimming) und zunehmende Trend (Global Brightening)  der Energie der Sonnestrahlung (Globalstrahlung) wurde sehr schön durch die Globalstrahlungsmessungen in Wien (Hohe Warte) erfasst (s. Abbildung 2).  
 

Abbildung 2: Zeitreihe der Globalstrahlung (= direkte + gestreute Sonnenstrahlung) in Wien Hohe Warte. Die blaue Linie zeigt den Effekt des Global Dimming, die rote Linie den Effekt des Global Brightening.