Ozonschichtdicke
und UVB - Monitoring | Stana Simic
 In Österreich werden am
Hohen Sonnblick seit 1994 kontinuierliche spektrale UV-Messungen entsprechend
den Qualitätsanforderungen des "Network for the Detection of Atmospheric
Change - NDACC" sowie Messungen des Gesamtozons durchgeführt. Damit ist
die an dieser Station ermittelte spektrale UV Datenreihe eine der längsten in
Europa.
Die messtechnische Bestimmung der spektralen UV-Strahlung ist schwierig
und technisch aufwendig. Das liegt zum einen am geringen Anteil der
UVB-Strahlung an der Globalstrahlung und zum anderen daran, dass die spektrale
Bestrahlungsstärke zu kürzeren Wellenlängen stark abfällt. Die Stabilität der
verwendeten Geräte muss über eine lange Messzeit gewährleistet sein, um z.B.
Langzeitveränderungen der UV-Strahlung erfassen zu können.
Wegen der
experimentellen Schwierigkeiten werden erst seit Anfang der neunziger Jahre
kontinuierliche spektral aufgelöste Messungen durchgeführt [McKenzie et al., 1992, Kerr et al., 1993,
Bais et al., 1993]. Die längsten mit Breitbandgeräten gemessenen
Datenreihen der UV-Strahlung sind nur bedingt zur Trendanalyse geeignet, weil
die Langzeitstabilität der Absolutempfindlichkeit schwieriger zu gewährleisten
ist als bei Spektralradiometern. Breitbangeräte haben im Allgemeinen größere
Messunsicherheiten als Spektralradiometer [Weatherhead et al., 1997].
Messungen mit Spektralradiometern sind zudem aussagkräftiger und liefern
wesentlich mehr Informationen zur Interpretation der Beobachtungen. Um die Messunsicherheit möglichst gering zu halten, ist sowohl eine
Qualitätskontrolle als auch eine Qualitätssicherung der Messgeräte notwendig.
Mit dem Brewer-Spektrophotometer werden sowohl
kontinuierliche Messungen der globalen UV-Strahlung, als auch Messungen des
Gesamtozons seit 1994 durchgeführt. Das Messgerät
befindet sich auf einem Suntracker, welcher, durch einen Kontrollrechner
gesteuert, der Sonne azimuthal folgt. Das Spektrophotometer besteht aus einem
Monochromatorteil, einem modifizierten Ebert-f/6-Spektrometer, einem
Photomultiplier, einem Diffuser und zwei Eichlampen. Der Monochromator besitzt
ein Beugungsgitter mit 1200 Linien pro mm und sechs Schlitzen, welche die sechs
gewählten Wellenlängen ausblenden. Einer dieser Ausgangsschlitze wird zur
Wellenlängenkalibrierung gegen eine Quecksilberreferenzlinie benötigt. Die
anderen fünf Schlitze, die in einem Spektralbereich zwischen 306 und 320 nm
liegen, sind für die Messungen bestimmt. Über ein steuerbares Umlenkprisma kann
einerseits die Strahlung im Zenit oder bei direkter Sonne gemessen werden,
andererseits besteht die Möglichkeit, mit den internen Kalibrierlampen
(Quecksilberlampe, Standardlampe zur Überwachung der spektralen
Empfindlichkeit) zu messen.
Zur Qualitätssicherung des
Brewer-Spektrophotometer wurden seit 1993 mehrere Gerätevergleiche und
Wartungs- und Kalibrationsüberprüfungen von der Firma International Ozone
Service (Int`l Ozone Services Inc.) am Hohen Sonnblick durchgeführt. Die erste
derartige Kampagne fand im Arosa im Jahr 1993 noch vor Aufstellung des Brewer
am Messort statt. Es folgten die Kampagnen in den Jahren 1996, 1999, 2002 und
2005. Die Abweichungen zum Referenzgerät liegen bei
Gesamtozonmessungen unterhalb 1% und für UVB-Messungen in einem Bereich von
±5%.
Das
Bentham-Spektralradiometer zur Durchführung spektraler kontinuierlicher
Feldmessungen an der Station Sonnblick wurde als stationäres System aufgebaut.
Es ist seit dem Jahr 1996 im Dauerbetrieb eingesetzt. Der zentrale Baustein des
Spektralradiometers ist der Doppelmonochromator, ein DM 150 der Firma Bentham,
der in der so genannten Czerny-Turner Konfiguration arbeitet. Die
spektralen UV-Messungen mit dem Bentham-Spektrophotometer werden kontinuierlich
jede halbe Stunde durchgeführt, in einem Spektralenbereich von 280-500 nm und
einem Wellenlängenabstand von 0.5 nm. Ein weiterer
Bentham-Doppelmonochromator DM150 wurde im Jahr 1997 in Großenzersdorf für den
mobilen Betrieb aufgebaut, welcher zur Qualitätskontrolle der stationären
Geräte und für Messkampagnen eingesetzt wird.
Die
globalen Veränderungen der Erdatmosphäre durch den Klimawandel beeinflussen die am Erdboden ankommende
Intensität der UV-Strahlung. Die Verringerung der Ozonschichtdicke in der
Stratosphäre führt zu einem Anstieg der biologisch aktiven UV-Strahlung.
Weitere wesentliche Faktoren für den Transfer der UV-Strahlung durch die
Atmosphäre sind Bewölkung, Aerosoltrübung und Albedo (Reflexion am Erdboden).
Gesamtozonmessungen
am Hohen Sonnblick (3106 m) bestätigen die seit 30 Jahren beobachtete
Ausdünnung der Ozonschicht über Mitteleuropa. Nach einer starken Abnahme bis
etwa zum Jahr 1993 scheint sich die Konzentration auf niedrigem Niveau zu
stabilisieren [Newchurch et al., 2003, Steinbrecht et al., 2004]. Die
nachgewiesene generelle Klimaänderung, verbunden mit einer Erwärmung der
Troposphäre und einer Abkühlung der Stratosphäre, lässt allerdings auch in
Zukunft eine weitere Beeinflussung der Ozonschicht erwarten.
Die
Monatsmittelwerte in Österreich lagen in den letzten 10 Jahren im Winter bis
20% und in den Sommermonaten bis 10% unter dem langjährigen Monatsmittel. An
einzelnen Tagen erreichte das Ozondefizit sogar Werte von nahezu minus 40%. Diese besonders niedrigen Werte (Ozon-Mini-Löcher) konnten in den letzten
Jahren immer häufiger beobachtet werden.
Sowohl die am Hohen
Sonnblick gemessenen Werte der Ozonschichtdicke als auch die täglich an den
verschiedenen Messstellen ermittelten UV-Index Werte werden im ORF-Teletext und
im Internet veröffentlicht (ORF-Teletext Seite 644, Internet:http://www.uv-index.at).
Aktuelle Werte des stratosphärischen Ozons über Österreich
Ansprechpartner:Stana Simic, BOKU-Wien, Institut für Meteorologie
Mag. Martin Kriech, Abteilung V/4 des Bundesministeriums für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft.
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