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Spektralradiometrie solarer Strahlung – Erfahrungen und Perspektiven für die Zukunft

Kolloquium der Abteilung 4

Die Kenntnis der solaren Strahlung und ihrer Variabilität ist wichtig für viele Anwendungen in der Meteorologie, bei der Forschung und dem Einsatz der Solarenergie sowie in Medizin und Biologie. Der spektralen Strahldichte und ihrer zeitlichen Abhängigkeit in Abhängigkeit von Einfalls- und Azimutwinkel fällt dabei in Theorie und Praxis eine zentrale Rolle zu, weil sich aus deren Kenntnis die anderen Strahlungsgrößen berechnen lassen. Die solare spektrale Strahldichte ist sehr komplex und hängt ab von der Zeit, der Wellenlänge, dem Einfallswinkel, dem Azimutwinkel, dem Ort und der Polarisation; sie ist damit eine 10-dimensionale Größe. Die solare Strahlung wird theoretisch beschrieben durch die Strahlungstransfergleichung (STG), eine komplexe Integralgleichung, die nur mit hohem numerischem Aufwand lösbar ist. Die spektrale Strahldichte wird jedoch für viele Anwendungen gebraucht. Allerdings ist sie aufgrund der Schwierigkeit die notwendigen Eingangsgrößen zu kennen meist durch Modellierung quantitativ nicht gut beschreibbar. Daher kommt der Messung von spektraler Strahldichte und spektraler Bestrahlungsstärke für viele Anwendungen eine zentrale Rolle zu. Die WMO hat Geräteanforderungen für verschiedene Typen von Messgeräten und Anwendungen definiert, die hilfreich bei der Wahl der richtigen Messgeräte sein können. Die Dokumente enthalten neben den Gerätespezifikationen auch Richtlinien und Tipps zum richtigen Umgang mit solchen Messgeräten. Genaue Langzeitmessungen der spektralen Bestrahlungsstärke werden im UV-Bereich u.a. im Network for the Detection of Atmospheric Composition Change (NDACC) seit etwa 25 Jahren durchgeführt. Herkömmliche Messverfahren zur Messung der spektralen Strahldichte in Abhängigkeit von Einfalls- und Azimutwinkel sind zu langsam um die schnellen Änderungen erfassen zu können, die vor allem durch die Bewölkung hervorgerufen werden. Ein neu entwickeltes Messinstrument - das Advanced Multidirektionale Spektralradiometer (AMUDIS) wird vorgestellt, das die gleichzeitige Messung der spektralen Strahldichte vom UV bis NIR in mehr als 100 Richtungen mit einer Auflösung von ca. 1 Sekunde ermöglicht. Der Vortrag geht auf metrologische, meteorologische, medizinische und biologische Herausforderungen ein, die sich in den letzten 35 Jahren gestellt haben und in denen sich die Kenntnisse der PTB stets als sehr hilfreich erwiesen haben.