Logo der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt
Symbolbild "Zeitschriften"

Treibhauseffekt genau messen

Neues Referenznormal für die Messung der von der Atmosphäre emittierten Infrarotstrahlung

PTB-News 1.2023
12.01.2023
Besonders interessant für

Meteorologie

Umwelt- und Klimaforschung

Innerhalb der europäischen Forschungsprojektserie „Metrology for Earth Observation and Climate“ wurde ein neuer Referenz-Schwarzkörper entwickelt: der „Hemispherical Blackbody“.

Der neu entwickelte HSBB zusammen mit einem Transfernormal

Die von der Atmosphäre in Richtung der Erde emittierte Infrarot-Strahlung (die atmosphärische Gegenstrahlung) wird weltweit von zahlreichen Messstationen kontinuierlich gemessen. Sie ist ein Maß für die Stärke des Treibhauseffektes, dessen Zunahme die Ursache für den Klimawandel ist. Die Messungen der atmosphärischen Gegenstrahlung werden typischerweise mit Pyrgeometern durchgeführt. Das sind spektral breitbandige Infrarot-Detektoren mit einem hemisphärischen Akzeptanzwinkel. Um langfristig die Aussagekraft und Vergleichbarkeit der Messdaten sicherzustellen, müssen diese Pyrgeometer regelmäßig kalibriert, d. h. messtechnisch auf Normale rückgeführt werden.

Der neue Referenz-Schwarzkörper, der Hemispherical Blackbody (HSBB), wurde von der PTB in Kooperation mit dem Physikalisch-Meteorologischen Observatorium Davos / World Radiation Center (PMOD/WRC) entwickelt. Der HSBB erfüllt die speziellen Anforderungen an diese Kalibrierungen und ist über die Strahlungstemperaturskala der PTB auf die Internationale Temperaturskala ITS-90 und damit auf das Internationale Einheitensystem (SI) rückführbar. Die Ergebnisse von Vergleichsmessungen mit dem am PMOD/WRC befindlichen Schwarzkörper-Normal, einer etablierten Referenz für die Messung der atmosphärischen Gegenstrahlung, zeigen eine sehr gute Übereinstimmung innerhalb einer Unsicherheit von 0,5 W/m2. Die typischen Unsicherheiten der Messung der atmosphärischen Gegenstrahlung liegen derzeit im Bereich von 5 W/m2. Als Transfernormal für den Vergleich wurde unter anderem ein Infrared Integrating Sphere-Instrument genutzt.

Während die bisherige Rückführung am PMOD/WRC auf Kontaktthermometrie und optischen Simulationen beruht, ermöglichen der HSBB und die Vergleichsmessungen eine zweite unabhängige Art der Rückführung. Gleichzeitig stellt die beobachtete Übereinstimmung in den Bestrahlungsstärke-Skalen von PMOD/WRC und PTB eine Validierung der bisherigen Rückführung dar. Diskrepanzen, die es bei den weltweiten Messungen der atmosphärischen Gegenstrahlung bisher gab und die in der Unsicherheit berücksichtigt wurden, können nun ausgeräumt und die Unsicherheit bei der Messung der atmosphärischen Gegenstrahlung verkleinert werden.

Ansprechpartner

Moritz Feierabend
Fachbereich 7.3
Detektorradiometrie und
Strahlungsthermometrie
Telefon: (030) 3481-7610
Opens local program for sending emailmoritz.feierabend(at)ptb.de

Wissenschaftliche Veröffentlichung

M. Feierabend, J. Gröbner, I. Müller, M. Reiniger, C. Monte: Bilateral comparison of irradiance scales between PMOD/WRC and PTB for longwave downward radiation measurements. Metrologia, akzeptiert (2022)

Opens external link in new windowdoi: 10.3390/ijerph182413289