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Der genaue Blick auf die Sonne

UV-Array-Spektralradiometer zur Messung der Ozonschichtdicke der Erdatmosphäre

PTBnews 1.2019
07.02.2019
Besonders interessant für

Klimaforschung

Meteorologie

In einer Kooperation zwischen der PTB und der Firma Gigahertz-Optik wurde ein neu entwickeltes kompaktes Array- Spektralradiometer charakterisiert und im Feldeinsatz getestet. Das Gerät kann ohne großen Aufwand und in kurzen Intervallen die direkte spektrale Bestrahlungsstärke der Sonne auf der Erde messen und erlaubt somit einen Rückschluss auf die Gesamtozonsäule der Erdatmosphäre.

Das Spektralradiometer blickt in 2400 m Höhe auf die aufgehende Sonne in Izaña.

Die Ozonschicht der Erdatmosphäre ist unser wichtigster Schutz vor der schädlichen UV-Strahlung der Sonne. Klimaveränderungen und Ozonschichtdicke stehen in einer engen Wechselwirkung zueinander, weshalb die Bestimmung der sogenannten Ozonsäule ein bedeutender Bestandteil weltweiter Untersuchungen zur Klimaveränderung ist. Sie ist ein Maß für die Gesamtmenge an Ozon in der Luftsäule zwischen Erdboden und oberem Rand der Atmosphäre. Genaue Messungen sind mit hohem materiellen und personalen Aufwand verbunden. Die Verwendung leicht zu bedienender und kompakter Array-Spektralradiometer für diesen Zweck scheiterte bislang an zu hohen Messunsicherheiten und systematischen Abweichungen bedingt durch Limitierungen der spektralen Auflösung, Dynamik und Streulichtunterdrückung.

Eine wichtige Eigenschaft des speziell für die Messung solarer UV-Bestrahlungsstärke neu entwickelten Gerätes ist die wirksame Reduzierung des Streulichts, eines kritischen Parameters für qualitativ hochwertige Spektralmessungen. Streulicht im Innern des Instruments wird durch geeignete Designanpassungen von vornherein physisch reduziert und kann durch Zusatzmessungen effektiv korrigiert werden. Das Instrument liefert somit präzise und stabile Messungen der direkten solaren UVBestrahlungsstärke. Hieraus lässt sich durch den Vergleich mit der simulierten spektralen Bestrahlungsstärke eines Strahlungstransfermodells die Ozonsäule zum Zeitpunkt der Messung ableiten.

Das Instrument wurde ausgiebig an der PTB in Braunschweig getestet und charakterisiert, bevor es am Atmosphärischen Observatorium Izaña auf Teneriffa an einer internationalen Vergleichsmesskampagne zur Bestimmung der Ozonsäule eingesetzt wurde. Die Vergleichsmessungen zeigten über den Zeitraum der Kampagne im Bereich der Messunsicherheiten eine sehr gute Übereinstimmung zu klassischen und aufwendigen Messverfahren mit Dobson- oder Brewer-Instrumenten.

Durch seinen kompakten Aufbau und die schnelle kontinuierliche Messfolge ermöglicht das Spektralradiometer eine wirksame Ergänzung zu den etablierten Messverfahren. Dadurch besteht beispielsweise die Möglichkeit, ein engeres Messnetz und mobile Messstationen aufzubauen, die eine teilautomatisierte Bestimmung der Ozonsäule weltweit ermöglichen.

Ansprechpartner

Peter Sperfeld
Fachbereich 4.1
Photometrie und
Spektroradiometrie
Telefon: (0531) 592-4144
Opens window for sending emailpeter.sperfeld(at)ptb.de


Stefan Riechelmann
Fachbereich 4.5
Angewandte Radiometrie
Telefon: (0531) 592-4149
Opens window for sending emailstefan.riechelmann(at)ptb.de

Wissenschaftliche Veröffentlichung

R. Zuber, P. Sperfeld, S. Riechelmann, S. Nevas, M. Sildoja, G. Seckmeyer: Adaption of an array spectroradiometer for total ozone column retrieval using direct solar irradiance measurements in the UV spectral range. Atmos. Meas. Tech. 11, 2477–2484 (2018)