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WetterBlog 14/2015 | Sonne und so …

Was ist die Strahlungsbilanz?

19.02.2015

Das aktuelle Wetter ist ein guter Anlass, sich etwas näher mit der Sonne und ihrer Strahlung zu beschäftigen. Diese ist bekanntlich nicht nur für Sonnenbrand und die allgemeinen Lebensbedingungen auf unserem Planeten verantwortlich, sondern macht auch das ein oder andere mit dem Schnee.

Firnartiger Schnee in Tirol am heutigen Donnerstag. add_circle
Lea Hartl
Juho Karhu
Firnartiger Schnee in Tirol am heutigen Donnerstag.

Das aktuelle Wetter ist ein guter Anlass, sich etwas näher mit der Sonne und ihrer Strahlung zu beschäftigen. Diese ist bekanntlich nicht nur für Sonnenbrand und die allgemeinen Lebensbedingungen auf unserem Planeten verantwortlich, sondern macht auch das ein oder andere mit dem Schnee.

Dinge strahlen abhängig von ihrer Temperatur in einem bestimmten Wellenlängenbereich. Über 90% der Sonnenstrahlung hat Wellenlängen zwischen 0.2 und 4 Mikrometern, man spricht auch von kurzwelliger Strahlung. Die größten Intensitäten werden im sichtbaren Bereich erzielt (~0.38 – 0.78 Mikrometer). Die Erde, die Wolken und andere Bestandteile der Atmosphäre hingegen strahlen wegen ihrer geringeren Temperatur langwellig, d. h. mit Wellenlängen von etwa 4 bis 100 Mikrometern.

Die Strahlungsbilanz der Erdoberfläche setzt sich zusammen aus der jeweils eingehenden und ausgehenden kurzwelligen und langwelligen Strahlung. Die Sonnenstrahlung wird weiter unterteilt in diffuse und direkte Strahlung, wobei diffuse Strahlung erst nach Reflexion oder Streuung (beispielsweise an Wolken) auf der Erdoberfläche eintrifft. Die Albedo gibt an welcher Anteil der eintreffenden Strahlung von der Oberfläche reflektiert wird. Sie ist vor allem abhängig von der Art der Oberfläche und der Wellenlänge. Frischer Schnee reflektiert kurzwellige Strahlung fast vollständig, langwellige Strahlung wird hingegen großteils absorbiert.

Über das Jahr gesehen ändert sich die Menge an eintreffender Strahlung mit dem Sonnenstand: Steht die Sonne tief, trifft die Strahlung sehr schräg auf und wird auf eine größere Fläche verteilt, sodass pro Flächeneinheit geringere Mengen ankommen. Im Tiroler Lawinenlagebericht wurde diesen Winter eine Zeit lang darauf hin gewiesen, dass flache Südhänge mitunter leichter auszulösen wären als steile, da letztere auf Grund des bei tief stehender Sonne und hoher Hangneigung direkteren Einfallswinkels im Hochwinter mehr Sonne abbekommen.

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Der Einfluss einer Schneedecke auf die Strahlungsbilanz wird in folgender Abbildung deutlich (exemplarische Daten einer Wetterstation aus dem Ötztal, ca. 2600 m Höhe). Dargestellt ist die kurzwellige Strahlungsbilanz über ein Jahr, also eintreffende und reflektierte/ausgehende Sonnenstrahlung. Bis etwa Anfang April liegen die Kurven der ausgehenden und eintreffenden Strahlung nah zusammen, das heißt Schnee reflektiert die Sonnenstrahlung. Mit einsetzender Schneeschmelze wird zunehmend weniger reflektiert und die blaue Kurve sackt ab. Gut zu sehen ist auch der rasche Anstieg der eintreffenden Strahlung in den ersten Monaten des Jahres. Beim Skifahren spüren wir das an Schnee, der Anfang Januar tagelang pulvrig blieb und Mitte Februar doch schon recht schnell pampig wird.

 Während die Gesamtstrahlungsbilanz im Winter (bei Schnee) von den langwelligen Anteilen bestimmt ist, wird im Sommer die kurzwellige (Sonnen-)Strahlung wesentlich wichtiger. Ist die Gesamtstrahlungsbilanz negativ (mehr Strahlung wird abgegeben als eintrifft), kühlt die Oberfläche und die bodennahe Luft immer mehr ab. Ist sie positiv, steigt die Temperatur. 

Die Atmosphäre unserer Erde ist für die Sonnenstrahlung weitgehend durchlässig, das heißt die Strahlung wird nicht von den Bestandteilen der Atmosphäre absorbiert, sondern kann ziemlich ungehindert bis zur Oberfläche durchdringen. Langwellige Strahlung wird allerdings sehr wohl absorbiert und teils wieder zur Oberfläche zurück geworfen. Das ganze nennt sich Treibhauseffekt und sorgt dafür, dass wir es auf der Erde angenehm temperiert haben. Gäbe es ihn nicht, hätten wir auf der Erdoberfläche Temperaturen von etwa -18°C, anstatt der tatsächlichen mittleren Temperatur von ca. 14°C. Wasserdampf ist als wichtigstes Treibhausgas unserer Atmosphäre für den Großteil des natürlichen Treibhauseffekts verantwortlich. Den menschenverursachte Klimawandel Treibhauseffekt gibt es auch, man sollte ihn aber nicht mit der lebensnotwendigen, natürlichen Variante verwechseln.

500hPa Geopotential und Bodendruck heute (Donnerstag, 19.2., GFS) Gradientschwaches Hochdruckwetter im gesamten Alpenraum. add_circle
wetterzentrale.de
500hPa Geopotential und Bodendruck heute (Donnerstag, 19.2., GFS) Gradientschwaches Hochdruckwetter im gesamten Alpenraum.
Die Wetteraussichten

Am Freitag bleibt uns der Hochdruckeinfluss noch großteils erhalten, wobei in den Föhnstrichen der Südwind auffrischen dürfte und ein paar hohe Wolken das Kaiserwetter trüben. Am Wochenende sieht es bei starker Südströmung nach deutlichem Föhn im Norden und kräftigem Niederschlag im Süden aus. Kollege Orakel meldet sich dann bestimmt. Der Niederschlag dürfte auch auf den Norden übergreifen, aber nur in „ekliges Wetter“ Mengen. Nächste Woche ist dann für den Norden wieder mehr Potential da, mal sehen was draus wird.

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