Die Weltorganisation für Meteorologie (WMO) wurde im Jahr 1950 gegründet und ersetzte die im Jahr 1873 gegründete Internationale Organisation für Meteorologie (IMO).

Die Konvention zur Gründung der WMO trat am 23. März 1950 in Kraft. Um diesen Tag in Erinnerung zu behalten, wurde der Welttag für Meteorologie am 23. März eingeführt. Das Motto des diesjährigen Welttags der Meteorologie lautet „Die Sonne, die Erde und das Wetter“ („The Sun, the Earth and the Weather“).

Bei dieser Gelegenheit möchte MeteoLux Ihnen einen kurzen Einblick geben in die Theorie des Strahlungshaushalts der Erde und in die Methodik der alltäglichen Messung der Sonnenstrahlung am Flughafen Luxemburg-Findel.

Strahlungshaushalt der Erde

Die Sonne ist eine natürliche Lichtquelle, deren Energie durch die Fusion von Wasserstoff zu Helium erzeugt wird. Diese Energie ist unerlässlich für die Entwicklung der Organismen im Ökosystem der Erde (z.B. Photosynthese).

Die Sonnenoberfläche (Photosphäre) besitzt eine Temperatur von etwa 5500 °C und sie emittiert elektromagnetische Wellen mit hohen Frequenzen. Die solare Einstrahlung an der oberen Grenze der Atmosphäre (top of atmosphere TOA; siehe Abb. 1) besitzt im Mittel eine Strahlungsflussdichte von etwa 1361 W/m² [1].Verteilt man diese Leistung auf die komplette Fläche der Erde, so erhält die Erde im Mittel rund 340 W/m² (Abb. 1). Beim Durchqueren der Erdatmosphäre und beim Auftreffen am Erdboden wird die kurzwellige Sonnenstrahlung sowohl absorbiert als auch reflektiert (Abb. 1). Dabei wird ungefähr 70 % der Sonneneinstrahlung absorbiert und rund 30 % wird zurück in den Weltraum reflektiert und kann somit nicht zur Erwärmung der Erde beitragen (Abb. 1). Außerdem erhält die Atmosphäre weitere Energie durch die vom Boden und den Ozeanen ausgehenden sensiblen und latenten Wärmeflüsse (Abb. 1), welche wiederum indirekt von der Sonneneinstrahlung abhängig sind.

Darüber hinaus wird die vom Erdboden absorbierte Energie im langwelligen Bereich wieder in die Atmosphäre und den Weltraum ausgestrahlt (Abb. 1). Diese infrarote Strahlung wird zum Teil von der Atmosphäre absorbiert aufgrund der Präsenz von Treibhausgasen (z.B. CO₂, H₂O, …) und anschließend erneut in Richtung Erdboden emittiert (Abb. 1). Entsprechend beeinflussen anthropogene Aktivitäten den Strahlungshaushalt der Erde, beispielweise durch die Emission von Treibhausgasen oder durch Bodennutzung (Albedoeffekt; die Albedo entspricht dem Verhältnis von reflektiertem zu einfallendem Sonnenlicht).
Abb. 1: Schema der globalen Strahlungsbilanz im Jahresmittel. Die gelben Pfeile zeigen die kurzwellige solare Strahlung und die orangen Pfeile zeigen die langwellige Wärmestrahlung. Die Einheit ist W/m². Die Zahlenwerte in Klammern geben das Unsicherheitsintervall an. Quelle: [2].

Messmethode der Sonnenscheindauer am Findel

Am Flughafen Luxemburg-Findel erfolgt die Messung der Sonnenscheindauer durch ein optisches Messprinzip, der sogenannte Heliograph nach Campbell-Stokes (Abb. 2). Dabei wird die eintreffende Sonnenstrahlung mit einer als Sammellinse dienenden Glaskugel gebündelt und damit auf einem Registrierstreifen aus Papier eine Brennspur erzeugt. Die Länge der Brennspur ist somit ein Maß für die Sonnenscheindauer. Nach Sonnenuntergang wertet der Wetterbeobachter den Papierstreifen mit in einer Genauigkeit von Zehntelstunden aus. An automatischen Wetterstationen wird die Sonnenscheindauer üblicherweise mit einem Pyranometer gemessen.

Abb. 2: Der Heliograph nach Campbell-Stokes befindet sich auf dem Balkon des bemannten Wetterbeobachtungspostens am Flughafen Luxemburg-Findel.

Statistische Auswertung der Sonnenscheindauer

Infolge der Jahreszeiten und dem häufig wechselnden Bewölkungsgrad ist die Sonneneinstrahlung sehr variabel in Luxemburg. Dies spiegelt sich auch in den Extremwerten wider, die an der Wetterstation am Flughafen Luxemburg-Findel gemessen wurden. Die niedrigste Sonnenscheindauer seit Beginn der Wetteraufzeichnungen im Jahr 1947 betrug 3,7 Stunden im Dezember 1993. Dagegen war der Mai 1989 der sonnenscheinreichste Monat mit 356 Stunden Sonnenschein. Wenn man sich auf die jährlichen Daten bezieht (siehe Abb. 3), ist zu erkennen, dass zwei der drei sonnenscheinreichsten Jahre im 21. Jahrhundert aufgetreten sind. Dazu gehören das Jahr 2003 mit 2278,4 Stunden und das Jahr 2018 mit 2098,3 Stunden Sonnenschein (Abb. 3). Der zweite Rang belegt das Jahr 1959 mit insgesamt 2102,6 Sonnenstunden (Abb. 3). Eine lineare Regressionsanalyse der jährlichen Sonnenscheindaten vom Findel zeigt eine leichte Zunahme der Sonnenscheindauer seit 1947 (Abb. 3). Dieser positive Trend lässt sich auch in den Mittelwerten der verschiedenen klimatologischen Referenzperioden wiederfinden (1961-1990 und 1981-2010). Während der Referenzperiode 1981-2010 schien die Sonne im Jahresmittel 1724,9 Stunden lang, was einer Zunahme von 94,8 Stunden entspricht im Vergleich zur Referenzperiode 1961-1990 (1630,1 Stunden). Die Daten der monatlichen Sonnenscheindauer sind auf dem Open Data Portal der Regierung des Großherzogtums Luxemburg frei verfügbar [3].