03.12.2012

Exakte Messung der Sonnenstrahlung: Ab 2013 Österreich im wichtigsten weltweiten Messnetz

©ZAMG/Weyss

Die ZAMG betreibt mit österreichischen Partnern das Projekt ARAD zur exakten Messung von Sonnenstrahlung und Wärmestrahlung. Ab 2013 wird ARAD Teil eines weltweiten Strahlungsmessnetzes mit höchsten Qualitätsansprüchen. Diese Daten helfen, regionale Wetter- und Klimamodelle zu prüfen und zu verbessern. Weiters sind mit ARAD-Daten erstmals in sehr hoher regionaler Genauigkeit Spezial-Anwendungen möglich, wie Standortsanalysen und Ertragsprognosen für Solaranlagen sowie Gutachten zur Blendwirkung von großen Glasflächen und Photovoltaik-Modulen.

Die Sonne ist der „Motor“ von Wetter und Klima. Kleine Änderungen in der Sonnen- oder Wärmestrahlung am Erdboden haben große Auswirkungen auf die thermischen Eigenschaften und die Zirkulation der Atmosphäre und der Ozeane. Exakt gemessene Strahlungsdaten sind daher ein wichtiger Baustein um das vergangene und zukünftige Klima der Erde besser verstehen zu können.

Erstmals fixes Messnetz statt gelegentlicher Messkampagnen

Um für Österreich optimale Messdaten zu ermitteln, wurde unter der Leitung der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) vor zwei Jahren das Projekt ARAD gestartet (Austrian RADiation – Strahlung in Österreich). ARAD dient der langfristigen Messung von Sonnenstrahlung und Wärmestrahlung in Österreich mit sehr präzisen Messgeräten. Davor gab es besonders bei der Wärmestrahlung der Atmosphäre nur einzelne, kurzfristige Messkampagnen. Die Messorte sind Wien, Sonnblick, Graz, Innsbruck und zukünftig die Kanzelhöhe in Kärnten. Die Projektpartner der ZAMG sind die Universität Innsbruck, die Karl-Franzens Universität Graz und die Universität für Bodenkultur (BOKU) in Wien.

Ab 2013: ARAD Teil des hochwertigsten weltweiten Strahlungsmessnetzes

Die Auswertungen der ersten Messergebnisse hat nicht nur die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in Österreich überzeugt. Projektmitarbeiter Marc Olefs von der ZAMG: „Ab 2013 ist die Sonnblickstation des österreichischen ARAD-Messnetzes eine von 57 Partnern im weltweiten hochqualitativen Strahlungsmessnetz BSRN. BSRN steht für Baseline Surface Radiation Network und hat das Ziel, Referenzdaten für die bodennahe Strahlung zu liefern. Somit können zum Beispiel Satellitendaten durch Messungen am Boden überprüft werden, und in Zukunft für Wetter- und Klimamodelle weltweite, flächendeckende Strahlungsdaten von Satelliten verwendet werden statt einzelner Stationsmessungen.“

Von der Klimaforschung bis zu Solar-Ertragsprognosen

Derzeit werden an der ZAMG aus den ARAD-Daten in Kombination mit Gelände-, Satelliten und Wettermodelldaten unterschiedlichste Anwendungen entwickelt. Marc Olefs: „Die ARAD-Daten sind zum einen für die Wetter- und Klimaforschung sehr wichtig, um regionale Vorhersagemodelle zu testen und zu verbessern. Zum anderen eröffnen sie eine neue Dimension bei vielen praktischen Anwendungen. Zum Beispiel können damit in Zukunft Standortanalysen (mittlerer zu erwartender Ertrag) und sogar Ertragsprognosen für Solaranlagen erstmals mit einer sehr hohen regionalen Genauigkeit erstellt werden.“

Durch die Kombination von präzisen Daten der Sonnenstrahlung mit hochaufgelösten Geländemodellen können auch exakte Gutachten über die potentielle Blendwirkung aufgrund von Strahlungsreflexionen an großen Glasflächen (z.B. von Gebäuden) oder von großen Photovoltaik-Flächen erstellt werden. Hier lassen sich sogar Geländekarten mit den potentiellen Störflächen und der jeweiligen Dauer ihrer Blendwirkung in Abhängigkeit vom Sonnenstand erstellen.

Für Wetter- und Schneevorhersage: Wechselwirkung von Sonne und Schneedecke

Auch bei der Verbesserung der Wettermodelle liegt ein Schwerpunkt in der Kombination von Messdaten mit Geländedaten. Marc Olefs: „Ein wichtiger Faktor für das regionale Wetter im Alpenraum ist die Wechselwirkung der Schneedecke mit der Atmosphäre. Wir arbeiten an der ZAMG gerade daran, mit Hilfe von ARAD die Strahlung auf die real geneigte Schneeoberfläche zu modellieren. Damit lässt sich erstmals österreichweit eine sehr realistische Oberflächenenergiebilanz der Schneedecke in hoher räumlicher Auflösung berechnen. Diese ist besonders für die Simulation von Aufbau und Abbau der Schneedecke wichtig. Mithilfe dieser und weiterer Daten wird dann ein Schneedeckenmodell angetrieben, das die zeitliche Entwicklung der Schneedecke über ganz Österreich in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung berechnen kann (Schneehöhe, Schneewasseräquivalent). Geplant sind diese Berechnungen für die letzten sechs Jahre, die jeweils aktuelle Situation in naher Echtzeit und eine Kurzfristprognose von ein bis zwei Tagen. Die Daten sind somit sowohl für die das aktuelle Wettergeschehen, als auch für Analysen der Vergangenheit von großer Bedeutung.“

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Bilder

Höchste Qualität: ARAD-Strahlungsmessgeräte am Sonnblick-Observatorium der ZAMG (Quelle ZAMG/Weyss)
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Gipfelgespräch: Prof. Atsumu Ohmura (Initiator des weltweiten Strahlungsmessnetzes BSRN) und Marc Olefs (ZAMG) beim Begutachten der ARAD-Messstation am Sonnblick (Quelle ZAMG/Weyss).
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Mittels ARAD kalibrierte Modelldaten: Wie viel Sonnenstrahlung trifft den Boden in Abhängigkeit von der Hangneigung und Hangexposition? Hier für einen Ausschnitt von Tirol. Im oberen Bild mit einer regionalen Auflösung von 1 km, im unteren Bild mit einer Auflösung von 100 m. Damit sind zum Beispiel Solar-Ertragsprognosen mit hoher regionaler Genauigkeit möglich. Quelle ZAMG (Höhenmodelldaten von NASA, SRTM).
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Video

Hochaufgelöste Simulation eines Sonnentages in Tirol: ->Link zum Video

Info zum Video: Die unterschiedliche Sonneneinstrahlung an einem Tag in Tirol. Die Simulation wurde aus der Sonnenposition, ARAD-Daten und einem Geländemodell (NASA/SRTM) in der Auflösung von 100 Meter erstellt. Das Ergebnis ist ein sehr realistischer Tagesgang, mit je nach Hangneigung und Hangexposition unterschiedlicher Sonneneinstrahlung. Damit sind spezielle Anwendungen mit hoher regionaler Genauigkeit möglich, wie Ertragsprognosen für Solaranlagen und Gutachten zur Blendwirkung von großen Glasflächen und Photovoltaik-Modulen.

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