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Treibhauseffekt genau messen

22.03.2023 13:29

Treibhauseffekt genau messen

Ein neues Referenzgerät der PTB erlaubt die genauere Bestimmung der Wärmestrahlung.

Die Welt als ein Treibhaus – dieses Bild meint: Die Sonnenstrahlung gelangt ungehindert hinein, als Wärme müsste diese Strahlung aus der Atmosphäre wieder hinausgelangen – aber leider verhindert dies das dicker werdende „Gewächshausdach“ aus Kohlendioxid und anderen Gasen. So wird die Erde immer wärmer, und unser Klima mit ihr. Um die Stärke des Treibhauseffekts kontinuierlich zu messen, werden Infrarotmessgeräte, sogenannte Pyrgeometer, eingesetzt. Die langfristige Verlässlichkeit dieser Messungen ist nun deutlich verbessert worden. Möglich macht das die Kalibrierung der Pygreometer mithilfe eines neuen Referenzgeräts der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB), das in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Metrologia beschrieben wird.

Ein Maß für die Stärke des Treibhauseffektes ist die atmosphärische Gegenstrahlung, jene Strahlung, die vom „Gewächshausdach“ zur Erde zurückgeworfen wird. Schon seit Jahren wird sie mithilfe von Pyrgeometern, die auf der Erde stehen, kontinuierlich gemessen. Diese Infrarotmessgeräte sind spektral breitbandig, erfassen also viele Wellenlängen. Sie decken auch einen sehr großen Winkel ab, sodass sie nahezu die gesamte Hemisphäre des Himmels überblicken. Um langfristig die Aussagekraft und die Vergleichbarkeit der Messdaten sicherzustellen, müssen Pyrgeometer regelmäßig kalibriert, also messtechnisch auf Normale rückgeführt werden.

Solch ein Normal ist der neue Referenz-Schwarzkörper, genannt Hemispherical Blackbody (HSBB), der von der PTB innerhalb der europäischen Forschungsprojektserie „Metrology for Earth Observation and Climate“ (MetEOC) in Kooperation mit dem Physikalisch-Meteorologischen Observatorium Davos / World Radiation Center (PMOD/WRC) entwickelt wurde. Er 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. Damit gibt es nun eine zweite unabhängige Art der Rückführung, zusätzlich zum bisherigen Verfahren am PMOD/WRC, das auf Kontaktthermometrie und optischen Simulationen beruht. 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, können nun ausgeräumt und die atmosphärische Gegenstrahlung genauer gemessen werden.

„Alles, was uns hilft, die Stärke des Treibhauseffektes genauer zu bestimmen, bringt uns einen Schritt weiter auf dem Weg, auch die Wirkung von Gegenmaßnahmen besser und schneller einschätzen zu können“, bringt es PTB-Physiker Christian Monte auf den Punkt.
(es/ptb)

Bildunterschrift:
Sonnenlicht (weiße Pfeile) wird auf der Erdoberfläche in Wärmestrahlung umgewandelt. Sie wird zurückgestrahlt (orange Pfeile). Ein Teil davon wird von Molekülen der Treibhausgase aufgenommen (Wasserdampf, Kohlendioxid und Methan) und in eine zufällige Richtung wieder emittiert, teilweise auch zurück zur Erde. (Quelle: Wikimedia / A loose necktie)

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Christian Monte, Leiter der Arbeitsgruppe 7.32 Infrarot-Radiometrie, Telefon: (030) 3481-7246, Opens local program for sending emailchristian.monte@ptb.de

Moritz Feierabend, Arbeitsgruppe 7.32 Infrarot-Radiometrie, Telefon: (030) 3481-7610, Opens local program for sending emailmoritz.feierabend@ptb.de

Originalpublikation:

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 60 (2), 2023, DOI: 10.1088/1681-7575/acbd51

Bilder

Treibhauseffekt (Schema)