Das ENSO-Phänomen

Sonnenstrahlung

Syn. Solarstrahlung, solare Strahlung; die von der Photosphäre der Sonne emittierte elektromagnetische Strahlung, die nach dem Planck'schen Strahlungsgesetz der Strahlung eines Schwarzen Köpers der Temperatur 6000 K entspricht. Sie wird auch als Kurzwellenstrahlung bezeichnet. Sonnenstrahlung weist eine bestimmte Spannbreite von Wellenlängen (Spektrum) auf, die von der Temperatur der Sonne abhängig sind. Sie ist in den sichtbaren Wellenlängen am stärksten.

Der größte Teil der solaren Strahlung gelangt bis zur Erdoberfläche. Diesen Vorgang, bei dem sich Strahlung unbeeinflusst durch ein Medium (hier die Atmosphäre) ausbreitet, nennt man Transmission. Allerdings hat die Atmosphäre auch Einfluss auf die Sonnenstrahlung durch:

• Reflexion
• Absorption und
• Streuung.

Diese Vorgänge führen zu einer Schwächung der Sonnenstrahlung, die als Folge der wechselnden atmosphärischen Bedingungen räumlich und zeitlich variabel ist.

Der mittlere Energiefluss der Sonnenstrahlung an der Obergrenze der Atmosphäre (extraterrestrische Sonnenstrahlung) wird als Solarkonstante bezeichnet. Das Maximum der spektralen Energieverteilung tritt im sichtbaren Bereich nach dem Wien'schen Verschiebungsgesetz bei 0,5 μm auf.

Das solare Strahlungsspektrum wird in drei Bereiche eingeteilt. 99 % der Energieabstrahlung erfolgt im Wellenlängenbereich 0,23-5 μm. An der Obergrenze der Atmosphäre sind davon 9 % UV-Strahlung, 45 % sichtbares Licht und 46 % Infrarotstrahlung. Beim Durchgang durch die Atmosphäre wird die Sonnenstrahlung insgesamt abgeschwächt (Extinktion), in einigen Wellenlängenbereichen erfolgt sogar eine fast gänzliche Auslöschung der Strahlung durch die atmosphärischen Gase und Spurenstoffe. Dies gilt u.a. für Wellenlängen < 0,29 μm, die in der zwischen 20-50 km auftretenden Ozonschicht weitestgehend absorbiert werden. Dadurch wird das Leben auf der Erde vor der gefährlichen UV-Strahlung geschützt. Weitere Schwächungen erfolgen durch die Streuung an Stickstoff- und Sauerstoffmolekülen sowie den Dunstpartikeln. Besonders im Infrarotbereich wird die Sonnenstrahlung von Wasserdampf- und Kohlendioxidmolekülen absorbiert, während das gesamte Spektrum durch die Dunstabsorption erheblich abgeschwächt wird.

Die Sonne ist mit ihrer Strahlung die Energiequelle, die Leben auf der Erde möglich macht. Sie stellt die Energie bereit, die Primärproduzenten (grüne Pflanzen, Algen) zum Aufbau von Biomasse nutzen. Sie treibt die Energietransporte in Atmosphäre und Ozeanen an.

Der Strahlungsantrieb durch die Sonne selbst unterliegt ebenfalls Schwankungen aufgrund variabler Solaraktivität, die nicht nur die häufig als Maßzahl verwendeten kühleren Sonnenflecken, sondern auch die weitgehend synchron auftretenden heißeren Sonnenfackeln und sonstigen Eruptionen umfasst. Aus Satellitenmessungen wissen wir mittlerweile, dass die Energieabgabe der Sonne (abgesehen von klimatisch irrelevanten Kurzzeitfluktuationen von einigen Wochen) derzeit nur im Größenordnungsbereich von 0,1 % schwankt, dabei aber signifikant positiv mit der Sonnenfleckenaktivität korreliert ist. Bei Aktivitätsmaxima wird die Wirkung der ausgedehnten kühleren Fleckenflächen durch die Zunahme von Fackeln und Eruptionen strahlungsenergetisch überkompensiert.