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Die im solaren Spektralbereich zu messende Strahlung stammt von der Sonne; die von der Erde emittierte Strahlung ist demgegenüber zu vernachlässigen. Diese solare Strahlung wird von den Prozessen in der Atmosphäre und am Boden der Erde modifiziert. Das bedeutet, dass zur Interpretation von Fernerkundungsmessungen im solaren Spektralbereich die Werte der am Oberrand der Atmosphäre eintreffenden Strahlung, die „extraterrestrische solare Strahlung“, Berücksichtigung finden müssen. Dies gilt sowohl für den spektralen Aspekt als auch für die absolute Intensität. Die absolute über die Wellenlängen integrierte Intensität der solaren Strahlung am Oberrand der Erdatmosphäre – die „Solarkonstante“ (Total Solar Irradiance, TSI) – beträgt im Mittel rund 1365 W/m² (Abb. 2.13).

Abb. 2.13

Variation der Solarkonstanten im Laufe der Jahre, bestimmt mittels Satellitenmessungen (nach Kopp, 18.10. 2011).

Im Laufe eines Jahres variiert die solare Bestrahlung der Erde etwas, da die Bahn der Erde um die Sonne kein exakter Kreis ist. Der mittlere Wert, wie er als Solarkonstante angegeben wird, gilt für den 4. April und 5. Oktober. Im Nordsommer vergrößert sich der Abstand zwischen Erde und Sonne, mit der Konsequenz, dass die Bestrahlung der Erde durch die Sonne Anfang Juli 3,3 % kleiner ist als im Mittel. Umgekehrt ist im Nordwinter die solare Strahlung gegenüber dem Mittelwert erhöht, und zwar bis zu +3,3 % Anfang Januar.

Die spektrale Zusammensetzung der Strahlung der Sonne wird durch deren Abstand natürlich nicht modifiziert. Sie entspricht im Mittel der eines Schwarzkörpers von rund 5800 K, mit einem Maximum bei rund 500 nm. Bei genauerer Betrachtung des Spektrums (Abb. 2.11) ist eine feine Struktur zu erkennen, mit stark unterschiedlicher Strahlung in eng benachbarten Wellenlängen. Da sich diese Strukturen in einer Abbildung wie Linien darstellen, werden sie als solche bezeichnet und nach ihrem Entdecker „Fraunhofer-Linien“ genannt. Sie entstehen durch Absorptionsprozesse in der Photosphäre der Sonne. Bei der Modellierung bzw. Interpretation von spektral hoch aufgelösten Messungen müssen diese Linien berücksichtigt werden. Da die Wellenlängen der einzelnen Linien sehr genau bekannt sind, können sie andererseits genutzt werden, um ein gemessenes Spektrum bezüglich der Wellenlänge zu kalibrieren.

Bei genauer Betrachtung der extraterrestrischen solaren Strahlungsflussdichte über einen längeren Zeitraum wird deutlich, dass diese – obwohl sie als Solar-„konstante“ bezeichnet wird – nicht wirklich konstant ist. Abbildung 2.13 zeigt ihre Variation während der letzten 30 Jahre, die aus hochwertigen Messungen mittels Satelliten, und damit ohne störende Einflüsse der Erdatmosphäre, bestimmt wurde. Dabei sind Messungen von verschiedenen Instrumenten zusammengeführt worden, die in der Abbildung durch die Farbe unterschieden werden. Weiter ist die Zahl der Sonnenflecken mit Monatsmittelwerten angegeben. Es ergibt sich der genannte mittlere Wert der Solarkonstanten von rund 1365 W/m², dem jedoch eine Variation im 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus überlagert ist. Weiter sind stärkere, kurzzeitige Schwankungen zu erkennen, die von Tag zu Tag mehr als 2 W/m² ausmachen können.

Neuere Untersuchungen, mit Radiometern bei denen das Streulicht im Messgerät noch weiter reduziert wurde, ergeben – wie in Abbildung 2.13 für ACRIM III, TIM und PREMOS ab dem Jahr 2000 zu sehen – einen kleineren Wert der Solarkonstanten von rund 1361 W/m² (Kopp and Lean, 2011). Diese Reduzierung um rund 4 W/m² gegenüber dem derzeit gebräuchlichen Wert der Solarkonstanten – der nach der seit 1977 geltenden Referenz-Skala für Sonnenstrahlung (WRR) immer noch gültig ist – hätte gewisse Konsequenzen für die absoluten Werte der Energiebilanz der Erde. Der absolute Wert der Solarkonstanten ist aber weniger relevant für Klimaänderungsuntersuchungen, bei denen es auf die relative zeitliche Variation ankommt. Weiter zeigt sich bei Umrechnung in eine %uale Abweichung, dass die in Abbildung 2.13 gezeigten Unterschiede zwischen der seit 2000 gemessenen solaren Strahlungsflussdichte und dem vorherigen Wert weniger als 0,3 % ausmachen und dass die kurzzeitlichen Schwankungen sogar nur rund 0,1 % der Solarkonstante betragen. Damit können diese Unsicherheiten bei satellitenmeteorologischen Untersuchungen generell vernachlässigt werden.