Sonnenstrahlung dringt ungehindert in die Erdatmosphäre ein und sollte sie normalerweise als Wärme verlassen. Leider wird dies durch das sich verdickende „Treibhausdach“ aus Kohlendioxid und anderen Gasen behindert.
Deshalb wird die Erde wärmer – und damit auch unser Klima. Um das Ausmaß des Treibhauseffekts kontinuierlich zu messen, werden Infrarotmessgeräte, sogenannte Pyrgeometer, eingesetzt. Die Langzeitzuverlässigkeit dieser Messungen wurde nun deutlich verbessert. Möglich wird dies durch die Kalibrierung der Pyrgeometer mit einem neuen, von der PTB entwickelten Referenzgerät, das in der aktuellen Ausgabe von beschrieben wird Metrologie.
Das Maß für den Treibhauseffekt ist die atmosphärische langwellige Abwärtsstrahlung, also die Strahlung, die vom „Treibhausdach“ zurück zur Erde reflektiert wird. Sie wird seit Jahren kontinuierlich mit Pyrgeometern auf der Erde gemessen. Diese Infrarot-Messgeräte decken ein breites Spektralband ab, dh sie erfassen viele Wellenlängen.
Außerdem decken sie einen sehr weiten Winkel ab, sodass sie fast die gesamte Himmelshalbkugel überwachen können. Um die Aussagekraft und die Vergleichbarkeit der Messdaten langfristig zu gewährleisten, müssen Pyrgeometer regelmäßig kalibriert, dh messtechnisch auf Normale rückgeführt werden.
Der neue Referenz-Schwarzkörper, genannt „Hemispherical Blackbody“ (HSBB), ist ein solcher Standard. Es wurde in der PTB in Zusammenarbeit mit dem Physikalisch-Meteorologischen Observatorium Davos / World Radiation Center (PMOD/WRC) im Rahmen der europäischen Forschungsprojektreihe „Metrology for Earth Observation and Climate“ (MetEOC) entwickelt.
Die HSBB erfüllt die spezifischen Anforderungen für solche Kalibrierungen und ist über die Strahlungstemperaturskala der PTB auf die Internationale Temperaturskala ITS-90 und damit auf das SI, das Internationale Einheitensystem, rückführbar. Damit steht neben dem bislang auf Kontaktthermometrie und optischen Simulationen basierenden Verfahren bei PMOD/WRC nun ein zweites eigenständiges Traceability-Verfahren zur Verfügung.
Gleichzeitig dient die beobachtete Übereinstimmung zwischen den radiometrischen Skalen für die Bestrahlungsstärke des PMOD/WRC und der PTB der Validierung der zuvor hergestellten Rückführbarkeit. Bislang festgestellte Diskrepanzen bei den weltweiten Messungen der atmosphärischen langwelligen Abwärtsstrahlung können nun ausgeschlossen und diese Strahlung nun genauer gemessen werden.
„Alles, was uns hilft, das Ausmaß des Treibhauseffekts genauer zu bestimmen, bringt uns einen Schritt näher, die Wirkung von Gegenmaßnahmen besser und schneller abzuschätzen“, sagt PTB-Physiker Christian Monte.
Mehr Informationen:
Moritz Feierabend et al, Bilateraler Vergleich von Bestrahlungsstärkeskalen zwischen PMOD/WRC und PTB für langwellige Abwärtsstrahlungsmessungen, Metrologie (2023). DOI: 10.1088/1681-7575/acbd51