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sonne:globalstrahlung

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sonne:globalstrahlung [2017/08/14 15:05]
sarina [UV-Strahlung]
sonne:globalstrahlung [2019/02/23 16:34] (current)
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   * im Infraroten führen Rotations- und Vibrationsübergänge in **Wasserdampf** (H<​sub>​2</​sub>​O) und Kohlendioxid (CO<​sub>​2</​sub>​) die Absorption. IRB Strahlung oberhalb von 1400 nm wird somit stark abgeschwächt.   * im Infraroten führen Rotations- und Vibrationsübergänge in **Wasserdampf** (H<​sub>​2</​sub>​O) und Kohlendioxid (CO<​sub>​2</​sub>​) die Absorption. IRB Strahlung oberhalb von 1400 nm wird somit stark abgeschwächt.
  
-In der Summe wird bei senkrechtem Sonnenstand 17,7% der Strahlung in der Atmosphäre absorbiert (0,3% Sauerstoff, 1,8% Ozon, 4,1% Aerosol, 4,7% Rayleighstreuung,​ 6,8% Wasserdampf) {{wikindx>69}}.+In der Summe wird bei senkrechtem Sonnenstand 17,7% der Strahlung in der Atmosphäre absorbiert (0,3% Sauerstoff, 1,8% Ozon, 4,1% Aerosol, 4,7% Rayleighstreuung,​ 6,8% Wasserdampf) {{wkx>69}}.
  
 [{{ :​thermo:​waermestrahlung_sun.png?​600 |Referenzsonnenspektrum der ASTM (Luftmasse 1.5, Zenitwinkel 48°)  }}]{{clear}} [{{ :​thermo:​waermestrahlung_sun.png?​600 |Referenzsonnenspektrum der ASTM (Luftmasse 1.5, Zenitwinkel 48°)  }}]{{clear}}
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-Die Beleuchtungsstärke an der Erdoberfläche hängt vom Wetter (Absorption durch Bewölkung) und vom Sonnenstand (Tages- und Jahreszeit) ab. Bei völlig klarem Himmel ergibt sich die Beleuchtungsstärke aus der Sonnenhöhe $\alpha$: $E = 128\mathrm{klx}\mathrm{e}^{-0.5/​sin(\alpha)}$ {{wikindx>15}}. Die Sonnenhöhe berechnet man aus der Deklination (δ Abhängig von der Jahreszeit) und der Lage des Ortes (Breitengrad β) in Abhängigkeit der Uhrzeit (t): sin(α) = sin(β)sin(δ) - cos(β)cos(δ)cos(15t)+Die Beleuchtungsstärke an der Erdoberfläche hängt vom Wetter (Absorption durch Bewölkung) und vom Sonnenstand (Tages- und Jahreszeit) ab. Bei völlig klarem Himmel ergibt sich die Beleuchtungsstärke aus der Sonnenhöhe $\alpha$: $E = 128\mathrm{klx}\mathrm{e}^{-0.5/​sin(\alpha)}$ {{wkx>15}}. Die Sonnenhöhe berechnet man aus der Deklination (δ Abhängig von der Jahreszeit) und der Lage des Ortes (Breitengrad β) in Abhängigkeit der Uhrzeit (t): sin(α) = sin(β)sin(δ) - cos(β)cos(δ)cos(15t)
  
-Nur ein Teil des Lichts erreicht den Erdboden daher auf direktem Weg von der Sonne, ein gewisser Anteil wird in der Atmosphäre gestreut, es kommt als Himmelsstrahlung auf den Erdboden. Die Wassermoleküle,​ Staubteilchen etc. in der Luft streuen hohe Frequenzen besonders stark. Man nennt diesen Vorgang Rayleigh-Streuung. Er bewirkt dass aus dem direkten Sonnenstrahl die hohen Frequenzen (blaues Licht) herausgefiltert werden, und nur die niedrigen Frequenzen (gelbes, rotes Licht) übrig bleiben. Diese Filterung ist um so stärker, je dicker die Luftschicht ist, die das Sonnenlicht durchdringen muss. Daher ist die Sonne rot gefärbt, wenn sie nahe am Horizont steht. Das direkte Sonnenlicht hat immer eine etwas geringere Farbtemperatur als die 5.700 Kelvin. Der Anteil der Himmelstrahlung variiert mit dem Sonnenstand und der Wellenlänge {{wikindx>69}}. Während bei 10° Sonnenstand insgesamt 88% der Globalstrahlung Himmelsstrahlung sind, ist es bei 90° Sonnenstand nur noch 29%. Selbst bei 90° Sonnenstand kommen noch 70% der Strahlung bei 300 nm vom Himmel und nicht direkt von der Sonne {{wikindx>69}}.+Nur ein Teil des Lichts erreicht den Erdboden daher auf direktem Weg von der Sonne, ein gewisser Anteil wird in der Atmosphäre gestreut, es kommt als Himmelsstrahlung auf den Erdboden. Die Wassermoleküle,​ Staubteilchen etc. in der Luft streuen hohe Frequenzen besonders stark. Man nennt diesen Vorgang Rayleigh-Streuung. Er bewirkt dass aus dem direkten Sonnenstrahl die hohen Frequenzen (blaues Licht) herausgefiltert werden, und nur die niedrigen Frequenzen (gelbes, rotes Licht) übrig bleiben. Diese Filterung ist um so stärker, je dicker die Luftschicht ist, die das Sonnenlicht durchdringen muss. Daher ist die Sonne rot gefärbt, wenn sie nahe am Horizont steht. Das direkte Sonnenlicht hat immer eine etwas geringere Farbtemperatur als die 5.700 Kelvin. Der Anteil der Himmelstrahlung variiert mit dem Sonnenstand und der Wellenlänge {{wkx>69}}. Während bei 10° Sonnenstand insgesamt 88% der Globalstrahlung Himmelsstrahlung sind, ist es bei 90° Sonnenstand nur noch 29%. Selbst bei 90° Sonnenstand kommen noch 70% der Strahlung bei 300 nm vom Himmel und nicht direkt von der Sonne {{wkx>69}}.
  
 [{{:​sonne:​otherspectrum_1.png?​300|Prozentualer Anteil der direkten Sonnenstrahlung an der Globalstrahlung bei 10° Sonnenstand <​html><​a href="#​fn__L69"​ name="​fnt__L69"​ id="​fnt__L69"​ class="​fn_top">​[69]</​a></​html>​ }}][{{:​sonne:​otherspectrum_4.png?​300|Prozentualer Anteil der direkten Sonnenstrahlung an der Globalstrahlung bei 90° Sonnenstand <​html><​a href="#​fn__L69"​ name="​fnt__L69"​ id="​fnt__L69"​ class="​fn_top">​[69]</​a></​html>​ }}]{{clear}} [{{:​sonne:​otherspectrum_1.png?​300|Prozentualer Anteil der direkten Sonnenstrahlung an der Globalstrahlung bei 10° Sonnenstand <​html><​a href="#​fn__L69"​ name="​fnt__L69"​ id="​fnt__L69"​ class="​fn_top">​[69]</​a></​html>​ }}][{{:​sonne:​otherspectrum_4.png?​300|Prozentualer Anteil der direkten Sonnenstrahlung an der Globalstrahlung bei 90° Sonnenstand <​html><​a href="#​fn__L69"​ name="​fnt__L69"​ id="​fnt__L69"​ class="​fn_top">​[69]</​a></​html>​ }}]{{clear}}
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 [{{:​sonne:​spectrum_72.png?​300|direktes Sonnenlicht <​html><​a href="#​fn__L70"​ name="​fnt__L70"​ id="​fnt__L70"​ class="​fn_top">​[70]</​a></​html>​}}] [{{:​sonne:​spectrum_71.png?​300|Himmelslicht <​html><​a href="#​fn__L70"​ name="​fnt__L70"​ id="​fnt__L70"​ class="​fn_top">​[70]</​a></​html>​ }}]{{clear}} [{{:​sonne:​spectrum_72.png?​300|direktes Sonnenlicht <​html><​a href="#​fn__L70"​ name="​fnt__L70"​ id="​fnt__L70"​ class="​fn_top">​[70]</​a></​html>​}}] [{{:​sonne:​spectrum_71.png?​300|Himmelslicht <​html><​a href="#​fn__L70"​ name="​fnt__L70"​ id="​fnt__L70"​ class="​fn_top">​[70]</​a></​html>​ }}]{{clear}}
  
-Während der Dämmerung nimmt die absolute Intensität rapide ab, ab einem bestimmten Sonnenstand bildet sich ein Spektrum aus, dass ein Minimum im Bereich von 550 nm bis 600 nm hat {{wikindx>66}}.+Während der Dämmerung nimmt die absolute Intensität rapide ab, ab einem bestimmten Sonnenstand bildet sich ein Spektrum aus, dass ein Minimum im Bereich von 550 nm bis 600 nm hat {{wkx>66}}.
  
 [{{:​sonne:​spectrum_73.png?​300|Dämmerung <​html><​a href="#​fn__L330"​ name="​fnt__L330"​ id="​fnt__L330"​ class="​fn_top">​[70]</​a></​html>​ }}]{{clear}} [{{:​sonne:​spectrum_73.png?​300|Dämmerung <​html><​a href="#​fn__L330"​ name="​fnt__L330"​ id="​fnt__L330"​ class="​fn_top">​[70]</​a></​html>​ }}]{{clear}}
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 Die Ozonschicht der Erde filtert aus der UV-Strahlung der Sonne UV-C komplett heraus. Die Intensität der UVB Strahlung wird stark abgeschwächt (ca 90%!). Nur die UVA-Strahlung kann die Ozonschicht nahezu ungehindert passieren. Die Ozonschicht der Erde filtert aus der UV-Strahlung der Sonne UV-C komplett heraus. Die Intensität der UVB Strahlung wird stark abgeschwächt (ca 90%!). Nur die UVA-Strahlung kann die Ozonschicht nahezu ungehindert passieren.
  
-UV-Strahlung wird aufgrund der kurzen Wellenlänge stark von den Molekülen in der Atmosphäre gestreut. Die Intensität der sogenannten Rayleigh-Streuung (eine Näherung für Streuung an kleinen Teilchen) verläuft mit der vierten Potenz der Frequenz. Das ist die Ursache für den blauen Himmel. Da UV-Strahlung noch kurzwelliger als blaues Licht ist, ist leicht einzusehen, dass die UV-Strahlung die uns indirekt vom Himmel aus erreicht im Vergleich zur direkten UV-Strahlung aus Richtung der Sonne einen großen Anteil einnehmen muss. Tatsächlich ist die UV-Strahlung des blauen Himmels oft 10 bis 20 mal stärker als die UV-Strahlung aus Sonnenrichtung {{wikindx>69}}.+UV-Strahlung wird aufgrund der kurzen Wellenlänge stark von den Molekülen in der Atmosphäre gestreut. Die Intensität der sogenannten Rayleigh-Streuung (eine Näherung für Streuung an kleinen Teilchen) verläuft mit der vierten Potenz der Frequenz. Das ist die Ursache für den blauen Himmel. Da UV-Strahlung noch kurzwelliger als blaues Licht ist, ist leicht einzusehen, dass die UV-Strahlung die uns indirekt vom Himmel aus erreicht im Vergleich zur direkten UV-Strahlung aus Richtung der Sonne einen großen Anteil einnehmen muss. Tatsächlich ist die UV-Strahlung des blauen Himmels oft 10 bis 20 mal stärker als die UV-Strahlung aus Sonnenrichtung {{wkx>69}}.
  
 Die Grafik zeigt wie stark die UV-Werte im Tagesverlauf schwanken. Die Form der Kurve ist für UVA und UVB etwa gleich. Die Intensität der UVB-Strahlung ist jedoch wesentlich geringer als die der UVA-Strahlung. Die UVA Strahlung erreicht mittags bei unbewölktem Himmel Maximalwerte von etwa 6.000 µW/cm², die UVB-Strahlung 500µW/​cm². Reptilien sonnen bei diesen Extremwerten jedoch üblicherweise nicht. Die Grafik zeigt wie stark die UV-Werte im Tagesverlauf schwanken. Die Form der Kurve ist für UVA und UVB etwa gleich. Die Intensität der UVB-Strahlung ist jedoch wesentlich geringer als die der UVA-Strahlung. Die UVA Strahlung erreicht mittags bei unbewölktem Himmel Maximalwerte von etwa 6.000 µW/cm², die UVB-Strahlung 500µW/​cm². Reptilien sonnen bei diesen Extremwerten jedoch üblicherweise nicht.
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 Bei niedrigem Sonnenstand ist kaum Strahlung unterhalb von 310 nm erkennbar. Der Bereich zwischen 300 nm und 310 nm füllt sich erst bei höherem Sonnenstand,​ der UVB-Bereich wächst im Vergleich zum UVA-Bereich. Strahlung zwischen 290 nm und 300 nm ist auch bei höherem Sonnenstand kaum vorhanden. Bei niedrigem Sonnenstand ist kaum Strahlung unterhalb von 310 nm erkennbar. Der Bereich zwischen 300 nm und 310 nm füllt sich erst bei höherem Sonnenstand,​ der UVB-Bereich wächst im Vergleich zum UVA-Bereich. Strahlung zwischen 290 nm und 300 nm ist auch bei höherem Sonnenstand kaum vorhanden.
  
-Die unterschiedliche spektrale Zusammensetzung zeigt sich beispielsweise am Verhältnis zwischen erythem-wirksamer (Sonnenbrand) und Vitamin-D-wirksamer Dosis zu verschiedenen Tageszeiten. Während Vormittag und Nachmittag beide Effekte etwa gleich stark sind, ist bei hohem Sonnenstand zur Mittagszeit die Vitamin D Wirkung etwa doppelt so groß wie die Erythemwirkung {{wikindx>373}}.+Die unterschiedliche spektrale Zusammensetzung zeigt sich beispielsweise am Verhältnis zwischen erythem-wirksamer (Sonnenbrand) und Vitamin-D-wirksamer Dosis zu verschiedenen Tageszeiten. Während Vormittag und Nachmittag beide Effekte etwa gleich stark sind, ist bei hohem Sonnenstand zur Mittagszeit die Vitamin D Wirkung etwa doppelt so groß wie die Erythemwirkung {{wkx>373}}.
  
-Sonnenspektren zwischen ​280 nm und 400 nm kann man mit der Software [[https://​fastrt.nilu.no/​|fastrt]] vom Norwegischen Institut für Luftforschung für verschiedene Orte, Tages- und Jahreszeiten und Luftparameter kostenlos selbst erzeugen.+Sonnenspektren zwischen ​290 nm und 400 nm kann man mit der Software [[https://​fastrt.nilu.no/​|fastrt]] vom Norwegischen Institut für Luftforschung für verschiedene Orte, Tages- und Jahreszeiten und Luftparameter kostenlos selbst erzeugen.
  
 ===== IR-Strahlung ===== ===== IR-Strahlung =====
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 ====== Literatur ====== ====== Literatur ======
  
-{{wikindxbib}}+{{wkxbib}}
sonne/globalstrahlung.txt · Last modified: 2019/02/23 16:34 (external edit)