2. Tatsächliche Sonnenscheindauer
Die theoretische Sonnenscheindauer lässt sich, wie aus der später folgenden Berechnung ersichtlich wird, rechnerisch bestimmen. In der Realität hat sie aber nur eine eingeschränkte Bedeutung. Aus diesem Grund möchte ich zuerst näher auf für den Menschen relevante Begebenheiten eingehen.
2.1. Zustandekommen der tatsächlichen Sonnenscheindauer
Die astronomische Sonnenscheindauer definiert lediglich die maximal mögliche Zeitspanne, in der direkte Sonneneinstrahlung herrscht. Diese wird aber nur selten erreicht, da sie in den meisten Fällen durch andere Faktoren stark herabgesetzt wird. Diese Faktoren unterteile ich in statische und dynamische Faktoren.
Statische Faktoren
Die statischen Faktoren können natürlichen Ursprungs sein, so wie die Geländeform der Umgebung, oder aber auch vom Menschen geschaffene Bauwerke. Sie alle haben gemeinsam, dass sie die Sonnenscheindauer das ganze Jahr über verringern, meist in Form eines späteren Sonnenaufgangs und eines vorzeitigen Sonnenuntergangs. Als Beispiel kann man hier Bergtäler nennen, bei denen auch im Sommer die Tage kurz sind und im Winter kaum Licht über das höher liegende Gebirge kommt.
Gleichermaßen kann eine erhöhte Position, z.B. auf einem Berg, zu einer verlängerten Sonnenscheindauer führen.
Dynamische Faktoren
Noch größeren Einfluss auf die tägliche Sonnenscheindauer hat die Zusammensetzung unserer Atmosphäre, da sie das Sonnenlicht absorbieren kann. Wie man täglich beobachten kann, produziert das Wetter die größten Abweichungen von der theoretischen Sonnenscheindauer.
Wenn bei bewölktem Himmel nur noch diffuses Licht auf die Erde trifft, wird es vom Menschen nicht mehr als Sonnenschein empfunden. Doch auch Luftverschmutzung (Smog in Großstädten) führt zu diesem Effekt. Weitere dynamische Faktoren sind im Normalfall nicht anzutreffen, man könnte hier höchstens noch eine Sonnenfinsternis, Ascheregen nach einem Vulkanausbruch oder einen Sandsturm aufführen.
Die dynamischen Faktoren, vor allem das Wetter, lassen sich leider nicht in einfachen Formeln erfassen, weshalb vor allem deren Beobachtung und Aufzeichnung interessant ist.
2.2. Messmethoden in der Meteorologie
Da die Sonnenscheindauer bei meteorologischen Aufzeichnungen auch ein wichtiges Maß für längerfristige Klimabeobachtungen ist, wurden zur Erfassung verschiedene Messinstrumente und Auswerteverfahren entwickelt.
Sonnenscheinautograph nach Campbell und Stokes
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"Der sogenannte Campbell-Stokes-Schreiber brennt durch die Lupenwirkung einer Glaskugel die SSD als Spur auf einen Schreibstreifen.“1 Aus der Länge der gebrannten Spur kann dann die Sonnenscheindauer (SSD) abgelesen werden. Die mit dieser bewährten Methode ermittelten Werte sind trotz neuerer elektronischer Mess-einrichtungen am zuverlässigsten.
Abb.2-1: Fairmount Weather Systems: http://www.fairmountweather.com |
Elektronische Messung der Sonnenscheindauer
Für die elektronische Messung hat sich nach meinen Recherchen noch kein Standard durchgesetzt, jede Wetterstation verwendet andere Messgeräte. Deshalb kann nur das ungefähre Prinzip geschildert werden:
Bei manchen Einrichtungen werden zwei Strahlungssensoren in Form von Fotodioden oder Fotowiderständen eingesetzt, deren Werte einzeln aufgezeichnet werden. Ein Strahlungssensor ist den ganzen Tag dem direkten Sonnenlicht ausgesetzt, während der andere beschattet ist, so dass nur diffuses Licht zu ihm gelangen kann. Wenn sich die Werte von Sonne und Schatten stark unterscheiden, kann bei diesem Messverfahren davon ausgegangen werden, dass die Sonne scheint. Bei nur geringer Differenz ist die Bewölkung so stark, dass beide Sensoren durch diffuses Licht der Wolken in ähnlicher Weise beleuchtet werden. Durch für jeden Tag fest definierte Grenzwerte kann dann entschieden werden, ob die Sonne scheint oder nicht.
Andere Messstationen verwenden auch einen einzelnen Sensor, der lediglich prüft, ob die Strahlungsenergie über 120 W/m2 - dem vom Deutschen Wetterdienst empfohlenen Schwellwert - liegt.
Da keine allgemein anerkannte Definiton von Sonnenschein gefunden worden ist, ist die "Sonnenscheindauer [...] einer der heikelsten Werte in der Meteorologie“2. Bei den meisten Wetterstationen wird mit elektronischen Auswerteverfahren versucht, Werte zu erreichen die denen des Sonnenscheinautographen ähnlich sind.
Messdaten3
Messstation München/Flughafen, Sonnenscheindauer im Monatsmittel
Messstation München/Flughafen, Sonnenscheindauer im Jahresmittel
4:58 Stunden im Jahr 2004
4:33 Stunden als Normalwert