Klimastation Vernagtbach 2009
Insbesondere im Sommer ist die kurzwellige Sonneneinstrahlung die wichtigste Energiequelle. Seit 1976 werden an der Klimastation Vernagtbach Messungen der Strahlungskomponenten durchgeführt. Üblicherweise handelt es sich dabei um eine sehr komplexe Messung, die insbesondere eine optimal horizontale Ausrichtung erfordert. Schnee und Eis auf den Sensoren beeinträchtigen die Messung, so dass üblicherweise eine tägliche Wartung der Instrumente erforderlich sind.
Die Globalstrahlungsreihe an der Klimastation Vernagtbach seit 1976
Jahresgang der Albedo an der Klimastation Vernagtbach
Der Anteil der an der Oberfläche absorbierten Globalstrahlung wird durch die Albedo bestimmt. Die (gemessene) Albedo der Oberfläche ändert sich nicht allein auf Grund von Änderung der Oberflächenbeschaffenheit (z.B. durch Schnee oder Eisbedeckung oder Nässe, sondern auch im Verlaufe des Jahres mit dem maximalen Zenitwinkel der Sonne. Somit erreicht das Reflexionsvermögen ihr Minimum um den Termin des Sonnenhöchststandes mit der Sommersonnenwende am 21. Juni und das Maximum im Winter. An der Klimastation Vernagtbach ist der Boden von Mitte Oktober bis Ende meist schneebedeckt, so dass die viel höhere Schneealbedo dominiert. Im Sommer (Juni bis Ende September wird der Effekt durch die Zunahme der Albedo jedoch deutlich sichtbar (Abbildung oben). Dadurch wird die Strahlungsabsorption in den Monaten Mai und Juli nicht nur wegen des dann höheren Strahlungsangebotes maximal. Im Verlaufe des Sommers nimmt sie ab.
Die Analyse der Datenreihe zeigt, dass die Summenwerte der Globalstrahlung im Sommer (Juni, Juli und August) über die letzten vier Dekaden im Gegensatz zur der der bodennahen Lufttemperatur keinen signifikanten klimatologischen Trend aufweisen. An der Klimastation Vernagtbach sind die 30-jährigen Klimamittel der Globalstrahlungssumme von 1981-2010 und 1991-2020 sind mit 513.2 kWhm -2 beziehungsweise 513.7 kWhm -2 nahezu identisch. Die vielerorts publizierten Trends einer Zunahme der Jahressummen der Globalstrahlung in Europa seit 1980 um 2% bis 3% pro Dekade resultieren aus Anstiegen hauptsächlich im Frühjahr, aber auch im Herbst und Winter. Sie wird mit in einem langfristigen Prozess der „Globalen Aufhellung“ auf Grund umweltpolitischer Maßnahmen im Anschluss der „Globalen Verdunkelung“ in den 1960er- und 1970er-Jahren wegen hoher Emissionen aus der Verbrennung fossiler Energieträger in Verbindung gebracht. Die Messreihe an der Klimastation Vernagtbach ist jedoch in den Anfangszeiten vor allem wegen zahlreicher Datenlücken deutlich ungenauer als in den letzten drei Dekaden. Somit sind die frühen Trends und Maximalwerte (noch) unsicher, da sie durch Extrapolation von Messungen der Sonnenscheindauer rekonstruiert sind. Diese Verfahren haben eine Fehlerbreite von ca. 20%. Aus den gesicherten Daten seit 1991 ergibt sich im Sommer eine maximale Schwankungsbreite von 10%. Der Maximalwerte von 560 kWhm -2 wurde im Sommer 2003 gemessen, der zweithöchste Wert mit 553 kWhm -2 im Sommer 2022. Die enge Korrelation der Temperaturspitzen mit der Globalstrahlung impliziert jedoch keinen kausalen physikalischen Zusammenhang der beiden Größen der Art, je höher die Strahlungsleistung, desto höher die Lufttemperatur. Sie ist vielmehr dem Fakt geschuldet, dass warme Wetterlagen im Sommer in der Regel wolkenärmer und sonniger sind. Die Sonne hat keinen signifikanten Einfluss auf den Klimawandel.
Die größten monatlichen Änderungen der Globalstrahlung in der Messreihe ergeben sich zwischen der Dekade 1991-2000, die durch eine Serie großer klimawirksamer Vulkanausbrüche (z.B. Pinatubo) beeinflusst wurde, und der aktuellen Dekade, während der es nur wenig vulkanische Aktivität gab.
Eine in der Klimatologie weit verbreitete Größe ist die Sonnenscheindauer (SD). Es handelt sich dabei um keine physikalische Messgröße der Strahlung, sondern um eine Angabe des Zeitraums, in dem eine Komponente der Globalstrahlung, die direkte Sonnenstrahlung einen Schwellenwert überschreitet. Damit ist die Sonnenscheindauer in hohem Maße orts- und zeitabhängig und im besten Falle als Klimagröße geeignet. Ein Rückschluss auf die Globalstrahlung ist daher nur bedingt anhand empirischer Beziehungen für einen Ort möglich. Im Gegensatz zur physikalischen Messung der Globalstrahlung ist die Bestimmung der Sonnenscheindauer mit einfachen optischen Geräten möglich, die bereits sehr viel früher als die Pyranometer zur Globalstrahlungsmessung zum Einsatz kamen. Somit gibt es sehr viel längere Reihen der Sonnenscheindauer als von der Globalstrahlung, die nur an wenigen Observatorien bis 1960 zurückreichen. Mit einer Fehlerbreite von 10% bis 20% lässt sich die Globalstrahlung anhand der Sonnenschauer für mehr als 100 Jahre rekonstruieren. Dies wurde auch für die Klimastation Vernagtbach in einer Masterarbeit ( Gregor, 2019 ) durchgeführt.
Statistisch nimmt die Globalstrahlung auf den Gletscher mit der Höhe zwischen 8% und 10% systematisch zu. Die Hauptursache ist die mit der Höhe abnehmende Abschattung durch Geländehorizont, welche in den tieferen Lagen den Tagbogen der Sonne verkürzt (s. unten). Außerdem nimmt die Masse der Atmosphäre mit der Höhe ab, so dass die Schwächung der Strahlung beim Durchgang in höheren Lagen geringer wird. Für eine gewisse Streuung der Zunahme zudem Wolken und Nebel, aus denen die höheren Bereiche häufiger herausragen. Die Zunahme der Sonnenscheindauer ist mit 15% sogar noch höher, da sie die Zeiten mit diffuser Himmelsstrahlung zum großen Teil ausblendet, während diese auch bei abgeschatteter Sonne einen Beitrag zur Globalstrahlung liefert.