Den Treibhauseffekt präzise messen

Die Erde ist ein Treibhaus: Die Sonnenstrahlung gelangt ungehindert hinein, als Wärme müsste diese Strahlung aus der Atmosphäre wieder hinausgelangen – aber leider verhindert dies das dicker werdende „Gewächs­hausdach“ aus Kohlendioxid und anderen Gasen. So wird die Erde immer wärmer, und unser Klima mit ihr. Um die Stärke des Treibhauseffekts kontinuierlich zu messen, werden Infrarot­messgeräte namens Pyrgeometer eingesetzt. Die langfristige Verlässlichkeit dieser Messungen ist nun deutlich verbessert worden. Möglich macht das die Kalibrierung der Pyrgeometer mithilfe eines neuen Referenzgeräts der Physikalisch-Technischen Bundes­anstalt (PTB), das in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Metrologia beschrieben wird.

Ein Maß für die Stärke des Treibhaus­effekts ist die atmosphärische Gegen­strahlung, jene Strahlung, die vom „Gewächs­hausdach“ zur Erde zurückgeworfen wird. Schon seit Jahren wird sie mithilfe von Pyrgeometern, die auf der Erde stehen, kontinuierlich gemessen. Diese Infrarot­messgeräte sind spektral breitbandig, erfassen also viele Wellenlängen. Sie decken auch einen sehr großen Winkel ab, sodass sie nahezu die gesamte Hemisphäre des Himmels überblicken. Um langfristig die Aussagekraft und die Vergleich­barkeit der Messdaten sicherzustellen, müssen Pyrgeometer regelmäßig kalibriert, also messtechnisch auf Normale rückgeführt werden.

Solch ein Normal ist der neue Referenz-Schwarzkörper, genannt Hemispherical Blackbody (HSBB), der von der PTB innerhalb der europäischen Forschungsprojektserie „Metrology for Earth Observation and Climate“ (MetEOC) in Kooperation mit dem Physikalisch-Meteorologischen Observatorium Davos / World Radiation Center (PMOD/WRC) entwickelt wurde. Er erfüllt die speziellen Anforderungen an diese Kalibrierungen und ist über die Strahlungs­temperatur­skala der PTB auf die Internationale Temperatur­skala ITS-90 und damit auf das Internationale Einheitensystem (SI) rückführbar.

Damit gibt es nun eine zweite unabhängige Art der Rückführung, zusätzlich zum bisherigen Verfahren am PMOD/WRC, das auf Kontaktthermometrie und optischen Simulationen beruht. Gleichzeitig stellt die beobachtete Über­einstimmung in den Bestrahlungs­stärke-Skalen von PMOD/WRC und PTB eine Validierung der bisherigen Rückführung dar. Diskrepanzen, die es bei den weltweiten Messungen der atmosphärischen Gegen­strahlung bisher gab, können nun ausgeräumt und die atmosphärische Gegen­strahlung genauer gemessen werden.

„Alles, was uns hilft, die Stärke des Treibhaus­effekts genauer zu bestimmen, bringt uns einen Schritt weiter auf dem Weg, auch die Wirkung von Gegen­maßnahmen besser und schneller einschätzen zu können“, bringt es PTB-Physiker Christian Monte auf den Punkt.

PTB / DE

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  M. Feierabend et al.: Bilateral Comparison of Irradiance Scales between PMOD/WRC and PTB for Longwave Downward Radiation Measurements, Metrologia 60, 025010 (2023); DOI: 10.1088/1681-7575/acbd51
• Infrarot-Radiometrie, Arbeitsgruppe 7.32 (C. Monte), Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Berlin