Sonnenscheindauer und Globalstrahlung in Innsbruck...2.1 Campbell Stokes Sonnenscheinautograph 2.1.1...

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Diplomarbeit eingereicht am

INSTITUT FÜR METEOROLOGIE UND GEOPHYSIK,

LEOPOLD – FRANZENS – UNIVERSITÄT, INNSBRUCK

zur Erlangung des akademischen Grades

MAGISTER DER NATURWISSENSCHAFTEN

von

DIETER PETERLIN

Innsbruck, Juli 2006

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung und Übersicht ...................................................................................1

2 Messgeräte und Standorte ................................................................................3

2.1 Campbell Stokes Sonnenscheinautograph................................................................. 4 2.1.1 Das Messgerät ............................................................................................................ 4 2.1.2 Anmerkung zur Bestimmung der Zeit........................................................................ 7 2.1.3 Zeitliche Entwicklung und frühere Auswertungen der Messreihen........................... 8

2.2 Hänni-Solar 111B ....................................................................................................... 12

2.3 Sternpyranometer (Firma Schenk)........................................................................... 14 2.3.1 Das Messgerät und dessen Kalibrierung .................................................................. 14 2.3.2 Zeitliche Entwicklung der Messreihe....................................................................... 18

3 Datensammlung ...............................................................................................20

3.1 Sonnenscheindauer..................................................................................................... 20 3.1.1 Definitionen der Sonnenscheindauer ....................................................................... 20 3.1.2 Monatswerte der astronomischen Sonnenscheindauer............................................. 20 3.1.3 Monatswerte der effektiv möglichen Sonnenscheindauer ....................................... 21 3.1.4 Unterschied von effektiv möglicher und astronomischer Sonnenscheindauer ........ 22 3.1.5 Sonnenscheindauer Schöpfstraße............................................................................. 23 3.1.6 Homogenisierte Daten der Sonnenscheindauer........................................................ 24 3.1.7 Sonnenscheindauer Bruno Sander Haus .................................................................. 25 3.1.8 Sonnenscheindauer Sonnblick (homogenisiert) ....................................................... 25

3.2 Globalstrahlung.......................................................................................................... 25 3.2.1 Globalstrahlung Universität ..................................................................................... 25 3.2.2 Globalstrahlung Flughafen....................................................................................... 26

3.3 Bewölkungsgrad des Himmels .................................................................................. 27 3.3.1 Bewölkung am Institut ............................................................................................. 27 3.3.2 Homogenisierte Bewölkungsdaten........................................................................... 28

4 Analyse der Sonnenscheindauer....................................................................29

4.1 Monats-, Jahressummen und Jahresgang der Sonnenscheindauer....................... 29 4.1.1 Vergleich der Monats- und Jahreswerte mit den homogenisierten Daten ............... 34

4.2 Tagesgang der Sonnenscheindauer........................................................................... 37

4.3 Häufigkeitsverteilung der Tageswerte der tatsächlichen Sonnenscheindauer..... 41

4.4 Relative Sonnenscheindauer...................................................................................... 45

4.5 Vergleichsmessungen zwischen Campbell-Stokes und Solar 111B ....................... 48

III

5 Analyse der Globalstrahlungsdaten ...............................................................54

5.1 Monats- und Jahresmittel sowie Jahresgang der Globalstrahlung ....................... 54

5.2 Tagesgang der Globalstrahlung................................................................................ 57

5.3 Häufigkeitsverteilung der Globalstrahlung ............................................................. 59

5.4 Globalstrahlung Flughafen........................................................................................ 61

6 Analyse der Bewölkungsdaten .......................................................................64

6.1 Monats- und Jahresmittel der Bewölkung............................................................... 64

6.2 Jahresgang der Bewölkung ....................................................................................... 66

6.3 Zeitlicher Verlauf des Bewölkungsgrades................................................................ 68

6.4 Häufigkeitsverteilung der Tagesmittel des Bewölkungsgrades ............................. 70

7 Relative Sonnenscheindauer + Bewölkungsgrad = 100 % ? ........................72

7.1 Jahresgang .................................................................................................................. 73

7.2 Häufigkeitsverteilung der Tageswerte ..................................................................... 76

7.3 Verlauf der Jahreswerte ............................................................................................ 77

8 Zusammenfassung...........................................................................................80

9 ANHANG............................................................................................................82

9.1 Abbildungen................................................................................................................ 82

9.2 Tabellen ....................................................................................................................... 91

Literaturverzeichnis ................................................................................................94

Danksagung.............................................................................................................96

Lebenslauf ...............................................................................................................97

IV

1 Einleitung und Übersicht

1 Einleitung und Übersicht Das Ziel dieser Diplomarbeit ist eine vollständige Sammlung der Daten von Sonnenschein-dauer und Globalstrahlung in Innsbruck und deren Aufarbeitung. Registrierungen der Sonnenscheindauer reichen bis an den Anfang des 20. Jahrhunderts zurück, aber auch die Aufzeichnungen der Globalstrahlung am Standort Innsbruck begannen bereits in den 50iger Jahren des 20. Jahrhunderts. Diese Klima-Langzeitmessreihen stellen ein Forschungspotential dar, das noch nicht vollständig ausgeschöpft wurde. In den letzten Jahren entstanden Projekte wie das ALOCLIM (Austrian Long-term Climate), welche mit-tels homogenisierten Datenreihen die Klimavariabilität der verschiedenen meteorologischen Parameter, u.a. auch Sonnenscheindauer, untersuchten. Bei den unkorrigierten Datensätzen stieß man jedoch auf zahlreiche Probleme und Schwierigkeiten bezüglich der Repräsentati-vität der Messperiode. Standortwechsel der Messgeräte, Wechsel des Beobachters, Änderun-gen am Messgerät oder dessen Austausch, Lücken in den Daten und Messausfälle schränken die Genauigkeit der Daten ein. Im Laufe der Diplomarbeit wurden auch andere Daten von Innsbruck und Umgebung heran-gezogen, um sie mit den vorhandenen Sonnenscheindauer- und Globalstrahlungswerten zu vergleichen. Außerdem konnte man so detailliertere Aussagen über die vorher beschriebenen Probleme der Repräsentativität treffen. In Kapitel 2 werden die verwendeten Messgeräte zur Bestimmung der Sonnenscheindauer und der Globalstrahlung und die geographische Lage der Stationen beschrieben. Zusätzlich werden die zeitliche Entwicklung und früheren Auswertungen der Messreihen zusammen-gefasst. Dies ist vor allem wichtig um die Frage der Homogenität der langjährigen Daten-sätze zu hinterleuchten. Kapitel 3 beinhaltet zunächst die Erklärung allgemeiner Begriffe wie astronomische, effektiv mögliche und tatsächliche Sonnenscheindauer. Des weiteren erfolgt eine detaillierte Auflistung der zur Verfügung stehenden Daten von Sonnenscheindauer, Globalstrahlung und Bewölkung. Wichtig ist in diesem Zusammenhang die Beschreibung der zeitlichen Dauer der Daten und deren Auflösung in Stunden-, Tages-, Monats- oder Jahreswerten. In Kapitel 4 werden die Ergebnisse der Aufbereitung von den Sonnenscheindauerdaten vor-gestellt. Als erstes erfolgt eine übersichtliche Zusammenfassung von Mittelwerten und Extremas der 100jährigen Reihe. Desweiteren wird auf Jahresgänge, Tagesgänge, Verlauf der Jahreswerte, Häufigkeitsverteilungen usw. eingegangen. Neben den Universitätsdaten konnte noch zu-sätzlich auf andere Daten zurückgegriffen werden, die als Vergleichsquelle dienen. In einem weiteren Abschnitt wird über die relative Sonnenscheindauer diskutiert, die als gutes Ver-gleichsmaß der Sonnenscheinverhältnisse unterschiedlicher Orte dient. Der Abschluss des Kapitels ist einer genauen Analyse zweier verschiedener Messgeräte gewidmet. Der

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1 Einleitung und Übersicht

traditionelle Campbell-Stokes Sonnenscheinautograph wird mit dem neueren automatisierten Hänni Solar verglichen. Kapitel 5 setzt sich mit der Globalstrahlung auseinander. Hier erfolgt eine ähnliche Auf-bereitung der Daten wie bei der Sonnenscheindauer in Kapitel 4. Auch Kapitel 6 beschäftigt sich mit der tabellarischen und graphischen Analyse von lang-jährigen Datensätzen, nämlich mit den Bewölkungsgraden. Ein Abschnitt davon beschäftigt sich mit klimatologischen Begriffen wie „Heitere Tage“, „Trübe Tage“, „Bewölkte Tage“, „Wolkenlose Tage“ und „Bedeckte Tage“. Das Kapitel 7 bildet den Abschluss mit dem Themengebiet „Relative Sonnenscheindauer + Bewölkung = 100% ?“. Dazu wird der Frage nachgegangen, ob die Summe aus relativer Sonnenscheindauer und Bewölkungsgrad wirklich genau 100 % ergibt. Bereits zahlreiche Publikationen haben sich mit dieser Grundidee befasst. In diesem Kapitel soll nun mit den Innsbrucker Werten diese These untersucht und Erklärungsversuche für mögliche Abwei-chungen gefunden werden. Tabellen und Grafiken im Anhang dienen als ergänzende Quelle zu den besprochenen Kapiteln. Sie dienen der leichteren Verständlichkeit des Textes durch übersichtliche Auf-listung von Daten in Tabellen und graphischen Darstellungen in Abbildungen.

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2 Messgeräte und Standorte

2 Messgeräte und Standorte Für die Bestimmung der Dauer des Sonnenscheines an einem Ort gibt es verschiedene Messinstrumente. Als Messgrundlage wird dabei entweder die Wärmewirkung oder die photochemische Strahlenwirkung des Sonnenlichtes benutzt. (Gutmann 1948). Das WMO (World Meteorological Organization) Standardinstrument ist der Campbell-Stokes Sonnen-scheinautograph. Im Routinedienst der Zukunft wird man jedoch vermehrt auf automatisierte Geräte wie den opto-elektronischen Sonnenscheingeber Hänni Solar sezten. Zur Strahlungsmessung werden hingegen die sog. Radiometer verwendet. Man unterscheidet sie in Pyranometer (Messung kurzwelliger Strahlung), Pyrgeometer (Messung langwelliger Strahlung), Pyrradiometer (Messung kurz- und langwelliger Strah-lung) und Pyrheliometer (Messung kurzwelliger Strahlung, nur direkte Komponente aus Raumwinkel der Sonnenscheibe). Als Messprinzipien wird auch hier bei der Mehrzahl der Geräte die Wärmewirkung des Son-nenlichts ausgenützt. Man kann zwischen mehreren Verfahren unterscheiden (Obleitner 2003):

1. die zur Erwärmung eines Messkörpers durch die auftreffende Strahlung nötige Energie wird kalori-metrisch gemessen.

2. von 2 identischen Messkörpern wird der eine von auftreffender Strahlung erwärmt, der zweite von die-ser abgeschattet. Man misst wie viel Strom nötig ist, um über eine externe Heizung am zweiten Mess-körper dieselbe Temperatur wie am bestrahlten Messkörper zu erzielen.

3. zwei sonst gleich beschaffene Messkörper haben unterschiedliche Absorptionseigenschaften (schwarz-weiß), ihre unterschiedliche Aufheizung durch die auftreffende Strahlung ist das Maß für die auffal-lende Strahlungsintensität.

4. ein Messkörper ist im thermischen Gleichgewicht zwischen Wärmeaufnahme durch Strahlung und Wärmeabgabe. Dieses Prinzip wird heutzutage am häufigsten angewandt, da sich der Messaufwand auf die Verwendung einer Thermosäule zur Messung der Temperaturunterschiede zwischen Empfän-gerfläche und Instrumentenblock reduziert.

5. die Ausdehnung eines Bimetalls durch die auftreffende Sonnenstrahlung. Als weiteres Messprinzip gibt es neben der thermischen auch die Photovoltaik-Detektoren. Dabei lösen auftreffende Quanten Elektronen aus. Der Strom wird gemessen.

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2.1 Campbell Stokes Sonnenscheinautograph

2.1.1 Das Messgerät

Der Sonnenscheinautograph nach Campbell Stokes ist ein einfaches Messgerät zur Bestimmung der tatsächlichen Sonnenscheindauer eines Tages.

Es besteht aus einer großen Glaskugel (Durchmesser ca. 10 cm), die mit einer Schraube auf einer Halterung befestigt ist. Die Kugel wird von einer konzentrischen Kugelschale umgrif-fen, in die Kerben zum Einschieben von Registrierpapierstreifen eingefräst sind. Die Kugel-schale ist genau im Abstand der Brennweite der Kugel montiert und lässt sich auf die geo-graphische Breite des Ortes einstellen. Es gibt verschiedene Ausführungen des Campbell Stokes Sonnenscheinautograph, abhängig von der geographischen Breite, z.B. 2 Varianten: 0...40° nördlicher/südlicher Breite und 25...60° nördlicher/südlicher Breite. Die in Österreich verwendeten Glaskugeln bestehen aus schlierenfreiem, farblosem, licht-beständigem Glas; sie haben einen Brechungsindex von 1,510 und eine Durchlässigkeit von ca. 70 % bei einer Sonnenhöhe von etwa 15° (Gutmann 1948). Das Gerät muss vollkommen horizontal und genau in Nord-Süd-Richtung montiert werden. Letzteres geschieht, indem man zum Zeitpunkt des „wahren Mittags“, also zur Kulmination der Sonne, den Brennpunkt der Glaskugel genau auf den XII-Uhrstrich des Registrier-streifens einstellt. Auf der Grundplatte befindet sich eine Dosenlibelle, die eine exakte Justierung des Gerätes ermöglicht und danach nicht mehr verändert wird. Bei Sonnenschein brennt die Sonne einen Strich in den Papierstreifen, der je nach Intensität des Sonnenscheins etwas breiter oder schmaler ist. Wolken hinterlassen Lücken in der Brennspur. Anhand einer Zeitmarkierung kann nachher bestimmt werden, zu welcher Zeit und wie lange direkter Sonnenschein geherrscht hat. Eine 2cm lange Brennspur entspricht einer Stunde Sonnenscheindauer. Die minimale Brennweite beträgt 2mm, daher hinterlässt auch nur eine kurze Einwirkung der Sonnenstrahlung eine Brennspur von 6 Minuten. Laut WMO (2003) ist Sonnenschein gegeben, wenn die direkte Sonnenstrahlung 120 Wm-2 über-schreitet. Da die Sonne im Sommer höher als im Winter steigt, benötigt man für jede Jahreszeit einen anders geformten Streifen. Die Metallschale enthält deshalb drei sich überlappende Ein-schübe. Der Sommerstreifen wird auf der Nordhalbkugel vom 15. Oktober bis 28. (29.) Feb-ruar verwendet, der Frühlings- und Herbststreifen vom 1. März bis 14. April sowie vom 01. September bis 14. Oktober und der Sommerstreifen vom 15. April bis 31. August (Gutmann 1948). Der Sonnenscheinautograph ist ein sehr robustes und überall einsetzbares Gerät, da es zum Betrieb keinen Strom benötigt. Allerdings ist seine Eichung nicht konstant, aufgrund von Verzögerungen des Einbrennvorgangs durch Verschmutzungen der Kugel, abgesetztem Tau, Reif und feuchtem Registrierpapier. Die Empfindlichkeitsschwelle liegt bei Sonnenaufgang meist höher als bei Sonnenuntergang, weil der Streifen am Morgen oft feucht sein kann. Als weiterer Nachteil ist schließlich auch noch zu nennen, dass der Streifen täglich nach Son-nenuntergang gewechselt werden muss. Durch einen Stift auf der 14 Uhr Linie wird der

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http://de.wikipedia.org/wiki/Messger%C3%A4t


richtig eingeschobene Streifen fixiert. An dieser Strichmarke hat der Beobachter später die Möglichkeit unrichtige Einführung des Streifes zu erkennen. Bei der täglichen Auswertung der Streifen hat sich der Beobachter an allgemein festgelegten Regeln zu halten (Gutmann 1948):

1. Auch die schwächste Brennspur (Bräunung) ist voll zu berücksichtigen. Man erkennt die schwächsten Spuren leichter, wenn man die Streifen neigt und das Licht schräg auffallen lässt.

2. Bei starken Brennspuren (Brennbändern) mit völliger Aschenbildung ist für jede deutlich erkennbare Einschnürung, bei der gegenüberstehende Papierzacken vorhanden sind, eine Zehntelstunde abzu-ziehen. Sind mehrere Zacken innerhalb einer Stunde vorhanden, so soll dieser Abzug im Höchstfalle aber nur 0,4 Stunden betragen.

3. Zeitlich kurze, völlig kreisrunde (nicht elliptische) Brennspuren werden mit einer Minute bewertet. Ist innerhalb eines Stundenintervalls nur eine derartige Spur vorhanden, so muss sie als Zehntelstunde ge-rechnet werden. Sind zwischen den kreisrunden Brennspuren schwache Bräunungen vorhanden, oder laufen die Brennkreise in eine feine Spitze aus, so ist sinngemäß Regel 1 anzuwenden.

4. Bei starken, plötzlich einsetzenden und aufhören Brennspuren (Löchern) wird der Innenabstand der Brennspur ausgewertet, der äußere Saum ist nicht zu berücksichtigen. Läuft aber die Brennspur mit Aschenbildung in eine leichte Bräunung aus, so ist auch hier die Regel 1 zu beachten. In zweifelhaften Fällen wird man bei breiten Brennspuren mit Aschenbildung der Wirklichkeit näher kommen, wenn man den kleineren Wert annimmt.

Das erste Instrument dieser Art konstruierte 1853 von John Francis Campbell in Schottland und 1879 wurde es von George Gabriel Stokes modifiziert. Das Prinzip des Sonnenschein-schreibers ist bis heute dasselbe geblieben.

Abbildung 2-2: Papierstreifen des Campbell Stokes Sonnenscheinautographen (aus: http://www.meteored.com/ram/numero26/heliografo_ campbell_stokes.asp)

Abbilung 2-1: Campbell Stokes Sonnenscheinautograph (aus: Auer, 2003)

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Abbildung 2-3: Skizze des Campbell Stokes Sonnenscheinautographen (aus: http://www.agrometeorology.org/fileadmin/insam/images/draw08.jpg) Die Sonnenscheinschreiber werden nach bestimmten Zeiten immer wieder ausgewechselt. Ihre durchschnittliche Lebensdauer liegt laut Auer et al.(2001) bei 19,8 Jahre (Abbildung 2-4). Dies ist vergleichbar mit Barometern (20,9 Jahre) und Thermometern (16,9 Jahre).

Abbildung 2-4: Prozentuelle Verteilung der Jahre des Einsatzes eines Sonnenscheinschreibers im ALOCLIM Projekt (aus: Auer et al. 2001)

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2.1.2 Anmerkung zur Bestimmung der Zeit

Der Aufstellung entsprechend erfolgt die Registrierung nach der „Wahren Sonnenzeit (WSZ)“. Um diese Werte mit der Mitteleuropäische Zeit (MEZ) zu vergleichen, müssen zwei Schritte unternommen werden:

Zunächst bestimmt man für den betreffenden Längengrad die Zeitdifferenz „MEZ minus MOZ“ – östlich des 15. Längengrades ist diese Differenz negativ, westlich davon positiv. Dadurch ermittelt man die Mittlere Ortszeit (MOZ). Für Innsbruck (11° 24’ E) erhält man als Zeitdifferenz ungefähr 14 Minuten, und somit entspricht 12.00 MOZ dem Zeitpunkt 12.14 MEZ. Dieser Unterschied bleibt zeitlich konstant, da er nur von der geographischen Länge eines Ortes abhängt.

Die Mittlere Ortszeit (MOZ) braucht man um mit der Zeitgleichung auf die Wahre Sonnen-zeit (WSZ) zu kommen, denn per definitionem ist

Zeitgleichung = Wahre Sonnenzeit minus Mittlerer Ortszeit

Die Zeitgleichung nimmt für jeden Tag des Jahres einen anderen Wert an. Sie ist wie folgt definiert (Iqbal 1983):

(0.000075 0.001868 cos 0.032077 sin 0.014615 cos 2 0.040849 sin 2 ) 229.18Z ψ ψ ψ ψ= + ⋅ − ⋅ − ⋅ − ⋅ ⋅in Minuten

2365

dπψ ⋅= wobei d…Julianischer Tag: 1.1.: d=1 ; 31.12: d=365

Die Zeitgleichung wird durch - die Exzentrizität der Erdumlaufbahn (Abweichung der elliptischen Umlaufbahn von

der Kreisform) mit einer Periodendauer von ca. einem Jahr und - die Schiefe der Ekliptik aufgrund der Neigung der Erdachse mit einer Periodendauer

von ca. einem halben Jahr verursacht (siehe Abbildung 2-5).

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Abbildung 2-5: Jahresgang der Zeitgleichung orange Linie: Effekt der Exzentrizität der Erdbahn grüne Linie: Effekt der Schiefe der Ekliptik blaue Linie: Summe der Effekte = Zeitgleichung (Wahre Sonnenzeit – Mittlere Ortszeit) (aus: http://www.waa.at/hotspots/zeitgleichung/wintersonne.html) Diese Daten variieren wegen diversen Abweichungen der Sonnenbewegung sowie der Schaltjahre ein wenig. An nur vier Tagen im Jahr stimmen WSZ und MOZ überrein, d.h. die Sonne steht exakt um 12 Uhr MOZ im Süden. Dazwischen weicht die Sonnenuhr oft erheb-lich von der mittleren Zeit ab.

2.1.3 Zeitliche Entwicklung und frühere Auswertungen der Messreihen Rott (1974a) beschrieb in seiner Dissertation den Verlauf der Sonnenscheinregistrierungen in Innsbruck. Bereits im Zeitraum 1898 -1905 wurde am Turme der alten Universität Sonnen-schein registriert. Diese Registrierungen sind jedoch unzuverlässig, da die Registrierstreifen des Autographen nicht immer täglich gewechselt wurden. Eine homogene Reihe des Sonnenscheins liegt ab 1906 zur Verfügung. Im Rahmen einer Aufarbeitung langjähriger Klimadaten in Österreich, im sog. Projekt ALOCLIM, Austrian Long-Term Climate 1767-2000, (Auer et al. 2001) wurden unter anderem auch Metadaten für den Standort Innsbruck angeführt. Unter Metadaten versteht man eine Auflistung detaillierter Informationen über die Messstation, Messort, Messver-fahren, Zeitangaben, Betreuer der Station usw. Wichtig sind vor allem Angaben über Änderungen, die die Homogenität der Daten beeinflussen können, wie z.B. Standort- und Instrumentenwechsel oder Änderung des Messverfahren. Globalstrahlungsdaten wurden hin-gegen nicht im ALOCLIM behandelt.

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1906 befand sich die Messstation Universität in der Schöpfstraße 41 auf dem Dach in 20,9 m Höhe über Grund im Hinterhof des dortigen Universitätsgebäudes, 1 km südwestlich des Stadtzentrums (Abbildung 2-6, 2-7, 2-8). Höhe des Geländes beträgt 578 m über dem Meeresspiegel. Betreuer der Station waren Universitätsbedienstete. Gemessen bzw. beo-bachtet wurden u.a. Temperatur, Luftdruck, relative Luftfeuchtigkeit, Niederschlag, Wind, sowie auch Sonnenscheindauer und Bewölkung. Zur Registrierung der Sonnenscheindauer diente ein Campbell Stokes Sonnenscheinautograph. Am 16. Juli 1949 fand eine Änderung am Campbell Stokes Sonnenscheinautographen statt. Die bis dahin verwendete gelbliche Glaskugel wurde durch eine neue klare mit höherer Empfindlichkeit bei niederen Sonnenständen ersetzt. Daher mussten die Werte aus den Jahren 1906 bis 1949 an die späteren Messungen angeglichen werden. Da nur eine Korrektur von Monatswerten sinnvoll erscheint, werden die Stundenwerte bzw. Tageswerte für diese Diplomarbeit erst ab 1950 verwendet. Der Vergleich der mittleren monatlichen Stunden-summen der Sonnenscheindauer der Registrierperioden (1906-1948, 1950-71) zeigte, dass mit dem alten Gerät in den Morgen- und Abendstunden weit weniger Sonnenschein re-gistriert wurde. Vor allem im Sommer waren die Intensitätswerte bei Sonnenaufgang und –untergang zu gering um über die Empfindlichkeitsschwelle des alten Autographen zu ge-langen. Diese Unterschiede ergeben sich vor allem durch die unterschiedliche Strahlungs-durchlässigkeit der Kugeln. Die Monatswerte von 1906-1949 wurden schließlich nach Rott (1974a) folgendermaßen korrigiert: „Es wurde angenommen, dass in beiden Reihen im Mittel bei gleichen Stunden-werten der Sonnenscheindauer um die Mittagszeit der Verlauf in den Morgen- und Abend-stunden gleich sein sollte. Da dies nicht der Fall ist, müssen die Werte in den Morgen- und Abendstunden der Reihe 1906-1949 erhöht werden“. Durchschnittlich um 5% wurden die Jahressummen der Sonnenscheindauer erhöht. Eine ausführliche Beschreibung dieser An-gleichung findet man in Kapitel A 3 der Dissertation von Rott (1974a), in den älteren Publi-kationen von Ekhart (1934) und Reiter (1958) wurden hingegen die unkorrigierten Werte verwendet. Die folgenden Abbildungen (schwarzer Pfeil) zeigen die Standorte des Campbell Stokes in Bildern (Auer et al. 2001):

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Abbildung 2-6: Innsbruck, 1942 Meteorologisches Observatorium der Universität - 1906 bis 1947 (Schöpfstraße 41 - Hof)

Abbildung 2-7: Innsbruck, 1942 Meteorologisches Observatorium der Universität - 1906 bis 1947 (Schöpfstraße 41 - Hof)

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(Schöpfstraße 41 – Hof)

Abbildung 2-8: Innsbruck, 1970 Meteorologisches Observatorium der Universität - 1947 bis 1970 (Schöpfstraße 41 - Garten) In den Jahren 1970-1973 erfuhr die meteorologische Station einen Standortwechsel. Die Umsiedlung erfolge 200 m nach Westen in den Garten des neuen Observatoriums vom Meteorologischen Institute, Schöpfstraße 45 (Abbildung 2-9). Die Umsiedlung der Geräte erfolgte in den verschiedenen Phasen:

1) Niederschlag 01.06.1970 2) Wetterhütte 13.06.1970 3) Wind 20.12.72 4) Sonnenschein 22.09.1972 5) Luftdruck 01.01.1973

Der Sonnenscheinautograph befindet sich nunmehr auf dem Dach des Observatoriums in 12,6 m über dem Boden, in 577 m Seehöhe, siehe schwarzer Pfeil in Abbildung 2-9. Außerdem änderten sich ab dem 01.01.1971 die Terminbeobachtungen von 7, 14, 21 MOZ auf 7, 14, 19 MOZ, d.h. für Innsbruck 14 Minuten nach MEZ.

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Abbildung 2-9: Innsbruck, 2001 Meteorologisches Observatorium der Universität - seit 1970 (Schöpfstraße 45 - Garten), Foto: E.Dreiseitl

Die Koordinaten des meteorologischen Observatoriums: 47° 15,7’ N, 11° 23,8 E. 2.2 Hänni-Solar 111B Seit dem Mai 1986 gibt es im Rahmen der institutseigenen Wetterstation Meteodat eine zu-sätzliche Registrierung der Sonnenscheindauer. Laut Metadaten bei Auer (Auer et al. 2001) findet die Sonnenscheinaufzeichnung bereits seit Mai 1985 auf dem Dach des Bruno Sander Hauses statt. Dies ist ein Irrtum, die Aufzeichnungen an diesem Ort in 615,5 m NN beginnen erst im Mai 1986. Hierbei handelt es sich um ein Instrument names Solar 111B der Firma Hänni & Cie AG, Schweiz (Abbildung 2-10). Im Unterschied zum Campbell Stokes Sonnenscheinautographen werden die Sonnenscheindaten des Hänni Solar mit der Meteodat Anlage in Mittlerer Orts-zeit aufgezeichnet (vgl. Kapitel 2.1.2). Die Ausgabe und Abspeicherung der stündlichen Dauer des Sonnenscheins erfolgt in Minuten. Das Hänni-Solar 111B ist im Gegensatz zum Campbell Stokes Sonnenscheinautograph ein optisch-elektrisches Messgerät, konstruiert um 1979/80. Mehrere um die Instrumentenachse angeordnete Siliziumzellen werden durch einen rotierenden Abschattungsstreifen der direk-ten Sonneneinstrahlung ausgesetzt bzw. abgeschattet. Dadurch kann die Differenz zwischen globaler und diffuser Strahlung ermittelt werden. Ist diese Differenz größer als ein vorgegebener Schwellenwert, wird Sonne registriert. Der Neigungswinkel von ca. 47° ergibt sich aus der geographischen Breite des Messortes (die Instrumentenachse liegt parallel zur Erdachse). Die Fühlerheizung wird bei tiefen Temperaturen automatisch eingeschaltet, um ein Absinken der Detektorinnentemperatur

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unterhalb +5° C zu verhindern. Außerdem wird durch eine Dauerbeheizung die Konden-sationswasserbildung verhindert. Technische Daten des Hänni Solar 111B: Spektralbereich 0,3 – 1,2 µm Ansprechschwellwert 150 W/m² Auflösung 1 sec Temperaturbereich -40° C bis +50° C Heizung 20 W thermostatgesteuert

3 W Dauerheizung

(aus: Anleitung zur METEODAT-S Teilautomatisierte Wetterstation)

Abbildung 2-10: Hänni Solar 111B (aus : Auer 2003) Der Campbell Stokes Sonnenscheinautograph und das Hänni Solar sind zwei sehr verschie-dene Messgeräte, deshalb ist ein Vergleich der beiden unerlässlich. Bereits Auer et al. (2001) haben sich mit dieser Thematik befasst. Eine ausführliche Diskussion darüber erfolgt in Kapitel 4.5.

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2.3 Sternpyranometer (Firma Schenk)

2.3.1 Das Messgerät und dessen Kalibrierung Pryanometer dienen zur Messung der globalen Sonnenstrahlung, also der Summe der direk-ten und diffusen Strahlung, aus dem oberen/unteren Halbraum. Der Name Pyranometer stammt aus dem Griechischen, “pyr” bedeutet Feuer. Die Sternpyranometer (Abbildung 2-12) werden von der Firma Ph. Schenk, Wien, herge-stellt. Das Messprinzip basiert auf der differentiellen Erwärmung einer Scheibe mit unter-schiedlich gefärbten Dreiecken. Unter diesen 12 Kupferplättchen befinden sich Thermo-elemente, welche die Temperaturdifferenz zwischen den abwechselnd schwarzen und weißen Plättchen messen und dadurch elektrische Spannung induzieren. Thermoelemente bestehen aus zwei verschiedenen Metallen, an deren Kontaktflächen elektrische Potentialdif-ferenz entsteht wenn die Verbindungsstellen unterschiedliche Temperaturen haben. Mehrere hintereinandergeschaltete Thermoelemente bilden eine Thermosäule. Um aus dem Ausgabe-signal in der Einheit mV auf die gewünschte Bestrahlungsstärke der Einheit Wm ² zu gelan-gen, benötigt man einen Kalibrierfaktor der mittels verschiedener Möglichkeiten ermittelt werden kann (WMO 2006):

-

a) Vergleich mit einem Referenz-Pyrheliometer und einem zweiten abgeschatteten Pyrano-

meter Die direkte Sonnenstrahlung wird durch das Pyrheliometer gemessen, die diffuse Strah-

lung durch ein zweites, kontinuierlich abgeschattetes Pyranometer. Dabei soll der Durchmesser und die Entfernung des Abschattungsringes oder -scheibe so gewählt wer-den, dass der daraus resultierende „Abschattungswinkel“ dem Öffnungswinkel des Pyrheliometers entspricht (z.B. Scheibe mit 90mm Durchmesser in ca. 1m Abstand ent-spricht einem 5° Öffnungswinkel, der die direkte und zirkumsolare Strahlung beinhaltet). Die Kalibrierung wird an Strahlungstagen durchgeführt, wo die diffuse weniger als 15 Prozent der Globalstrahlung ausmacht. Der Kalibrierungsfaktor k wird hier wie folgt be-rechnet:

sin s sS h V k V⋅ + = ⋅k S ... direkte Sonnenstrahlung des Pyrheliometers (Wm-²) h ... Sonnenhöhe Vs ...Output des abgeschatteten Pyranometers (µV) ks ... Kalibrierungsfaktor des abgeschatteten Pyranometers (Wm-² µV-1) V ... Output des zu kalibrierenden Pyranometers (µV) b) Vergleich mit einem Referenz-Pyrheliometer und periodischer Abschattung des zu

eichenden Pyranometer Diese Methode ist sehr ähnlich dem Punkt a), mit dem einzigen Unterschied dass die dif-fuse Strahlung mit dem zu eichenden Pyranometer gemessen wird. Dabei wird in perio-

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dischen Zeiträumen der Pyranometer abgeschattet, die Abschattungsdauer ist abhängig von der Einstellzeit des Messgerätes; 3 bis 10 Minuten sollten grundsätzlich ausreichen. Der Kalibrierungsfaktor k wird hier wie folgt berechnet:

sinS h V⋅ = ⋅k

S ... direkte Sonnenstrahlung des Pyrheliometers (Wm-²) h ... Sonnenhöhe

V ... Output der direkten Komponente der Strahlung (Mittel über die offene Zeit – Mittel über abgeschattete Zeit) des zu kalibrierenden Pyranometers (µV)

c) Vergleich mit einem Referenz-Pyrheliometer und zweier Pyranometer Ein Pyrheliometer misst die direkte Komponente der Sonnenstrahlung, während zwei im Unterschied zu Punkt a) nicht kalibrierte Pyranometer abwechselnd die Globalstrahlung und die diffuse Strahlung messen. Dabei wird der Kalibrierfaktor für beide Pyranometer ermittelt.

d) Vergleich mit einem Referenz-Pyranometer

Bei dieser Methode wird der zu kalibrierende Pyranometer mit dem bereits geeichten Py-ranometer nebeneinander aufgestellt und miteinander verglichen. Sind beide Mess-instrumente desselben Typus, genügen Vergleichsmessungen von ein bis zwei Tagen. Je größer die Unterschiede beider Geräte ist, desto länger sollte der Vergleichszeitraum an-gelegt sein. Der Kalibierfaktor k wird wie folgt berechnet:

rk R k= ⋅ R ... Verhältnis der beiden Pyranometer kr ... Kalibierfaktor des Referenz-Pyranometers e) Kalibrierung im Labor

Bei dieser Methode spielt sich die Kalibrierung in den Räumen eines Labors ab. Als „Sonnenenergie“ dient eine künstliche Lichtquelle, der das zu eichende Pyranometer und ein Referenz-Pyranometer ausgesetzt sind.

Im Schweizer Davos liegt das Weltstrahlungszentrum, welches sich für die Kalibrierung der Strahlungsgeräte der Regionalen und Nationalen Strahlungszentren verantwortlich zeichnet. Zur Sicherung der weltweiten Vergleichbarkeit des Strahlungsmessnetzes finden alle fünf Jahre internationale Treffen (International Pyrheliometer Comparison IPC) in Davos statt um die direkte „Anbindung“ der Regionalen Strahlungszentren an die World Radiometric Reference (WRR) zu gewährleisten. Diese Regionalen Strahlungszentren der sieben WMO Regionen der Erde geben wiederum die WRR in periodischen Abständen an die Nationalen Zentren weiter um die Homogenität der eigenen Geräte zu gewährleisten (WMO 2006). Das

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Referenz-Pyrheliometer des Institutes von Innsbruck wird hingegen direkt am Strahlungs-zentrum in Davos kalibriert. In der Vergangenheit wurden zahlreiche Radiometrische Referenzen in der Meteorologie verwendet: Ångström 1905, Smithsonian 1913 und die International Pyrheliometric Scale 1956 (IPS). Durch die ständige Verbesserung der Messgenauigkeiten wurde schließlich die World Radiometric Reference (WRR) geschaffen (Fröhlich 1991). Sie dient als international anerkannte Referenz für Strahlungsmessungen und wurde durch Vergleichsmessungen mit 15 Pyrheliometern definiert (Abbildung 2-11).

Abbildung 2-11: Definition der WRR, definiert durch Messungen von 15 Pyrheliometern. Die schattierte Fläche zeigt eine Abweichung von +/- 0,2 Prozent der WRR (aus: http://www.pmodwrc.ch/pmod.php?topic=wrc) Die älteren Radiometrische Referenzen weichen von der WRR wie folgt ab (WMO 2006):

1,026Ångström 1905

WRR=

0,977Smithsonian 1913

WRR=

1,022IPS 1956

WRR=

Es sei der Hinweis erlaubt, dass die Abweichungen keineswegs vernachlässigbar sind, son-dern sich im Bereich von größer als zwei Prozent befinden.

16


Abbildung 2-12: Sternpyranometer Type 8101 der Firma Schenk (aus: http://www.schenk.co.at) Eine speziell geschliffene Glaskuppel (Abbildung 2-12) schützt die Empfängerfläche des Pyranometers vor Umwelteinflüssen, wie Wind, Regen, Tau usw. und dient gleichzeitig als Filter der kurzwelligen Strahlung. Das Trocknungsmittel Silikagel verhindert einen zu hohen Feuchtigkeitsgehalt im Inneren des Sensors und damit das Beschlagen der Glaskuppel mit einer internen Wasserhaut. Die Bauweise der Pyranometer entspricht dem ISO 9060-Standard, der auch durch die WMO, der World Meteorological Organisation, anerkannt ist. Man unterscheidet dabei die Messgeräte in drei Gruppen: Die beste Klasse wird „secondary standard“ genannt, die zweitbeste „first class“ und die letzte „second class“ (aus: http://de.wikipedia.org/wiki/Pyranometer). Der Sternpyranometer der Firma Schenk entspricht der Gruppe „first class“. Technische Daten des Sternpyranometers: Messbereich 0 – 1500 Wm-2

Spektralbereich 0,3 - 3 µm für 50 % Durchlässigkeit Ausgangssignal ca. 15 µV pro Wm-2

Umgebungstemperatur - 40° C bis + 60° C Auflösung < 1 Wm-2

Azimutfehler < 3 % des Messwertes Cosinusfehler < 3 % Temperatureinfluss < 1 % Gewicht 1.0 kg

(aus: Datenblatt der Firma Schenk http://www.schenk.co.at)

17

http://de.wikipedia.org/wiki/Pyranometer


2.3.2 Zeitliche Entwicklung der Messreihe Laut Rott (1974a) wurden sämtliche Messungen der Globalstrahlung ab Jänner 1958, die auch für die vorliegende Globalstrahlungsreihe verwendet wurden, mit Sternpyranometern der Firma Schenk durchgeführt. Die Genauigkeit der Werte der Strahlungsreihe ist durch die Anzahl der Eichungen und durch die Güte von Sternpyranometer und Registriergerät be-grenzt. Frühere Aufzeichnungen der Globalstrahlung in Innsbruck in den Jahren 1950-1957 wurden hingegen mit einem Robitzsch-Pyranographen registriert. Da jedoch dieses Gerät mit dem Sternpyranometer nicht gut vergleichbar ist, erscheint es nicht sinnvoll die Globalstrahlungs-reihe auf die Jahre vor 1958 auszudehnen. In der gesamten Periode wurden zahlreiche Sternpyranometer verwendet, ihre Verwen-dungsdauer ist im folgenden zusammengestellt: Verwendungszeitraum Nummer Ort 10.01.1958 bis 28.02.1959 Nr. 88 Schöpfstraße 41 01.03.1959 bis 31.03.1960 Nr. 305 Schöpfstraße 41 01.04.1960 bis 30.06.1969 Nr. 305 Schöpfstraße 41 01.07.1969 bis 31.05.1970 Nr. 611 Schöpfstraße 41 01.06.1970 bis 31.12.1972 Nr. 633 Schöpfstraße 41 1973 bis 1980 Nr. 661 (mit neuem Glas) Schöpfstraße 45 1981 bis 31.12.1986 Nr. 932 Schöpfstraße 45 01.01.1987 bis 17.08.1987 Nr. 940 Innrain 52, Bruno Sander Haus 17.08.1987 bis heute Nr. 3749 Innrain 52, Bruno Sander Haus

Vor 1969 wurden die Sternpyranometer gelegentlich mit dem Bimetall-Aktinometer Michelson-Marten Nr. 346 (MM346) (Modell G. Schulze, Potsdam) sowie durch den mobi-len Eichdienst der ZAMG kalibriert. Ab 1969, als das Institut sieben neue Sternpyranometer (Nr. 610, 611, 612, 618, 633, 661 und 663) der Firma Schenk erworben hatte, fanden institutsinterne Eichungen mit verschiedenen Linke-Feußner-Panzeraktinometern (Modell Kipp & Zonen) statt: Verwendungszeitraum Nummer des Gerätes Bis November 1970 G 10109 Ab November 1970 CM 1 650 122 Ab 1975 bis heute CM 1 740279 Letzteres Gerät wird im Abstand von drei bis vier Jahren an das Physikalisch-Meteo-rologische Observatorium Davos (PMOD) gebracht und dort mittels einer mehrmonatigen Parallelmessung an die Standardgeräte geeicht. Diese Kalibrierungen erweisen sich als not-

18


wendig, weil die Panzeraktinometer innerhalb von einigen Jahren alterungsbedingt Unter-schiede in der Größenordnung von ein bis zwei Prozent aufweisen. Diese aus den Davoser Parallelmessungen abgeleiteten Eichfaktoren werden am Institut dazu verwendet, um die Messungen der Sternpyranometer auf halbwegs aktuellem Stand zu hal-ten. Dies erfolgt durch Parallelmessung am Dach des Bruno Sander Hauses mit einer Häu-figkeit von drei bis vier Mal pro Jahr, und zwar mit der im Kapitel 2.3.1 Punkt b) erläuterten Methode. Im Rahmen seiner Dissertation hat Rott (1947a) grundlegende Erkenntnisse aus der Eichung und dem Vergleich zahlreicher Sternpyranometer gewonnen. Dabei wies er auf gravierende Unterschiede und Mängel in den damaligen Fabrikationsserien der Sternpyranometer der Firma Schenk hin. So zeigte er u.a. eine große Sonnenhöhenabhängigkeit der Stern-pyranometer Nr. 661 und Nr. 663 und weiterer Geräte dieser Serie. Die Empfindlichkeit nimmt z.B. hier von der Sonnenhöhe 65° bis zur Sonnenhöhe 20° um ca. 15 Prozent ab. Aufgrund dieser Mängel waren die beschriebenen Instrumente nicht dazu geeignet, verlässliche Strahlungsmessungen zu liefern. Die Zusammenarbeit mit der Firma Ph. Schenk führte in der Folge zu einer deutlichen Verbesserung der Produkte. Die Ergebnisse dieser umfangreichen Vergleiche sind bei Rott (1974b) im Detail nachzule-sen.

19

3 Datensammlung

3 Datensammlung 3.1 Sonnenscheindauer

3.1.1 Definitionen der Sonnenscheindauer Der Begriff Sonnenscheindauer (SSD) steht für verschiedene Inhalte. Unter der astronomischen Sonnenscheindauer versteht man die Sonnenscheindauer an einem bestimmten Ort ohne Abschattung durch Gebirge. Sie hängt somit nur vom Breiten-grad des jeweiligen Ortes und von der Jahreszeit ab. Bei der effektiv möglichen Sonnenscheindauer werden hingegen die Verluste des Sonnen-lichts durch den Landschaftshorizont, somit Gebirge, berücksichtigt. Die tatsächliche Sonnenscheindauer ist die vom Messgerät registrierte Dauer des Sonnen-scheines. Der Unterschied zur effektiv möglichen Sonnenscheindauer wird durch die Bewöl-kung verursacht. Darüber hinaus gibt es den Begriff der relativen Sonnenscheindauer. Sie wird aus dem Verhältnis von tatsächlicher und effektiv möglicher SSD berechnet:

Relative SSD 100 %Tatsächliche SSDEffektiv mögliche SSD

⎛ ⎞= •⎜ ⎟⎝ ⎠

Die relative Sonnenscheindauer ist eine wichtige Kennzahl um die Sonnenscheinverhältnisse verschiedener Orte vergleichbar zu machen, welche sehr unterschiedlichen Horizontalab-schirmungen unterliegen können.

3.1.2 Monatswerte der astronomischen Sonnenscheindauer Die aus verschiedenen Quellen erhobenen Daten zur astronomischen Sonnenscheindauer weichen geringfügig voneinander ab. Gefunden wurden Monatswerte bei Ekhart (1934), diese wurden von Reiter (1958) und Rott (1974a) übernommen. 1987 führte R. Steinacker (1987) neuere Messungen durch, welche sich mit den von T. Beer (1990) seit 1990 verfügbaren Ergebnissen eines Computerprogramms decken. Der Unter-schied zu den Ekhart Daten liegt in der Größenordnung von bis zu 7 Stunden pro Monat. Verwendet werden seit 1987 am Institut und in der Folge auch in der vorliegenden Diplom-arbeit die in Tabelle 3-1 zusammengestellten Monatswerte:

JAN FEB MAR APR MAI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DEZ 272 282 364 403 462 470 475 436 373 332 276 259

Tabelle 3-1: Astronomische Sonnenscheindauer in Stunden für Innsbruck

20

3 Datensammlung

3.1.3 Monatswerte der effektiv möglichen Sonnenscheindauer Für den Standort Innsbruck findet man in der Literatur auch verschiedene Größen der effek-tiv möglichen Sonnenscheindauer. Rott (1974a) gibt einen Überblick über die bis dahin verfügbaren Daten. Im Jahre 1958 wurde von J. Pesch mit einem Tagbogenmesser (ein Gerät zum Verfolgen der Sonnenbahn am Himmel) die Horizontalabschirmung vermessen und daraus die tägliche effektiv mög-liche SSD bestimmt. In früheren Publikationen findet man verschiedene Auswertungen der effektiv möglichen SSD für die Station Schöpfstraße 41, insbesondere sind dabei jene von Ekhart (1934) und Reiter (1958) zu nennen. Deren Werte wurden nach der Brandspur-methode (Auswertung der Brennspur des Campbell Stokes Registrierstreifens an wolken-losen Tagen) mit einem Autographen berechnet. Die so bestimmten Jahressummen weichen jedoch um ungefähr 150 Stunden von denen nach Pesch ab. Von der Zentralanstalt in Wien wurde mit der Brandspurmethode aus den Registrierungen des 1949 neu installierten Autographen eine effektiv mögliche SSD bestimmt, die mit der von Pesch 1958 bestimmten Dauer in den Monats- und Jahrssummen bis auf wenige Stunden übereinstimmt und ab 1952 in den Jahrbüchern verwendet wurden. Schließlich stimmen die Werte von Pesch (von Rott in seiner Dissertation übernommen) auch mit den von Schätzle in den späten 70er Jahre ermittelten Werten überein, welche sich ebenso auf die Schöpfstraße beziehen. Schätzle bestimmte dabei die Horizonteinschränkung der Gebirge mit Hilfe eines Theodoliten (Winkelmessinstrument). Steinacker (1987) hat hingegen die effektiv mögliche Sonnenscheindauer eines jeden Tages für das Dach des Bruno Sanders Hauses (Innrain 52) ermittelt, seine Werte wurden von A. Pfoser (2005) übernommen.

JAN FEB MAR APR MAI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DEZ

Schöpfstraße

198

239

330

380

421

428

429

406

347

289

211

182

Innrain 52

205

242

332

377

419

423

429

401

349

293

219

187 Tabelle 3-2: Effektiv mögliche Sonnenscheindauer in Stunden nach Schätzle (Schöpfstraße) und Steinacker (Bruno Sander Haus Innrain 52) Eine weitere Quelle ist Steinhauser (1973) dessen Daten sich von den obigen maximal um zwei Prozent unterscheiden. Für die Schöpfstraße werden zur Berechnung der effektiv möglichen SSD die Werte von Schätzle und für das Bruno Sander Haus jene von Steinacker (1987) herangezogen.

21

3 Datensammlung

3.1.4 Unterschied von effektiv möglicher und astronomischer Sonnenscheindauer Am Breitengrad von Innsbruck (47° 16’N) reichen die Tageswerte der astronomischen Sonnenscheindauer von maximal 15,7 Stunden zum Zeitpunkt der Sommersonnenwende bis zu minimal 8,3 Stunden zur Wintersonnenwende. An dem im Rahmen dieser Arbeit be-trachteten Standorte in Innsbruck wird die astronomische Sonnenscheindauer jedoch teil-weise stark durch die umliegenden Gebirge vermindert (vgl. Abbildung A. 1 Horizontabschirmung). Die Werte der effektiv möglichen Sonnenscheindauer erreichen daher nur einen Maximalwert von 14,3 Stunden und einen Minimalwert von 5,8 Stunden. In Abbildung 3-1 erkennt man die höheren Anteile der effektiv möglichen zur astrono-mischen Sonnenscheindauer im Frühjahr und Herbst, wo sich die West-Ost Ausrichtung des Inntals bemerkbar macht. Maximalwerte bis zu 96 % werden im Zeitraum Anfang April bzw. Anfang September erreicht, während die umliegenden Berge den größten Einfluss auf die effektiv mögliche Sonnenscheindauer Ende Dezember ausüben, wo bis zu 30 % der Son-neneinstrahlung abgeschattet werden.

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Jän Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

[%]

SchöpfstraßeUniversität

Abbildung 3-1: Prozent der effektiv möglichen SSD im Vergleich zur astronomischen SSD

Daten: Tageswerte der effektiv möglichen und der astronomischen SSD


25% 14% 9% 6% 9% 10% 10% 8% 6% 12% 21% 28% Tabelle 3-3: Verlust der Monatswerte durch Horizontabschirmung in Innsbruck In der folgenden Abbildung 3-2 sind nochmals die tägliche astronomische SSD und die effektiv mögliche SSD in einem Kreisdiagramm aufgetragen.

22

3 Datensammlung

Astronomische SSDEffektiv mögliche SSD

JAN

FEB

MÄR

APR

MAI

JUN

JULAUG

SEP

OKT

NOV

DEZ

4,00

6,00

8,0010,00

12,00

14,00

16,00

Abbildung 3-2: Jahresgang der Sonnenscheindauer in Stunden

Daten: Tägliche astronomische und effektiv mögliche SSD, 1950 - 2005

3.1.5 Sonnenscheindauer Schöpfstraße Die vorliegende Diplomarbeit stützt sich auf zahlreiche Datenreihen. Da die Daten teilweise von lang zurückliegenden Messperioden und von unterschiedlichen Quellen stammen, enthielten sie Lücken und Fehler. Diese wurden nachträglich korrigiert bzw. fehlende Daten aus den unterschiedlichen Tages- und Monatsbögen nachgetragen. Vom Standort Innsbruck (Schöpfstraße) liegen nun folgende Registrierungen der Sonnen-scheindauer vor:

Stundenwerte [1/10 h] 01.01.1950 – 31.12.2005 Tageswerte [h] 01.01.1950 – 31.12.2005 Monatssummen [h] Jänner 1906 – Dezember 2005 Jahressummen [h] 1906 – 2005

Datenmaterial Sonnescheindauer

1905 1910 1915 1920 1925 1930 1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Stundenwerte

Tagessummen

Monatssummen

Jahressummen

23

3 Datensammlung

3.1.6 Homogenisierte Daten der Sonnenscheindauer Im Rahmen des Projekts „Austrian Long-Term Climate 1767-2000“ (Auer et al. 2001) wur-den nicht nur wie bereits beschrieben, die Metadaten (Detailinformationen über die Station) der wichtigsten österreichischen Wetterstationen gesammelt, sondern es wurden auch die Mess- und Beobachtungsdaten einer umfangreichen Qualitätskontrolle unterzogen. Die Hauptziel des ALOCLIM Projektes ist einen klimatologischen Datensatz zu erstellen unter folgenden Gesichtspunkten:

- langjährig (bis an die Anfänge der Aufzeichnungen) - homogenisiert (mittels Meta Daten und statistischen Verfahren) - mulitple, d.h. mehrere Klimaelemente - grenzüberschreitend (nicht nur das österreichische Staatsgebiet).

In Österreich ist man in der glücklichen Lage über sehr lange meteorologische Zeitreihen, sowohl im Flachland als auch im Gebirge zu verfügen. Die ersten kontinuierlichen Auf-zeichnungen begannen im Jahre 1767 in Kremsmünster. Eine der bedeutendsten Bergstatio-nen ist hingegen der Sonnblick, wo bereits seit 1887 meteorologische Aufzeichnungen durchgeführt werden. Da sich über diese langen Zeiträume jedoch die Messmethoden, Mess-zeiten und Aufstellungsorte der Geräte bzw. deren Umgebung ändern, müssen die Einflüsse derartiger Veränderungen aus den Reihen entfernt werden, bevor man tatsächliche Klima-trends daraus ableiten kann. Homogenisiert wurden die Daten unter Verwendung der Meta-daten und speziellen mathematischen Verfahren (u.a. mit dem Fortran Programm HOCLIS – Homogensisation of Climate Series). Dabei wurden nicht nur alle österreichischen langen Messreihen verwendet, sondern auch jene der angrenzenden Alpenländer. Von mehr als 15 Standorten liegen nun Klimazeitreihen vor (Monatswerte), die aus einem breiten Spektrum von bis zu 20 verschiedenen Klimaelementen bestehen, u.a. Max – Min – Mittel Temperatur, Niederschlag, relative Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Sonnenscheindauer und Bewölkungsdaten. Ursachen von Inhomogenitätsstellen in der Sonnenschein-Datenreihe sind:

- Umsiedelung der Station - Wechsel bzw. Alterung des Messinstruments - Veränderung der Umgebung der Messstadion

Fehler in Bezug auf den am weitest verbreiteten Sonnenscheinautograph Campbell Stokes können entstehen durch die verschiedenen Registrierstreifen (z.B. Farbe), unterschiedlichen Durchmesser und unterschiedliche Farbe der Glaskugel, Subjektivität in der Ablesung durch den Betreuer, Einfluss von Reif und Feuchtigkeit auf die Genauigkeit der Messung usw. Aus Auer et al. (2001) liegen die homogenisierten Werte der Innsbrucker Sonnenscheindauer für folgenden Zeitraum vor:

Monatssummen [h] Jänner 1906 – März 2000 Jahressummen [h] 1906 – 1999

24

3 Datensammlung

3.1.7 Sonnenscheindauer Bruno Sander Haus Wie bereits erwähnt (vgl. Kapitel 2.2) gab es ab Mai 1986 eine zusätzliche Registrierung der Sonnenscheindauer. Diese wurde mit dem optisch-elektrischen Gerät namens Hänni Solar 111 auf dem Dach des Institutes des Bruno Sander Hauses (Innrain 52) durchgeführt. Diese Aufzeichnungen werden zusammen mit anderen Daten der institutseigenen elektro-nischen Wetterstation „Meteodat“ (Modell Seibersdorf) gespeichert und stehen als Stunden-werte zur Verfügung:

Stundenwerte [1/10 h] 01.05.1986 – 31.12.2005 Tagessummen [h] 01.05.1986 – 31.12.2005 Monatssummen [h] Mai 1986 – Dezember 2005 Jahressummen [h] 1987 – 2005

3.1.8 Sonnenscheindauer Sonnblick (homogenisiert) Um die Werte des Sonnenscheines von Innsbruck mit einer Station in anderer Höhenlage vergleichen zu können, wurden die Daten der Bergstation Sonnblick herangezogen. Zur Ver-fügung stehen die homogenisierten ALOCLIM Daten von Auer (Auer et al. 2001) der Jahre 1961 bis 1990. Der Sonnblick ist ein exponierter Gipfel des Alpenhauptkammes in den Hohen Tauern in 3106 m Höhe. Hier wurden bereits seit 1886 meteorologische Messungen und Beobachtungen durchgeführt, womit ein weltweit einzigartiger Datensatz für eine Sta-tion in dieser Meereshöhe zur Verfügung steht. 3.2 Globalstrahlung

3.2.1 Globalstrahlung Universität Für die Globalstrahlung Innsbruck liegen folgende Daten vor:

Stundenwerte [W/m²] 01.01.1970 – 31.12.2005 Tagesmittel [W/m²] 01.01.1970 – 31.12.2005 Monatsmittel [W/m²] Jänner 1958 – Dezember 2005 Jahresmittel [W/m²] Jänner 1958 – Dezember 2005

25

3 Datensammlung

Datenmaterial Globalstrahlung

1905 1910 1915 1920 1925 1930 1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Stundenwerte

Tagesmittel

Monatsmittel

Jahresmittel

Anmerkung zu den Daten: Die Monats- und Jahressummen in der Einheit [MJ/m²] der Jahre 1977 bis 1985 wurden in späteren Publikationen um den Faktor 1,022 nachkorrigiert. In der Dissertation von Rott (1974a) finden sich jedoch die unkorrigierten Werte. In dieser Diplomarbeit werden die kor-rigierten Werte verwendet. Die täglichen Stundenwerte in der Einheit [J/(cm²h)] wurden für die wenigen Monate vom 01. Juni 1986 bis 31. Dezember 1986 um den Faktor 1,2 nachkorrigiert. Der Grund liegt in einem Rechenfehler.

3.2.2 Globalstrahlung Flughafen Wiederum als Vergleichs- und Kontrollmöglichkeit der Globalstrahlungsdaten des Bruno Sander Hauses werden die Daten mit einer zehnjährigen Reihe vom Standort Flughafen Innsbruck ergänzt. Hier ist seit dem 25. Juni 1992 auch ein Sternpyranometer der Firma Schenk in Betrieb. Im Rhythmus von 1,5 bis 2 Jahren wird das Messgerät nach Wien zur Zentralanstalt für Meteorologie und Geophysik (ZAMG) geschickt um Nacheichungen durchzuführen oder das Gerät wird ausgetauscht. Die vorliegenden Daten beschränken sich auf folgendem Zeitraum:

Tagesmittel [W/m²] 01.01.1996 – 30.09.2005 Monatsmittel [W/m²] Jänner 1996 – September 2005 Jahresmittel [W/m²] 1996 – 2004

26

3 Datensammlung

3.3 Bewölkungsgrad des Himmels

3.3.1 Bewölkung am Institut Messungen der Sonnenscheindauer und der Strahlung stehen im engen Zusammenhang mit der Dicke und Verteilung der Bewölkung. Insofern ist der Vergleich dieser Größen unterein-ander interessant. Hierbei werden jedoch unterschiedlich ermittelte Daten miteinander ver-glichen: Sonnenschein und Strahlung werden durch ein Messinstrument in hoher zeitlicher Auflösung registriert, während die Bewölkung nur subjektiv durch einen Beobachter an drei Terminen abgeschätzt wird. Hinzu kommt, dass diese Termine im Laufe der Zeit geändert wurden. Bis zum Jahre 1971 waren die Beobachtungstermine: 7, 14 und 21 Uhr MOZ. Seit dem Jahre 1971, also seit der Umstellung auf die Zeiten 7, 14, 19 Uhr MOZ, sind die Werte natürlich nicht mehr streng vergleichbar. Hinweise auf diese Inhomogeniät in den Daten sind in Ka-pitel 6.3 zu erkennen. Folgende Bewölkungsdaten stehen zur Verfügung:

Datenmaterial Bedeckung

1905 1910 1915 1920 1925 1930 1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Tagesmittel

Monatsmittel

Eine genaue Anleitung zu meteorologischen Beobachtungen wurde von Gutmann (1948) in der Publikation „Beobachtungs- und Meßmethoden des Wetterdientes“ verfasst. Auch Klinger (1986) lehnt seine Veröffentlichung über die Wetterbeobachtungen stark an Gutmanns Werk an. Demnach soll der Bewölkungsgrad des Himmels in Zehntel angegeben werden, von 0 für vollkommen wolkenlos bis zu 10 für vollkommen bedeckt. Bei der An-gabe der Bewölkung wird auch der Nebel miteinbezogen. Ist der Himmel durch den Nebel nicht zu erkennen, ist der Bewölkungsgrad mit 10 anzugeben. Sind durch den Nebel Him-melsteile zu sehen, wird 9 oder weniger notiert. Die Bewölkungsschätzung besteht aus zwei Teilen, aus der Schätzung der Menge und der Schätzung der Dichte und unterliegt manchen persönlichen Fehlern. Zur Menge: Zum Beispiel können die am Horizont liegenden Wolken leicht überschätzt werden, weil sie dem Beobachter zusammengedrückt erscheinen und somit die wolkenfreien Lücken da-

Tagesmittel (in %) 01.01.1966 – 31.12.2005 Monatsmittel (in Zehntel) Jänner 1906 – Dezember 2005

27

3 Datensammlung

zwischen nicht gut zu erkennen sind. Auch bei Dunkelheit wird die Beobachtung sehr er-schwert. Der Beobachter orientiert sich dabei an den Sternen bzw. an den sternenlosen Tei-len des Himmels. Deshalb wird hier in der Regel infolge der schlechten Sichtbarkeit etwas zu niedrig geschätzt. Zur Dichte: Cirrusbewölkung fällt z.B. gleich ins Gewicht wie Stratusbewökung oder Cumulonimben. Die Dichte der Bewölkung wird durch die Ziffern 0, 1, 2 erfasst. (0… dünne Wolken, 1… mäßig dichte Wolken, 2… sehr dichte Wolken). Diese werden als kleine hochgestellte Zahl der Bewölkungsmenge hinzugefügt. Für die vorliegende Auswertung werden aber diese Dichtekennzahlen nicht verwendet.

3.3.2 Homogenisierte Bewölkungsdaten Unter die im Rahmen des ALOCLIM Projektes (Auer et al. 2001) untersuchten Daten fallen auch die beobachteten Bewölkungsdaten von Innsbruck. Bewölkungsbeobachtungen gehen weit in die Vergangenheit zurück, in Innsbruck zum Teil bis ins Jahr 1829. Homogenisierte Daten liegen ab 1866 vor. Allgemeine Ursachen von Inhomogenitäten einer Bewölkungsreihe können sein (Auer et al. 2001):

- Wechsel des Beobachters, - Wechsel des Standortes, - Veränderung der Stationsumgebung, - Änderung der Beobachtungszeiträume, - Änderung der Beobachtungseinheit (1/4, 1/8, 1/10), - Fehler beim Schreiben und Tippen und - Änderung der Beobachtungsrichtlinien.

Homogenisierte Bewölkungsdaten von Innsbruck liegen wie folgt vor:

Monatssummen [h] Jänner 1866 – März 2000 Jahressummen [h] 1866 – 1999

28

4 Analyse der Sonnenscheindauer

4 Analyse der Sonnenscheindauer 4.1 Monats-, Jahressummen und Jahresgang der Sonnenscheindauer Der in Abbildung 4-1 dargestellte Jahresgang der täglichen tatsächlichen Sonnenschein-dauer zeigt naturgemäß einen sinusähnlichen Verlauf. Die blaue Linie gibt den mittleren Verlauf der Sonnenscheinstunden wieder. Diese reicht von täglich 2 Stunden im Winter bis 8 Stunden im Sommer. Innerhalb der einzelnen Monate schwankt die tägliche Sonnenschein-dauer relativ stark, trotz des langen Mittelungszeitraum von 56 Jahren, das sind ja fast zwei ganze Normalperioden wie sie von der WMO gefordert bzw. gewünscht werden. Am Institut durchgeführte Untersuchungen (Zenkl 2003) der jahreszeitlichen Singularitäten, wie z.B. der Eisheiligen oder der Schafskälte haben gezeigt, dass diese vor allem im späten Frühling auf-tretenden Erscheinungen in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts im statistischen Sinn nicht mehr so signifikant auftreten wie es in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts der Fall war. Die maximale Tagessumme (rote Linie) verläuft ähnlich der effektiv möglichen Sonnen-scheindauer, da an fast jedem Tag in der gemessen Periode mindestens einmal die maxima-len Sonnenstunden erreicht wurden. Auffälliges zeigt sich bei der minimalen Tagessumme (grüne Linie). An nahezu allen Kalendertagen tritt der Fall auf, dass die Sonne überhaupt nicht scheint, allerdings gab es zwei Tage in der 56jähren Reihe wo es immer zumindest eine geringe Dauer von Sonnenschein gab, nämlich am 16. Mai (Minimum 1970 mit 0,1 Sonnen-stunden) und am 5. August (Minimum 1983 mit 0,4 Sonnenstunden).

0

2

4

6

8

10

12

14

16


Stun

den

Mittlere TagessummeMaximale TagessummeMinimale TagessummeEffektiv mögliche SSD

Abbildung 4-1: Mittlerer Jahresgang der tatsächlichen Sonnenscheindauer in Stunden Daten: Tageswerte der Sonnenscheindauer, 1950 – 2005

29


In Tabelle 4-1 und Tabelle 4-2 sind die Mittelwerte, Maxima und Minima der gesamten hun-dertjährigen Sonnenscheinreihe von Innsbruck zusammengefasst, zeitlich aufgelöst nach Monaten, Jahreszeiten und Jahr. Außerdem wurde die Abweichung der Extremwerte vom jeweiligen Mittelwert berechnet und daraus die Schwankungsbreite definiert. Abbildung 4-2 zeigt eine graphische Darstellung der mittleren, maximalen und minimalen Monatssummen. Im Anhang Abbildung A. 2 sind in einem Kreisdiagramm neben den Monatssummen auch die mittleren Monatswerte der astronomischen und effektiv möglichen SSD aufgezeichnet.

Mittelwerte der Sonnenscheindauer einer 30jährigen Normalperiode 1973 – 2002:


Mittelwerte

80

111

155

166

198

198

219

210

180

153

91

68

Maximum 148 194 245 247 268 284 301 288 244 233 180 124 im Jahre 1989 1959 1953 1946 1917 2003 1928 2003 1997

1929 1995 1978 1932

in % des Mittels

186

175

158

149

135

144

138

137

136

152

199

182

Minimum 35 49 79 100 116 128 145 134 88 73 54 24 im Jahre 1923

1907 1970 1944 1972 1939 1956 1954

1913 1912 1912 1922 1964 1906

in % des Mittels

44

44

51

60

58

65

66

64

49

48

60

35

Schwankungs-

breite %

142

131

107

89

77

79

72

73

87

104

139

147

Tabelle 4-1: Monatliche Durchschnitts- und Extremwerte der Sonnenscheindauer in Stunden, 1906 - 2005

WI FR SO HE JAHR

Mittelwerte

258

520

627

423

1828

Maximum 396 665 846 543 2305 im Jahre 1932 1948 2003 1921 2003

in % des Mittels 153 128 135 128 126

Minimum 147 387 484 238 1416 im Jahre 1923

1907 1970 1954 1912 1912

in % des Mittels

57

74

77

56

77

Schwankungs- breite %

96

54

58

72

49

Tabelle 4-2: Jahreszeitliche Durchschnitts- und Extremwerte der Sonnenscheindauer in Stunden, 1906 - 2005

JAN FEB MAR APR MAI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DEZ JAHR90 118 147 164 203 191 219 213 174 154 97 73 1844

Tabelle 4-3: Mittelwerte der Sonnenscheindauer in Stunden, 1973 - 2002

30


Der sonnenscheinreichste Monat in Innsbruck ist der Juli mit durchschnittlich 219 Stunden (51 % rel. SSD). Die maximale Stundenanzahl eines einzelnen Monats wurde mit 301 Stun-den (70 % rel. SSD) im Juli 1928 registriert. Der sonnenscheinärmste Monat ist hingegen der Dezember mit durchschnittlich 68 bzw. 73 Stunden (37% rel. SSD). Der geringste Monatswert in der hundertjährigen Periode wurde im Dezember 1906 gemessen, mit insgesamt nur 24 Stunden (13% rel. SSD) an Sonnenschein (Tabelle 4-3). Auffallend ist sowohl in Tabelle 4-2 als auch in Tabelle 4-3 der Unterschied zwischen den beiden Monaten Mai und Juni. Bei der 100jährigen Reihe und sogar bei der 30jährigen Reihe kann man erwarten, dass der Jahresgang der Monatswerte schon ziemlich nahe einer glatten Sinuskurve kommt. In den beiden angesprochenen Monaten ist dies jedoch nicht zu erken-nen. A. Pfoser (2005) hat sich die 90er Jahre des letzten Jahrhunderts im Detail angeschaut und in der Dekade 1990 bis 1999 als 10jähriges Mittel für den Mai 212 Stunden, Juni 184 Stunden und Juli 227 Stunden berechnet, d.h. die Maiwerte sind extrem hoch und die Juniwerte extrem tief. Denselben unregel-mäßigen Verlauf zeigt auch Tabelle 4-3 mit dem 30jährigen Normalwerten. Dieser Effekt ist offensichtlich so stark, dass auch die 100jährigen Werte in diesen Monaten davon geprägt sind und der Juni den Maiwert nicht übertrifft. A. Pfoser (2005) hat auf der Suche nach einer Erklärung eine Unregelmäßigkeit der Wetterlagen nach Hess-Brezowsky festgestellt, deren Erläuterung jedoch in diesem Zusammenhang zu weit führen würde.

0

50

100

150

200

250

300

350

Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

Stun

denn

Mittlere Monatssummen

Maximale Monatsummen

Minimale Monatsummen

Abbildung 4-2: Jahresgang der Sonnenscheindauer Daten: Monatssummen der Sonnenscheindauer, 1906 – 2005

31


Ein durchschnittliches Jahr in Innsbruck erreicht 1828 Stunden (100jähriges Mittel) oder 1844 Stunden (30jähriges Mittel) an Sonnenschein. Das entspricht einer relativen Sonnen-scheindauer von 47 bzw. 48 %. Bei der Betrachtung der Extremwerte kommt der Jahrhundertsommer 2003 zur Erscheinung. In diesem Rekordjahr wurden nicht nur bei den Temperaturen in Mitteleuropa zahlreiche Rekorde gebrochen, sondern es war auch das Jahr mit den meisten Sonnenstunden in der 100jährigen Periode. Mit 2305 Stunden (60 % rel. SSD) steht es an der Spitze von nur sieben Jahren in denen die Anzahl von 2000 Stunden überschritten wurde. Im Jahr 2003 wurde auch der größte Juni-, August-, sowie Sommerwert der gesamten Periode registriert. In der Abbildung 4-3 ist die prozentuelle Abweichung der einzelnen Jahre vom 100jährigen Mittel zu erkennen. Zwei Spitzen fallen dabei besonders ins Gewicht: Die extreme negative Abweichung von 29 % (1416 Sonnenstunden) im Jahr 1912, sowie die positive Abweichung von 21 % im besagten Jahr 2003. Die Unterschiede der anderen Jahre halten sich alle im Rahmen von +/- 15 %. Die Standardabweichung beträgt 141.

-30%

-20%

-10%

0%

10%

20%

30%

1906 1917 1928 1939 1950 1961 1972 1983 1994 2005

Abw

eich

ung

Mittelwert 1828 Stunden

Abbildung 4-3: Prozentuelle Abweichung der Jahressummen vom 100jährigen Mittel Daten: Jahreswerte der Sonnenscheindauer, 1906 - 2005 Im zeitlichen Verlauf (Abbildung 4-4) erkennt man einen leichten Anstieg der Jahreswerte in den letzten 100 Jahren. Dieser Anstieg ist jedoch mit Vorsicht zu interpretieren, denn die Sonnenscheindauer unterliegt in den unterschiedlichen Jahren deutlichen Schwankungen.

32


y = 1,3607x - 832,78

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

1906 1917 1928 1939 1950 1961 1972 1983 1994 2005

Stun

den

Linear (Regression)

Abbildung 4-4: Verlauf der Jahreswerte der Sonnenscheindauer Daten: Jahressummen der Sonnenscheindauer, 1906 - 2005 Wie man aus der Abbildung 4-3 erkennen kann, gibt es in der Anfangsperiode der Messun-gen viele Jahre mit relativ großen negativen Abweichungen vom Jahresmittel. Daraus folgt auch das niedrigste 10jährige Mittel im Zeitraum 1906-1915 mit nur 1677 jährlichen Son-nenstunden. Um die Jahrtausendwende hingegen gibt es eine Reihe von Jahren mit erhöhten Werten der Sonnenscheindauer, mit der Spitze im Jahr 2003. Das 10jährige Mittel der Jahre 1996-2005 liegt bei einem Maximum von 1945 Stunden (Tabelle 4-4).

1906-15 1916-25 1926-35 1936-45 1946-55 1956-65 1966-75 1976-85 1986-95 1996-05 1906-2005

1677 1848 1869 1766 1887 1798 1837 1829 1827 1945 1828 Tabelle 4-4: Zehnjährige Jahresmittelwerte und hundertjähriger Jahresmittelwert der Sonnenscheindauer in Stunden Bei Betrachtung der Monatsmittel der Innsbrucker Sonnenscheindauer im Vergleich zur Bergsstation Sonnblick ist der Sonnenscheindauerüberschuss Innsbrucks in den Monaten März bis September zu erkennen (Tabelle 4-5). Auch im Jahresmittel kann Innsbruck fast 120 Stunden mehr Sonnenschein registrieren als die Bergstation. Der Grund liegt in der großen Bewölkungsmenge am Sonnblick, vor allem im Frühling und Sommer. In den Monaten Oktober bis Februar kann dagegen die höhergelegene Station im Monats-durchschnitt mehr an Sonnenstunden bieten als Innsbruck. Einerseits weil dort in den Herbst- und Wintermonaten die geringsten Bewölkungsgrade beobachtet werden, andererseits weil in Innsbruck die effektiv mögliche Sonnenscheindauer stark eingeschränkt ist.

33


JAN FEB MAR APR MAI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DEZ JAHR

Sonnblick 113,5 121,2 141,6 130,4 143,8 142,2 178,1 170,8 166,7 174,4 119,9 108,6 1711,2

Innsbruck 82,5 111,6 147,7 163,7 189,2 187,3 216,0 208,2 185,6 165,7 96,9 76,4 1830,8 Tabelle 4-5: Mittlere monatliche Sonnenscheindauer in Stunden am Sonnblick und Innsbruck, 1961 - 1990

4.1.1 Vergleich der Monats- und Jahreswerte mit den homogenisierten ALOCLIM Daten

Ein Vergleich der tatsächlich gemessen Monatswerte der Sonnenscheindauer mit den homo-genisierten Werten ALOCLIM (Auer et al. 2001) zeigt zum Teil erhebliche Diskontinuitäten, welche die Frage nach deren Gültigkeit aufwirft. In Abbildung 4-5 erkennt man deutlich die sprunghaften Abweichungen der homogenisierten Daten von den Originalwerten. Die größten Differenzen werden in den ersten 5 Jahren der Messperiode erzielt, also im Zeitraum 1906-1910, mit bis zu jährlich 240 Stunden (!) höheren Jahreswerten der homogenisierten Daten, was immerhin fast 15 % Abweichung be-deutet. Zwischen 1911 und 1928 halten sich positive und negative Abweichungen die Waage (max. 4 % Abweichung), während im Zeitraum 1929 bis 1971 dann ein Block von stetig hohen und positiven Differenzen bis zu 100 Stunden folgt (zwischen 3 und 6 % Abwei-chung). Ab dem Jahr 1972 liegen die homogenisierten fast ausschließlich unterhalb den ef-fektiv gemessen Werte, bzw. weichen kaum noch von ihnen ab (liegen im Bereich von 1 % Abweichung). Im Jahr 1989 gibt es eine auffällige Abweichung. Eine Prüfung dieses Falles ergab, dass es sich um einen Fehler in den Daten vom ALCOLIM (Auer et al. 2001) handeln muss. Der Monatswert Juli 1989 wurde dort eindeutig zu hoch angeben.

-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

1906

1910

1914

1918

1922

1926

1930

1934

1938

1942

1946

1950

1954

1958

1962

1966

1970

1974

1978

1982

1986

1990

1994

1998

Stun

den

Differenz (Homogenisierter minus Originaler Jahreswert)

Abbildung 4-5: Differenz Homogenisierte Jahreswerte minus Originalwerte Daten: Jahreswerte der Sonnenscheindauer, 1906 - 1999

34


Bezüglich der anderen Inhomogenitäten ist die Ursachenforschung im Nachhinein sehr schwierig. Anhaltspunkte liefert jedoch hier eine Auflistung von verschiedenen Faktoren, die in Auer et al. (2001) für die Sonnenscheindauer in Innsbruck zusammengefasst sind. Die drei Gründe für Abweichungen sind die Umsiedelung des Messgerätes, Wechsel des Beobachters und Änderungen am Gerät selbst. Nicht für jeden Sprung konnte jedoch eine derartige Ur-sache zugeordnet werden, ebenso ist das Ausmaß der Korrektur nicht nachvollziehbar. Manchmal gab es auch mehrere Faktoren, die die Homogenität der Daten beeinflussten.

Wie man in Tabelle 4-6 erkennen kann, gab es im Jahre 1949 eine Änderung beim Sonnen-scheinautographen Campbell Stokes. Hier wurde im Juli 1949 wie bereits beschrieben die alte Glaskugel des Sonnenscheinautographen durch eine neue ersetzt (vgl. Kapitel 2.1.3). Die Monats- und Jahreswerte vor 1949 wurden von Rott (1974a) durch verschiedene Kor-relationen und Korrekturen an die Werte nach 1949 (bis 1971) angeglichen. Dies erklärt jedoch keineswegs die erheblichen Unterschiede zwischen den homogenisierten und den Originaldaten, sondern nur die einheitlichen Differenzen der gesamten Zeitspanne 1929 bis 1971. Die Befragung von Zeitzeugen aus den 60er und 70er Jahren lieferte auch keinen Hinweis auf etwaige Veränderungen in den Messmethoden und in den verwendeten Geräten. Auch in anderen Publikationen wie Reiter (1958) und Rott (1974a) finden sich keine Hin-weise auf etwaige Änderungen im Messvorgang. Ekhart (1934) versucht zwar in seinem Buch „Klima von Innsbruck“ die auffällige Zunahme der Sonnenscheindauer Anfang des Jahrhunderts mit meteorologischen Argumenten wie folgt zu erklären:

INNSBRUCK-UNIVERSITÄT Gründe für die Inhomogenität in der Reihe Jahr Monat Umsiedelung Beobachter Instrument 1910 06 zu 07 X X 1923 06 zu 07 1928 06 zu 07 1949 07 zu 08 X X 1972 01 zu 02 X 1984 06 zu 07

Tabelle 4-6: Identifizierte Inhomogenitätsstellen in der langjährigen Reihe der Sonnenscheindauer. (aus: ALOCLIM Data und Metadata CD, Auer et al. 2001)

1906/10 1911/15 1916/20 1921/25 1926/30 1931/35 Homogenisiert 1863 1740 1842 1858 1886 1936 - Winter 220 247 249 234 259 270

Original 1641 1712 1824 1873 1867 1871 - Winter

186 242 243 229 257 274 Tabelle 4-7: Lustrenmittel (mittlere Stunden pro Jahr bzw. Jahreszeit) der Originaldaten und der homogenisierten Sonnenscheindauer

35


Das Plus an Sonnenscheinstunden betrug von 1906/10 bis 1931/35 in den Lustrenmitteln insgesamt 230 Stunden oder 14 % (Tabelle 4-7). Am größten ist die Steigerung der Sonnen-scheindauer im Winter um über 47 %. Ekhart (1934) wies auf die Bedenken hin, es könnte sich um eine vorgetäuschte Erscheinung durch Veränderungen am Gerät handeln. Nach einer Überprüfung lies er jedoch keinen Zweifel aufkommen, dass es sich um ein tatsächlich auf-getretenes meteorologisches Phänomen handelt. Er fand weitere Stützen seiner These im deutlich geringeren Niederschlag und einer geringeren Gewitterneigung. In Auer et al. (2001) wurden aber gerade die Jahressummen der Sonnenscheindauer des ersten 5jährigen Mittels (1906/10) deutlich nach oben korrigiert, da es 1910 zu einer Umsiedelung und Beo-bachteränderung gekommen sein soll (vgl. Tabelle 4-6). Dadurch wird aber diese wohl tatsächlich aufgetretene Schwankung relativiert. Demnach schaut der Verlauf der homo-genisierten Jahreswerte (Abbildung 4-6) zum Vergleich mit den Originalwerten (Abbildung 4-4) deutlich anders aus. Die niederen Werte am Anfang der Messperiode sind hier nicht mehr gegeben.

y = -0,0208x + 1866,1

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

1906

1910

1914

1918

1922

1926

1930

1934

1938

1942

1946

1950

1954

1958

1962

1966

1970

1974

1978

1982

1986

1990

1994

1998

Stun

den

Linear (Regressionsgerade)

Abbildung 4-6: Jahreswerte der homogenisierten Sonnenscheindauer Daten: Homogenisierte Jahreswerte der Sonnenscheindauer, 1906 – 1999, aus: Auer et al. (2001) Im Anhang Abbildung A. 3 sind die Lustrenmittel der Daten von Ekhart (1934), Rott (1974a) und die homogenisierten Daten aus Auer et al. (2001) miteinander verglichen. Der Unterschied von Rott zu Ekhart basiert auf eine nachträgliche Korrektur der Daten wegen des seit 1949 neu installierten Glaskugel des Campbell-Stokes Sonnenscheinautographen. (vgl. Kapitel 2.3.2). Diese Vergleiche zeigen deutlich, wie vorsichtig man bei der Bearbeitung von langjährigen Datenreihen umgehen sollte. Aufgrund der gezeigten Unsicherheiten werden bei einigen Kapiteln die Daten der Reihe 1973-2002 als frei gewählte Normalperiode betrachtet.

36


4.2 Tagesgang der Sonnenscheindauer Der Tagesgang der Sonnenscheindauer versteht sich als Minuten Sonnenschein pro Stunde. Als Messperiode wurden die Stundenwerte seit dem Jahr 1950 verwendet, da es im Jahr 1949 wie in Kapitel 2.1.3 beschrieben einen Austausch der Glaskugel des Sonnenscheinauto-graphen gegeben hat. Nachkorrigiert wurden jedoch nur die Monats- und Jahreswerte vor 1949. In den folgenden Abbildung 4-7 und Abbildung 4-8 erkennt man deutlich die Abhängigkeit des mittleren Tagesgangs von der Jahreszeit. Das Tagesmaximum des mittleren Tagesgangs fällt in den Monaten Oktober bis Februar in die Stunde zwischen 12.00 und 13.00 Uhr WSZ (siehe Anhang Tabelle A. 1) Mit dem Monat März verschieben sich die höchsten Werte in die Stunde 11.00 bis 12.00 Uhr. April und Mai erreichen dann bereits das Maximum zwischen 10.00 und 11.00 Uhr. In den Sommermonaten (Juni, Juli, August) und September wird das Maximum dann wieder zwischen 11.00 und 12.00 Uhr erreicht, bis es schließlich in den Wintermonaten wieder in der Stunde 12.00 bis 13.00 Uhr liegt. Dieses frühere Eintreten des Maximums im Tagesgang in den sonnenreicheren Monaten lässt sich im Wesentlichen mit dem Vorkommen konvektiver Bewölkung um die Mittagszeit bzw. am Nachmittag er-klären. Der absolut höchste Wert der mittleren monatlichen Stundensummen wird nicht etwa wie man vermuten würde in den Sommermonaten registriert, sondern das Maximum von 39 Minuten wird zwischen 11.00 und 12.00 Uhr WSZ im Monat September gemessen. Hier spielt wieder die konvektive Bewölkung eine entscheidende Rolle, welche in den strah-lungsintensiveren Monaten ausgeprägter ist. Ein sekundäres Maximum ist im Monat Mai festzustellen, da im Juni fast durchgehend geringere Werte als im Vormonat erreicht werden.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Uhr (WSZ)

Min

uten

JännerAprilJuliOktoberAlle Monate

Abbildung 4-7: Mittlerer Tagesgang der Sonnenscheindauer in Minuten, strichliert: Mittagslinie Daten: Stundenwerte der Sonnenscheindauer, 1950 - 2005

37


Uhr (WSZ)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Jän

Feb

Mär

Apr

Mai

Jun

Jul

Aug

Sep

Okt

Nov

Dez

5

10

15

20

25

30

Abbildung 4-8: Mittlerer Tages- und Jahresgang der Sonnenscheindauer in Minuten Daten: Stundenwerte der Sonnenscheindauer nach WSZ, 1950 – 2005 In den Wintermonaten zeigt sich neben einem späteren Eintreten des Maximums, auch ein Überschuss der Sonnenscheindauer am Nachmittag gegenüber dem Vormittag (Abbildung 4-9). So ist der Nachmittag (Dez-Feb) mit 56 % an der gesamten Tagessonnenscheindauer beteiligt. Neben dem fehlerhaften Effekt einer zu geringen Messung des Campbell-Stokes (vgl. Kapitel 4.5) in den Stunden nach Sonnenaufgang wird dieser Unterschied im Wesent-lichen durch das morgendliche Auftreten von Nebel hervorgerufen, ebenso im Oktober. Demgegenüber stehen die Sommermonate, in denen die nachmittägliche Konvektion die Dauer des Sonnenscheines vermindert. Das Nachmittagsdefizit gegenüber dem Vormittag wird erst ab 15 oder 16 Uhr größer, was darauf zurückzuführen ist, dass die verstärkte Cu-mulusbildung über der Bergen erst am Nachmittag eine Abschattung über der Talmitte be-wirkt. Aus den dreistündigen Bewölkungsdaten von Steinhauser (1969) erkennt man, dass das Bewölkungsmaximum im Sommer am Nachmittag stetig zunimmt und gegen 19.00 Uhr MEZ ein Maximum erreicht. Die Sonnenscheinwerte des Vor- und Nachmittags in den entsprechenden Stunden kann man direkt vergleichen, da die Registrierungen nach Wahrer Sonnenzeit erfolgen. Eine genauere Interpretation der Vormittags- und Nachmittagssummen muss auf jeden Fall die unter-schiedliche Horizontüberhöhung im Westen und im Osten von Innsbruck miteinbeziehen. So beträgt beispielsweise die effektiv mögliche Sonnenscheindauer im Juli am Vormittag um 1,2 Stunden mehr als am Nachmittag (siehe Anhang Abbildung A. 4).

38


a) Jänner

05

10152025303540

4/21 5/20 6/19 7/18 8/17 9/16 10/15 11/14 12/13

Uhr

Min

uten

VormittagNachmittag

b) April

05

10152025303540

4/21

5/20

6/19

7/18

8/17

9/16

10/15

11/14

12/13

Uhr

Min

uten

VormittagNachmittag

c) Juli

05

10152025303540

4/21 5/20 6/19 7/18 8/17 9/16 10/15 11/14 12/13

Uhr

Min

tuen

Vormittag

Nachmittagd) Oktober

0

5

10

15

20

25

30

35

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4/21 5/20 6/19 7/18 8/17 9/16 10/15 11/14 12/13

Uhr

Min

uten

Vormittag

Nachmittag

e) Alle Tage

0

5

10

15

20

25

30

35

40

4/21 5/20 6/19 7/18 8/17 9/16 10/15 11/14 12/13

Uhr

Min

uten

VormittagNachmittag

Abbildung 4-9: Mittlerer Tagesgang der Sonnenscheindauer symmetrisch zur Mittagslinie nach WSZ der Monate Jänner (a), April (b), Juli (c), Oktober (d) und alle Tage (e). Daten: Stundenwerte der Sonnenscheindauer in Innsbruck, 1950 - 2005

39


Interessant ist der Vergleich des Tagesganges der Sonnenscheindauer von Innsbruck (Talstation, ~600 m Seehöhe) mit jener vom Sonnblick (Bergstation, ~3200 m Seehöhe). Der Tagesgang von Innsbruck ist in seiner Tageslänge geringer als jener am Sonnblick. (Abbildung 4-10). Grund dafür ist die geringere effektiv mögliche Sonnenscheindauer im Tal wegen der umgebenden Berge, welche die Zeit zwischen Sonnenaufgang und –untergang verkleinern. Besonders deutlich ist dieser Unterschied in den Wintermonaten bei tiefen Son-nenständen zu erkennen.

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5

10

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Uhr

Min

uten

SonnblickInnsbruck

Abbildung 4-10: Mittlerer Tagesgang der Sonnenscheindauer in Minuten für Innsbruck und Sonnblick nach WSZ Daten: Tagesgang in Innsbruck und am Sonnblick, 1961 - 1990 In Abbildung 4-10 ist der mittlere Tagesgang der Sonnenscheindauer beider Orte aufgetra-gen. Die Graphiken für die Monate Jänner, April, Juli und Oktober sind im Anhang Abbildung A. 5. In Innsbruck werden meist höhere Werte im Laufe des Tages erreicht als an der Bergstation. Dieser Unterschied ist maximal in den Sommermonaten, wo die Konvektion an der Berg-station deutlich gegenüber dem Tal überwiegt. Aufgrund dieser Bewölkungszunahme durch die intensive Sonneneinstrahlung wird das Maximum am Sonnblick von 29 Minuten pro Stunde im Monat Juli in der Stunde zwischen 9 – 10 Uhr, in den Monaten Juni und August bereits schon zwischen 8 – 9 Uhr erreicht. In den Wintermonaten Dezember und Jänner erreichen beide Orte einen Maximalwert um die Mittagszeit von 28 Minuten pro Stunde. Der große Unterschied beider Orte durch die konvektive Bewölkung fällt im Winter weg. Die Sonnenscheindauer in Innsbruck wird in der kalten Jahreszeit hauptsächlich durch Nebelbildung reduziert. In Innsbruck weisen die Monate Mai und Juni ein Minimum an Nebeltagen auf, ein Maxi-mum hingegen in den Wintermonaten (bis zu 7 Tage). Am Sonnblick dagegen tritt laut Auer et al. (2002) Nebel von April bis August am häufigsten auf (ca. 26 Tage pro Monat), die

40


geringste Nebelwahrscheinlichkeit herrscht im Oktober und November (ca. 19 Tage pro Monat). Abbildung 4-11 zeigt den mittleren Tagesgang der Sonnenscheindauer am Sonnblick aus den Stundenmitteln pro Monat der Jahre 1961-1990 für vier ausgewählte Monate Jänner, April, Juli und Oktober. Der vollständige Datensatz für alle zwölf Monate ist in Anhang Tabelle A. 2 zusammengestellt.

0

5

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15

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Uhr (WSZ)

Min

uten

JännerAprilJuliOktober

Abbildung 4-11: Mittlerer Tagesgang der Sonnenscheindauer in Minuten am Sonnblick, strichliert: Mittagslinie. (Anm. 12 Uhr ⇒ Stunde zwischen 11 und 12 Uhr) Daten: Tagesgang am Sonnblick, 1961 - 1990 4.3 Häufigkeitsverteilung der Tageswerte der tatsächlichen

Sonnenscheindauer Bei der Häufigkeitsverteilung der täglichen Sonnenscheindauer dominiert die Klasse der absolut sonnenlosen Tage in fast allen Jahreszeiten (Abbildung 4-12). Am deutlichsten ist dies in den Wintermonaten erkennbar, wo 23 % aller Tage in die Null-Sonnenscheinstunden-Klasse fallen. Auch insgesamt dominieren die sonnenlosen Tage mit 13 % Anteil, das ent-spricht jährlichen 49 Tagen (Tabelle 4-8). 42 % (20,4 Tage) dieser sonnenlosen Tage fallen in die Wintermonate, dagegen durchschnittlich nur 12 % (5,9 Tage) in die Sommermonate.

JAN FEB MÄR APR MAI JUNI JUL AUG SEP OKT NOV DEZ JAHR

7,3 4,5 3,8 3,2 2,5 2,1 1,7 2,1 2,3 3,2 7,3 8,7 48,6 Tabelle 4-8: Mittlere Anzahl der Tage ohne Sonnenschein, 1950 - 2005

41


a) Winter

05

10152025

0,0

0.1-

1.0

1.1-

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2.1-

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3.1-

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4.1-

5.0

5.1-

6.0

6.1-

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7.1-

8.0

8.1-

9.0

9.1-

10.0

10.1

-11.

011

.1-1

2.0

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-15.

0

Stunden

[%]

b) Frühling

05

10152025

0,0

0.1-

1.0

1.1-

2.0

2.1-

3.0

3.1-

4.0

4.1-

5.0

5.1-

6.0

6.1-

7.0

7.1-

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8.1-

9.0

9.1-

10.0

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-11.

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.1-1

2.0

12.1

-13.

013

.1-1

4.0

14.1

-15.

0

Stunden

[%]

c) Sommer

0

5

10

15

20

25

0,0

0.1-

1.0

1.1-

2.0

2.1-

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4.1-

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5.1-

6.0

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7.1-

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8.1-

9.0

9.1-

10.0

10.1

-11.

011

.1-1

2.0

12.1

-13.

013

.1-1

4.0

14.1

-15.

0

Stunden

[%]

d) Herbst

0

5

10

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0,0

0.1-

1.0

1.1-

2.0

2.1-

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4.0

4.1-

5.0

5.1-

6.0

6.1-

7.0

7.1-

8.0

8.1-

9.0

9.1-

10.0

10.1

-11.

011

.1-1

2.0

12.1

-13.

013

.1-1

4.0

14.1

-15.

0

Stunden

[%]

e) Jahr

0

5

10

15

20

25

0,0

0.1-1.

0

1.1-2.

0

2.1-3.

0

3.1-4.

0

4.1-5.

0

5.1-6.

0

6.1-7.

0

7.1-8.

0

8.1-9.

0

9.1-10

.0

10.1-

11.0

11.1-

12.0

12.1-

13.0

13.1-

14.0

14.1-

15.0

Stunden

[%]

Abbildung 4-12: Häufigkeitsverteilung (%) der Tagessummen der Sonnenscheindauer im a) Winter, b) Frühling, c) Sommer, d) Herbst und e) insgesamt über alle Jahre. Daten: Tagessummen der Sonnenscheindauer in Innsbruck, 1950-2005 Auffallend ist in Abbildung 4-12 auch ein ausgeprägtes sekundäres Maximum, welches je nach Jahreszeit und somit aufgrund der effektiv möglichen Sonnenscheindauer zu höheren oder niedrigeren Klassen verschoben ist. Die Werte der effektiv möglichen SSD reichen im Winter von 5,8 bis 9,6 Stunden, im Frühling von 9,6 bis 13,9 Stunden, im Sommer von 12,6 bis 14,3 Stunden und im Herbst von 6,2 bis 12,6 Stunden.

42


Durch die teilweise unsymmetrische Verteilung der Häufigkeit stimmen arithmetisches Mit-tel, Median und Modus nicht immer überein (Tabelle 4-9). Der Modus, also der häufigste Wert einer Verteilung (nicht bezogen auf eine Klasse), beträgt in allen Jahreszeiten Null Stunden, während arithmetisches Mittel (Durchschnitt) und Median (Zentralwert) je nach Symmetrie der Verteilung mehr oder weniger auseinanderliegen.

Winter Frühling Sommer Herbst Jahr Arithm. Mittel 3,0 5,6 6,7 4,8 5,0 Median 2,6 5,6 7,0 4,9 4,8 Modus 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Tabelle 4-9: Arithmetisches Mittel, Median und Modus der Tageswerte der Sonnenscheindauer in Stunden, 1950 - 2005 Unterschiede erkennt man zwischen der Talstation Innsbruck und der Bergstation Sonnblick beim Vergleich der Häufigkeitsverteilung der Tagessummen der Sonnenscheindauer (Abbildung 4-13, Hinweis: In dieser Abbildung werden geringfügig andere Klassen-einteilungen als in Abbildung 4-12 verwendet). Am Sonnblick überwiegen noch deutlicher die Tage ohne Sonnenschein, das gilt in allen Jahreszeiten. So werden dort 29 % sonnenlose Tage verzeichnet, während diese Kennzahl in Innsbruck im selben Zeitraum bei nur 13 % liegt. Hauptsächlich verantwortlich zeichnen sich dafür die häufigen Nebeltage an der Berg-station. Innsbruck büßt aber vor allem bei den Klassen mit größerer Sonnenscheindauer gegenüber dem Sonnblick ein. Dies lässt sich leicht mit der verringerten effektiv möglichen Sonnen-scheindauer am Talboden erklären, vor allem in den Wintermonaten. Außerdem hat aber auch Innsbruck in dieser Zeit sein Maximum an Nebeltagen zu verzeichnen.

43


a) Winter

0

5

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15

20

25

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0

0.1-

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4.1-

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5.1-

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6.1-

7.0

7.1-

8.0

8.1-

9.0

9.1-

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0

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0

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-16.

0

Stunden

[%]

InnsbruckSonnblick

b) Frühling

0

5

10

15

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25

30

35

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0

0.1-

2.0

2.1-

3.0

3.1-

4.0

4.1-

5.0

5.1-

6.0

6.1-

7.0

7.1-

8.0

8.1-

9.0

9.1-

10.0

10.1

-12.

0

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0

14.1

-16.

0

Stunden

[%]

InnsbruckSonnblick

c) Sommer

0

5

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0

0.1-

2.0

2.1-

3.0

3.1-

4.0

4.1-

5.0

5.1-

6.0

6.1-

7.0

7.1-

8.0

8.1-

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9.1-

10.0

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-12.

0

12.1

-14.

0

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0

Stunden

[%]

InnsbruckSonnblick

d) Herbst

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5

10

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20

25

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0

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2.1-

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3.1-

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4.1-

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5.1-

6.0

6.1-

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7.1-

8.0

8.1-

9.0

9.1-

10.0

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0

12.1

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0

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Stunden

[%]

InnsbruckSonnblick

e) Jahr

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0.1-

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2.1-

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3.1-

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4.1-

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5.1-

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6.1-

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7.1-

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8.1-

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0

14.1

-16.

0

Stunden

[%]

InnsbruckSonnblick

Abbildung 4-13: Relative Häufigkeitsverteilung (%) der Tagessummen der Sonnenscheindauer vom Sonnblick und Innsbruck Daten: Tagessummen der Sonnenscheindauer [Stunden] in Innsbruck, 1961-1990 und relative Häufigkeiten [‰] der Tagessummen der Sonnenscheindauer am Sonnblick [Stunden], 1961 – 1990

44


4.4 Relative Sonnenscheindauer Die relative Sonnenscheindauer ist ein sehr gutes Maß um die Sonnenscheinverhältnisse an verschiedenen Orten zu vergleichen. Sie wird auf Basis der effektiv möglichen SSD berech-net, d.h. die relative Sonnenscheindauer wird definiert als (vgl. Kapitel 3.1.1):

Relative SSD 100 %Tatsächliche SSDEffektiv mögliche SSD

⎛ ⎞= •⎜ ⎟⎝ ⎠

Damit gibt sie einen Rückschluss auf den Bewölkungsgrad und damit auf die Auswirkung der Witterung auf die Sonnenscheinverhältnisse eines Ortes. Der Jahresgang der relativen Sonnenscheindauer für Innsbruck ist in der Abbildung 4-14 dargestellt. Man erkennt deutlich dass dieser Jahresgang einen völlig anderen Verlauf auf-weist als der Jahresgang der tatsächlichen Sonnenscheindauer (Abbildung 4-1). Die Form des Jahregangs der relativen SSD in Innsbruck gleicht einer Doppelwelle. Steinhauser (1973) zeigt, dass dieser Verlauf charakteristisch für das innere Alpengebiet mit Ausnahme von Tallagen der nördlichen Voralpen und für den Süden Österreichs mit Ausnahme der süd-steirischen Niederung ist. Im Rheintal und in den außeralpinen Gebieten von Ober- und Niederösterreich hingegen verläuft der Jahresgang als einfache Welle mit einem Minimum im Dezember und einem Maximum im August. Das Hauptminimum der Doppelwelle wird in Innsbruck im Dezember, das Hauptmaximum in den Monaten September und Oktober erreicht. Dies entspricht vergleichbaren Stationen der Nordalpen, wo das Hauptmaximum überwiegend in den September und zum Teil auch in den Monate August und Oktober fällt. Die sekundären Minima fallen in den Nordalpen wie in Innsbruck nahezu an gleich vielen Stationen auf den Mai und April und mehrmals auch auf den Juni. Das sekundäre Maximum im Jahresgang findet sich in den Nordalpen und Innsbruck weitaus überwiegend im März und an einigen Stationen auch im Februar oder April. An den hohen Bergstationen sind das Hauptminimum und das sekundäre Minimum gegen-über tieferliegenden Orten meist vertauscht oder weisen nur geringere Unterschiede auf. An den Stationen der Niederung herrscht im Spätherbst und Winter häufig Nebel und somit eine verringerte relative Sonnenscheindauer gegenüber dem Monat Mai. Auch ist die Jahres-schwankung bei Höhenlagen über 1000 m recht gering, weil dort einerseits die Beschrän-kung durch Nebel bzw. Hochnebel in den Wintermonaten geringer ist und anderseits durch die thermische Konvektion die relative Sonnenscheindauer im Sommer geringer ist. Das Vorkommen des sekundären Minimums im Spätfrühling und damit der Ausbildung einer Doppelwelle im Jahresgang der relativen Sonnenscheindauer ist hauptsächlich auf die verstärkte thermische Konvektion im Gebirge zurückzuführen. Dies führt zu mehr Bewöl-kungsbildung als in der Niederung des Flachlandes. Zusammenfassend lässt sich eine Benachteiligung der inneralpinen Täler gegenüber dem Alpenvorland im Sommer aufgrund der konvektiven Bewölkung und eine Bevorzugung im Winter durch das geringere Auftreten von Nebel feststellen. Die relative Sonnenscheindauer

45


weist auch Unterschiede mit der Meereshöhe auf. Bei Hochdruckwetter werden im Winter die Höhen, im Sommer jedoch die Niederungen bevorzugt besonnt, während bei Schlecht-wetter ein Ausgleich der vertikalen Unterschiede eintritt (Fliri 1975).

y = 4E-13x6 - 1E-07x5 + 0,0093x4 - 472,05x3 + 1E+07x2 - 2E+11x + 1E+15

20

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65

70


[%]

Polynomisch (Regression)

Abbildung 4-14: Mittlerer Jahresgang der relativen Sonnenscheindauer in Innsbruck

Daten: Tageswerte der relativen Sonnenscheindauer, 1950 - 2005 Der Tagesmittelwert der relativen SSD gemittelt über 56 Jahre liegt bei 47 % (Tabelle 4-10). Die einzelnen Jahreszeitenmittelwerte liegen knapp darunter oder darüber. Durch die Spit-zenwerte (bis zu 55 %) in den Monaten August, September und Oktober ist die relative SSD im Herbst am größten.

JAN FEB MÄR APR MAI JUNI JUL AUG SEP OKT NOV DEZ

43 47 47 44 47 45 50 52 52 55 44 41

Tabelle 4-10: Tagesmittelwerte der relativen Sonnenscheindauer in Prozent, 1950 - 2005 Im Verlauf der Jahre lässt sich kein eindeutiger Trend der relativen Sonnenscheindauer er-kennen (Abbildung 4-15). Die Werte schwanken um den Mittelwert von 47 % mit einer gewissen Streuung. Das absolute Minimum in dieser 56jährigen Reihe wurde im Jahr 1940 mit nur 40 % an relativer SSD erreicht. In diesem Jahr 1940 hat auch die Jahressumme der Sonnenscheindauer mit 1572 Stunden einen Tiefstwert. Dem steht wiederum das Jahrhun-

Winter Frühling Sommer Herbst Jahr 43 46 49 51 47

46


dertjahr 2003 gegenüber. Es weist ein absolutes Maximum an relativer Sonnenscheindauer von 58 % auf (2305 Stunden an Sonnenschein, vgl. Kapitel 4.1)

35

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1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

[%]

Abbildung 4-15: Verlauf der relativen Sonnenscheindauer in Innsbruck Daten: Jahresmittelwerte der relativen Sonnenscheindauer, 1950 - 2005 Bei der Häufigkeitsverteilung der relativen Sonnenscheindauer erkennt man deutlich einen U-förmigen Verlauf (Abbildung 4-16). Es dominieren die Randklasse mit 0 % an relativer SSD, ein komplett sonnenloser Tag, und die Klasse mit 91-100 % relativer SSD, also die Klasse mit maximaler Sonnenscheindauer. Dabei ist jedoch anzumerken, dass die erste „Klasse“ nur aus einem einzigen Wert besteht (0 %), während die anderen Klassen in Stufen von 10 % angegeben werden. Ihr muss deshalb größere Relevanz geschenkt werden. In den Wintermonaten gibt es die größte Anzahl an sonnenlosen Tagen, nämlich 23 %. Der Monat Dezember ist absoluter Spitzenreiter mit 28 % an Tagen ohne Sonnenschein, gefolgt von November (24 %) und Jänner (2 3%). In den Sommermonaten hingegen gibt es durchschnittlich nur an 6 % der Tage keine Minute an Sonnenschein. Rund die Hälfte aller Tage im Dezember erreicht nicht mehr als 30 % des effektiv möglichen Sonnenscheins, während der Median im sonnenverwöhnten Oktober und September bei ca. 60 % liegt. Die stabilen Hochdrucklagen im Herbst bescheren dem Oktober an einem Viertel aller Tage über 90 % Sonnenschein, während in den Wintermonaten Dezember und Jänner die untere Grenze von 16 % erreicht wird. In dieser Abbildung 4-16 ist auch eine gewisse Unschärfe enthalten, es treten nämlich Werte über 100 % auf. Der Grund ist, dass es am Institut im Laufe der letzen Jahrezehnte ver-schiedene Messungen des Horizonts und damit verschiedene Werte der effektiv möglichen Sonnenscheindauer vorliegen (vgl. Kapitel 3.1.3 Monatswerte der effektiv möglichen Sonnenscheindauer). In absoluten Zahlen ausgedrückt ist diese Unschärfe nicht allzu drama-tisch. Die 3 Prozent der Klasse über 100 % entsprechen 705 von 20454 Tagen, wo die tat-sächlich gemessene größer als die effektiv mögliche Sonnenscheindauer ist. Diese Tage

47


wurden der letzten Klasse zugeordnet welche deshalb die Bezeichnung größer gleich 91 % trägt. Fast alle Tage mit diesen Ausreißern wurden in den Herbst- und Wintermonaten registriert (siehe Anhang Abbildung A. 6).

0

2

4

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10

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0 1 - 10 11 - 20 21 - 30 31 - 40 41 - 50 51 - 60 61 - 70 71 - 80 81 - 90 >= 91[%]

[%]

Abbildung 4-16: Häufigkeitsverteilung (%) der relativen Sonnenscheindauer Daten: Tageswerte der relativen Sonnenscheindauer, 1950 - 2005 4.5 Vergleichsmessungen zwischen Campbell-Stokes und Solar 111B Sonnenscheinregistrierungen in Österreich werden seit jeher mit dem Campbell-Stokes Son-nenscheinautographen durchgeführt. Die ständige Automatisierung und Digitalisierung in den letzten Jahren und Jahrzehnten macht auch nicht vor den meteorologischen Re-gistrierungen halt. Ein wichtiger Punkt bei Einführung eines neuen Gerätes ist die Bewahrung der Homogenität der Daten. Bis auf die Station Villacher Alpe verfügen noch alle ALOCLIM Stationen über einen Campbell-Stokes Sonnenscheinautographen, deshalb beeinflusst eine etwaige Abwei-chung der Geräte noch nicht die langjährige Sonnenscheinreihe. Jedoch wird in Zukunft sicherlich mehr auf die automatisierten Geräte gesetzt. Ausführliche Vergleichsmessungen zwischen dem Campbell-Stokes und dem optisch-elektrischen Sensor Hänni Solar 111B führten im Jahre 1999 Schöner und Mohnl (zitiert in Auer et al. 2001) durch (Abbildung 4-17). Sie hatten dabei 5 bis 15jährige Vergleichs-messungen zahlreicher österreichischer Stationen zur Verfügung.

48


Abbildung 4-17: Durchschnittlicher Jahresgang der Abweichungen in der österreichischen Sonnenscheinreihe zwischen dem Campbell-Stokes und dem Hänni Solar (Hänni minus Campbell Stokes in %, 1986 - 1999) dunkel: gemittelt über vier tiefliegende Stationen, hell: gemittelt über drei Bergstationen (aus: Auer et al. 2001)

-20

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JAN

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R

AP

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OK

T

NO

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DE

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[%]

Abbildung 4-18: Jahresgang der Abweichungen (%) Hänni Solar minus Campbell Stokes für Innsbruck

Daten: Monatswerte der Sonnenscheindauer Campbell Stokes und Hänni Solar, 1986 - 2005 Wie in Abbildung 4-17 gezeigt, sind die Messabweichungen beider Geräte weder zeitlich noch räumlich konstant, sondern unterliegen einem Jahresgang. Positive Abweichungen (höhere Werte beim Hänni) im Winter stehen weniger positiven bzw. negativen Abweichun-gen im Sommer entgegen. Stationen unter 600 m Seehöhe weisen größere positive Abwei-chungen im Winter auf, während Bergstationen größere negative Abweichungen im Sommer unterliegen. Mögliche Gründe dafür findet man in der „Überbrennung“ („Overburning“), sowie in der Befeuchtung des Streifens. „Overburning“ bedeutet, dass der Campbell Stokes bei kurzen Wolkenlücken bereits eine deutliche Brennspur registriert. Herabgesetzt wird die Sonnenscheindauer hingegen wenn der Registrierstreifen nach Tauablagerungen am Morgen oder nach Regenfällen feucht ist.

49


Diese Unterschiede der beiden Messgeräte sind zum Teil von beträchtlichem Ausmaße. So registriert der automatisierte Hänni Solar in den Monaten Dezember und Jänner über 20 % mehr an Sonnenschein als der traditionelle Autograph. Da es sich hier augenscheinlich nicht um vernachlässigbare Abweichungen handelt, ist eine komplette Umstellung der Sonnen-scheinregistrierungen auf das neue Gerät mit sorgfältigen und zahlreichen Vergleichsmes-sungen zu verbinden. Abbildung 4-19 zeigt den Verlauf der Sonnenscheindauer des Monats Februar an der Uni-versität Graz. Die blaue Linie repräsentiert den Campbell-Stokes Sonnenscheinautographen. Ab 1989 wurde zusätzlich ein Hänni Solar Gerät für Vergleichsmessungen aufgestellt (rote Linie). Diese automatisierte Station verzeichnet im Februar einen ständig höheren Wert der Sonnenscheindauer. Auch die eigenen parallelen Messreihen von Innsbruck der letzen 20 Jahre (Abbildung 4-18) zeigen denselben Verlauf wie der von Schöner und Mohnl. Die Differenzen sind zwar teil-weise geringer, aber wiederum nicht vernachlässigbar. Die Spannweite reicht von positiven Abweichungen (neues – altes Gerät) von 12 % in den Wintermonaten Dezember und Jänner bis zu einer negativen Abweichung von 2 % im Sommermonat Juli. In der Abbildung 4-20 sind die Monatssummen des Februars für Innsbruck dargestellt. Auch hier zeigt der Hänni Solar höhere Werte als der Campbell Stokes. Der Standortunterschied in Innsbruck zwischen dem Sonnenscheinautographen in der Schöpfstraße und dem automati-sierten Gerät an der Universität hat zwar auch Auswirkungen auf einen leicht erhöhten Wert des Hänni, jedoch nicht in diesem Ausmaße. (vgl. Kapitel 3.1.3). Im Verlauf der Jahressummen der Sonnenscheindauer zeigen sich wie im Monat Februar die durchgehend positiven Abweichungen des Hänni Solar gegenüber dem Campbell Stokes (siehe Anhang Abbildung A. 7). Ein weiteres Phänomen beim Vergleich der beiden Systeme ist besonders in Anhang Abbildung A. 7 ersichtlich: Die Differenzen sind nämlich in den letzten sechs Jahren seit 2000 praktisch auf Null zurückgegangen. Eine Erklärung dafür kann nicht angeboten werden.

Abbildung 4-19: Verlauf der Sonnenscheindauer des Monats Februar 1971 bis 2002 an der Universität Graz Daten: Monatssummen der Sonnenscheindauer von Februar an der Universität Graz (366 m Seehöhe). Aus: Auer (2003)

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1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Stu

nden

Campbell-Stokes Haenni

Abbildung 4-20: Verlauf der Sonnenscheindauer des Monats Februar von 1971 - 2005 in Innsbruck Daten: Monatssummen vom Februar der Sonnenscheindauer Campbell Stokes 1971 - 2005,

Hänni Solar 1987 - 2005 Der Tagesgang der Sonnescheindauer, gemessen mit dem automatisierten Gerät, hat fast durchwegs größere Werte als der Autograph , auch wenn der Unterschied auf den ersten Blick nicht sehr groß scheint (Abbildung 4-21 und Tabelle 4-11). Er reicht durchschnittlich bis zu 2,3 Minuten in der Stunde von 9 bis 10 Uhr. Aufsummiert über alle Tage und Monate ergeben sich jedoch die vorher gezeigten Abweichungen. Durch den Vergleich der Tagesgänge lässt sich nachweisen, dass die leicht unterschiedlichen Standorte der Messgeräte an der Universität und in der Schöpfstraße keinen großen Einfluss auf die Differenzen nehmen. Große Unterschiede werden auch bei höheren Sonnenständen registriert, wo eine Abschattung durch das umliegende Gebirge keine Rolle mehr spielt. Die Abweichungen der registrierten Sonnenscheindauer sind im Laufe des Tages nicht kon-stant. So verzeichnen die Photozellen des Hänni am Vormittag deutlich mehr an Sonnen-schein gegenüber der Papierstreifen des Campbell-Stokes als an den Nachmittagen. Grund dafür ist die verminderte Empfindlichkeit des Campbell-Stokes durch abgesetzten Tau, Reif auf der Glaskugel bzw. durch das feuchte Registrierpapier bei Sonnenaufgang. Am deutlichsten wirkt sich der genannte Effekt im Herbst und Winter aus (siehe Anhang Abbildung A. 8 und Tabelle A. 4). Bei Sonnenaufgang übersteigt die Sonnenscheinintensität des Hänni den Schwellenwert, während der Campbell-Stokes noch keinen Sonnenschein registriert. Im Dezember werden zwischen 9 und 10 Uhr um 8,2 Minuten weniger an Son-nenschein von den Registrierstreifen erfasst. Im Laufe des Vormittags reduziert sich schließ-lich dieser Unterschied. Auffallend ist ein erneutes Ansteigen der positiven Abweichung bei Sonnenuntergang in den Monaten Jänner, Februar, März und teilweise auch April. Dagegen werden im Zeitraum Oktober, November und Dezember negative Differenzen beobachtet, d.h. der Sonnenschein-autograph verzeichnet mehr an Sonnenschein als das automatisierte Gerät. Eigentlich müss-ten die Abweichungen in beiden Fällen dasselbe Vorzeichen aufweisen, da auch die Sonnen-bahnen im Herbst und Frühjahr die gleichen sind. Diese Asymmetrie ist darauf zurückzu-

51


führen, dass der Campbell-Stokes nach Wahrer Sonnenzeit, der Hänni Solar hingegen nach Mittlerer Ortszeit „läuft“ (vgl. Kapitel 2.1.2). Während die Zeitgleichung am Ende des Jahres ein positives Vorzeichen trägt, ist sie Anfang des Jahres negativ. Dies führt somit zu einer leicht unterschiedlichen Einteilung der Stunden beider Messgeräte. Beispiel Oktober: Die Zeitgleichung hat dort große positive Werte. Dies hat zur Folge, dass die Wahre Sonnenzeit der Mittleren Ortszeit vorgeht. Jene Strahlung, welche kurz vor Son-nenuntergang registriert wird, fällt beim Campbell-Stokes in der ersten Hälfte des Oktobers noch in die Stunde 18, während beim Hänni in dieser Stunde meistens kein Sonnenschein mehr registriert wurde. Folge: Die Stunde 16.00 bis 17.00 Uhr liegt beim Campbell-Stokes um bis zu 16 Minuten früher als beim Hänni. Da der Tagesgang der Sonnenscheindauer am Nachmittag abnimmt, ergibt sich so ein Vorteil für den Campbell-Stokes im Oktober. Dies bewirkt diese starke negative Abweichung. Demgegenüber stehen die Monate Februar und März, welche eine ähnliche Sonnenbahn aufweisen wie der Oktober, dort aber bei Sonnen-untergang positive Abweichungen verzeichnet werden. Daher ist hier beim Vergleich der Stundenwerte wegen der Zeitgleichung vorsichtig geboten! Allgemein sind bei hohen Sonnenständen geringere Unterschiede zwischen den beiden Messgeräten zu verzeichnen als bei niedrigeren, das gilt sowohl für die Jahreszeit (Sommer) als auch für die Tageszeit (Mittag, Nachmittag). In den Monaten Juli und zum Teil auch August übertrifft der Campbell-Stokes fast durchgehend den Hänni Solar. Dieser Effekt könnte dem „Overburning“ zugeschrieben werden.

-5

0

5

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Uhr

Min

uten

Differenzen (Hänni minus Campbell) Campbell Stokes Hänni Solar Abbildung 4-21: Mittlerer Tagesgang der Sonnenscheindauer des Campbell-Stokes Sonnenscheinautograph nach WSZ und des automatisierten Hänni Solar nach MOZ in Innsbruck Daten: Stundenwerte der Sonnscheindauer Campbell Stokes und Hänni, 1986 -2005

52


Hänni Solar Campbell Stokes Differenz (Hänni – Campbell)

... 5 Uhr 0,5 0,4 0,1 6 Uhr 6,1 5,4 0,7 7 Uhr 12,0 10,5 1,5 8 Uhr 18,3 17,1 1,1 9 Uhr 24,8 23,4 1,4

10 Uhr 32,2 29,8 2,3 11 Uhr 34,8 33,6 1,2 12 Uhr 35,9 34,9 1,0 13 Uhr 35,6 34,8 0,8 14 Uhr 34,2 33,9 0,3 15 Uhr 31,8 31,6 0,2 16 Uhr 24,9 24,7 0,2 17 Uhr 17,5 17,1 0,3 18 Uhr 10,3 9,7 0,6 19 Uhr 2,3 2,7 -0,4

... Tabelle 4-11: Mittlerer Tagesgang der Sonnescheindauer in Innsbruck in Minuten, 1986 - 2005 Zusammenfassung des Abschnittes 4.5: Wie schon oben mehrfach angesprochen befinden sich die Messsysteme zur Erfassung der Klimadaten seit mehr als zwei Jahrzehnten in Umbruch. Durch die Einführung neuer Senso-ren entsteht eine gewaltige Herausforderung in Richtung plausibler und nachvollziehbarer Homogenisierung. Im letzten Abschnitt wurden die Ungereimtheiten in Bezug auf die Erfas-sung der Sonnenscheindauer diskutiert. Wie zugegeben werden muss, sicherlich nicht mit einem befriedigenden und endgültigen Ergebnis. Neben reinen Vermutungen betreffend „Overburning“ oder feuchte Sonnenstreifen konnten einzelne Phänomene doch einer Erklä-rung mit Hilfe unterschiedlicher Zeitschritte (unter Bedachtnahme auf die Zeitgleichung) zugeführt werden.

53

5 Analyse der Globalstrahlungsdaten

5 Analyse der Globalstrahlungsdaten Die solare Strahlungsenergie, welche pro Zeiteinheit und auf die in Strahlrichtung senkrechte Flächeneinheit außerhalb der Atmosphäre auf die Erde trifft, wird als Solarkonstante be-zeichnet. Sie ist folgendermaßen definiert:

26

0 11

3,8 10 13684 ² 4 (1,5 10 )² ²

W WEr mπ π

Φ ⋅= = ≅

⋅ ⋅ m

Φ ... Strahlungsleistung der Sonne [W] r ... mittlere Entfernung Erde-Sonne E0 .. Strahlungsflussdichte [Wm-2] Die „Solarkonstante“ wurde erstmals 1837 von S. Pouillet definiert. Der Begriff „Konstante“ ist dabei aber nicht ganz korrekt gewählt, da auch diese Kennzahl Schwankungen in Grenzen von rund 2 % unterliegt, v.a. aufgrund der Variabilität der Sonnenaktivität (Rudloff 1967). Bereits die unterschiedliche Entfernung der Erde zur Sonne erreicht im Jahresverlauf eine Schwankungsbreite von +/- 3,5 %. Die Erdatmosphäre modifiziert die Strahlung durch Absorption und Streuung (= Extinktion ) und Reflektion. Je länger der Weg der Strahlung durch die Atmosphäre, desto größer ist deren Abschwächung. Die Globalstrahlung, die schließlich auf die Erde trifft, setzt sich aus dem direkten und diffusen Anteil der Sonnenstrahlung zusammen. 5.1 Monats- und Jahresmittel sowie Jahresgang der Globalstrahlung Tabelle 5-1 und Tabelle 5-2 enthalten die Mittelwerte, Maxima und Minima der Innsbrucker Globalstrahlungsreihe von 1958 bis 2005. Außerdem wurden die Abweichungen der Ex-trema vom jeweiligen Mittelwert berechnet und die insgesamte Schwankungsbreite ermittelt. Der Jahresmittelwert beträgt 143 Wm-2. Die Monatsmittelwerte reichen von 45 Wm-2 im Dezember bis 229 Wm-2 im Monat Juni. Die Strahlungswerte in den Monaten Mai, Juni und Juli sind nahezu konstant und liegen über 220 Wm-2 (Abbildung 5-1). Die Schwankungsbreite der monatlichen Globalstrahlungswerte ist deutlich geringer als jene der Sonnenscheindauer (vgl. Kapitel 4.1). In den Herbst- und Wintermonaten werden größere Schwankungsraten erzielt als im Frühling und Sommer. Absoluter Rekordmonat war der Juni 2003 mit 278 Wm-2, 20 % mehr Strahlung als im durchschnittlichen Monatsmittel. Dagegen wurde ein Jahr später im Dezember mit 58 Wm-2 das absolute Minimum der fast 50jährigen Reihe erreicht, 17 % unter dem Monatsdurch-schnitt. Das Jahr 2003 ist auch insgesamt bezüglich der Strahlung ein Rekordjahr. Gleich an vier Monaten (Februar, März, April und Juni) wurden die Strahlungsmaxima früherer Jahre übertroffen. Somit war dann auch das gesamte Jahr 2003 mit 161 Wm-2 das Strahlungs-reichste der Periode 1958 bis 2005.

54



Mittelwerte 55 91 139 184 222 229 226 198 158 108 60 45

Maximum 72 117 169 210 265 278 269 229 193 137 79 58 im Jahre 1998 2003 2003 2003 1997 2003 1995 1992 1997 1995 1978 2004

in % des Mittels 131 129 122 114 120 121 119 116 122 127 133 130

Minimum 42 68 113 148 183 193 184 165 120 81 46 37 im Jahre 1982 1999 1964 1972 1991 1975 1979 1966 2001 1964 1964 1988

in % des Mittels 76 75 81 80 83 85 81 84 76 75 76 83

Schwankungs-

breite % 55 54 40 34 37 37 37 32 46 52 57 47

Tabelle 5-1: Durchschnitts- und Extremwerte der Tagesmittel der Innsbrucker Globalstrahlung in Wm-2, 1958 - 2005

WI FR SO HE JÄHR

Mittelwerte 63 182 217 109 143

Maximum 78 205 253 125 161 im Jahre 1998 2003 2003 1997 2003

in % des Mittels 124 113 116 115 113

Minimum 54 158 195 92 130 im Jahre 1987 1986 1981 1981 1981

in % des Mittels 86 87 90 85 91

Schwankungs-

breite % 38 26 27 30 22

Tabelle 5-2: Durchschnitts- und Extremwerte der Tagesmittel der Innsbrucker Globalstrahlung in Wm-2, 1958 - 2005

0

50

100

150

200

250

Jan Feb März Apr Mai Juni Juli Aug Sep Okt Nov Dez

[W m

-2]

Abbildung 5-1: Mittlerer Jahresgang der Globalstrahlung in Innsbruck in Wm-2

Daten: Monatsmittel der Globalstrahlung, 1958 - 2005

55


Beim Verlauf der Globalstrahlung (Abbildung 5-2) über die Jahre erkennt man eine ge-wisse Konstanz der Globalstrahlungsmittel in den 60er Jahren (142 Wm-2) und geringere Werte in den 70er (140 Wm-2) und 80er Jahren (138 Wm-2). Ab den 90er Jahren (148 Wm-2) wird hingegen ein deutliches Ansteigen der Strahlungswerte verzeichnet. Der Innsbrucker Verlauf der Globalstrahlung steht damit in guter Korrelation mit zahlreichen Messstationen auf der gesamten Erde. Die Stichworte in diesem Zusammenhang lauten „Global Dimming and Brightening“. Zahlreiche Studien berichten über eine generelle Abnahme der Globalstrahlung seit Beginn der Messungen Ende der 50er Jahre bis etwa Mitte der 80er Jahre (Stanhill und Cohen 2001; Wild et al. 2005). Dabei handelt es sich um einen mittleren Rückgang von ca. 6 bis 9 Wm-2. Seit den 80er Jahren hingegen zeigen Untersuchungen aus aller Welt eine Zunahme der Glo-balstrahlung, das sog. „Global Brightening“. Mögliche Ursachen für die Umkehr des Trends in den 80er Jahren sind wahrscheinlich die zu jener Zeit forcierte Umsetzung von Luftgüte-bestimmungen (z.B. die Verwendung von Partikelfiltern) und die Reduktion von fossilen Brennstoffen in der Industrie sowie der Niedergang der osteuropäischen Wirtschaft. Bisher konnte noch nicht abgeschätzt werden in welchem Ausmaß das „Global Dimming“ die Oberflächentemperaturen beeinflusst hatte und so können auch keine Vorhersagen über den Einfluss des derzeitigen „Brightenings“ getroffen werden (Wild et al. 2005). Der Verlauf der Globalstrahlung in Innsbruck zeigt also auch den weltweiten Trend mit deutlicherem Effekt des „Brightenings“ als jene des „Dimmings“.

125

130

135

140

145

150

155

160

165

1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998 2003

[W m

-²]

Jahreswerte5jährig übergreifend gemittelt

Abbildung 5-2: Verlauf der Jahreswerte der Globalstrahlung in Wm-2

Daten: Jahresmittel der Globalstrahlung, 1958 - 2005

56


Im Allgemeinen besteht eine gute Korrelation zwischen der Globalstrahlung und der Sonnenscheindauer (Abbildung 5-3). Jedoch gibt es auch Abweichungen, da die Dauer des Sonnenscheines nicht der einzige Parameter ist von dem die Strahlung abhängt. Entschei-dend für dessen Abschwächung ist unter anderem die Trübung der Atmosphäre und die Weglänge der Strahlung zum Boden. Die Abweichungen der Globalstrahlung sind meist nicht so ausgeprägt wie die Ab-weichungen der Sonnenscheindauer. Im Rekordjahr 2003 wurden um 20 % mehr an Sonnen-scheindauer registriert, jedoch „nur“ um 13 % mehr an Globalstrahlung als im 48jährigen Mittel. Es gibt jedoch auch gegenläufige Fälle. So werden im Jahr 1983 zwar um 6 % mehr an Sonnenschein registriert, jedoch das Globalstrahlungsmittel lag um 5% unter dem Durch-schnitt.

-15%

-10%

-5%

0%

5%

10%

15%

20%

1958 1960 1962 1964 1966 1968 1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004

Globalstrahlung

SonnenscheindauerMittelwerte: 143 W m-2

1850 Stunden

Abbildung 5-3: Prozentuelle Abweichung des jährlichen Globalstrahlungsmittels und der Jahressumme der Sonnenscheindauer vom jeweiligen Mittelwert (143 Wm-2, 1850 Stunden) Daten: Jährliches Globalstrahlungsmittel, Jahressumme der Sonnenscheindauer und Mittelwerte, 1958 - 2005 5.2 Tagesgang der Globalstrahlung Der Tagesgang der Innsbrucker Globalstrahlungsreihe ist in Abbildung 5-4 dargestellt. Die stündliche Strahlungsintensität erreicht im Jahresdurchschnitt einen Maximalwert von 476 Wm-2 zwischen 11 und 12 Uhr MOZ (Anhang Tabelle A. 5). Größte stündliche Mittel-werte werden in den Monaten Mai, Juni und Juli mit jeweils 655 Wm-2 bzw. 654 Wm-2 re-gistriert. Im Dezember hingegen werden um die Mittagszeit bei tieferem Sonnenstand im Mittel nur mehr Werte um 220 Wm-2 verzeichnet. Die stündlichen Maxima fallen im Jänner, Februar und März in die Stunde zwischen 12 und 13 Uhr, in den übrigen Monaten zwischen 11 und 12 Uhr. Diese Verschiebung des Maximums um die Mittagszeit ist bei der Sonnen-scheindauer jedoch deutlich ausgeprägter als bei der Globalstrahlung.

57


Allgemein verläuft der Tagesgang der Globalstrahlung viel symmetrischer als bei der Son-nenscheindauer (Abbildung 5-5). Daraus kann man schließen, dass der Bewölkungsgrad keinen so großen Einfluss auf die Strahlungsintensität ausübt wie auf die zeitliche Dauer. Die Unterschiede zwischen den beiden Tageshälften sind relativ gering (siehe Anhang Abbildung A. 9). In den Herbstmonaten wird im Mittel am Nachmittag mehr Energie einge-strahlt als am Vormittag, in den Monaten mit höheren Sonnenständen ist der Vormittag be-günstigt. Entscheidend für beide Effekte dürfte wiederum das häufige Auftreten von Nebel im Winter bzw. die Entwicklung von Quellbewölkung im Sommer sein. Interessant ist, dass im Monat Oktober an den Nachmittagsstunden zwar die größere stündliche Sonnenschein-dauer verzeichnet wird, jedoch die mittleren Strahlungswerte am Vormittag höher sind.

Uhr (MOZ)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Jän

Feb

Mär

Apr

Mai

Jun

Jul

Aug

Sep

Okt

Nov

Dez

100

200

300

400

500

600

Abbildung 5-4: Mittlerer Tages- und Jahresgang der Innsbrucker Globalstrahlung in Wm-2 nach MOZ

Daten: Stundenwerte der Globalstrahlung, 1970 - 2005

0

100

200

300

400

500

600

700

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24Uhr (MOZ)

[Wm

-2]

alle MonateJännerAprilJuliOktober

Abbildung 5-5: Mittlerer Tagesgang der Globalstrahlung in Wm-2 nach MOZ Daten: Stundenwerte der Globalstrahlung, 1970 - 2005

58


5.3 Häufigkeitsverteilung der Globalstrahlung Die relative Häufigkeitsverteilung der Stundenwerte der Globalstrahlung zeigt gerin-gere Anteile zu höheren Strahlungsenergien (Abbildung 5-6). Den größten Anteil hat die niedrigste Klasse (1 bis 150 Wm-2) mit 23 %, wenn man von der Klasse 0 Wm-2 (mit 48 %), also den Nachtstunden, absieht. Das Stundenmittel über alle Tage erreicht im Durchschnitt um die Mittagszeit bis zu 476 Wm-2 (Anhang Tabelle A. 5). Aus mehreren Publikationen über Strahlungsmessungen geht hervor, dass die Global-strahlung bei wolkenlosem Himmel im Sommer in Mitteleuropa etwa 1000 Wm-2 erreicht. Der absolut höchste Stundenwert in Innsbruck wurde am 04. Juni 1984 mit 1200 Wm-2 ge-messen. Aber auch zahlreiche andere Tage erreichten in den Sommermonaten Werte von über 1000 Wm-2. Dabei werden diese Extreme nicht etwa an Strahlungstagen erreicht, son-dern an Tagen mit leichter bis mäßiger Bewölkung. Am 04. Juni 1984 wurde ein durchschnittlicher Bewölkungsgrad von 4,3 Zehntel (Termin-beobachtungen: 71, 31, 32) beobachtet und eine relative Sonnenscheindauer von 79 % registriert. Über Tirol herrschte eine Südanströmung mit Föhndurchbruch bis nach Inns-bruck. Um die Mittagszeit, wo Stundenwerte weit über 1000 Wm-2 registriert wurden, war die Sonne nicht von den Wolken verdeckt. Dies hat zur Folge, dass sich die diffuse Strahlung drastisch erhöht und so die Globalstrahlung den normalen Wert von wolkenlosen Tagen überschreitet. Rieker hat im Jahre 1970 in seiner Publikation „Der Einfluss der Wolkenarten auf die Glo-balstrahlung“ diesen Effekt in München untersucht (vgl. Rott, 1974a). In 40 % aller Fälle wird die Globalstrahlung von Cumulus Bewölkung erhöht, wobei die Verstärkung meist 10 bis 20 % der Intensität bei wolkenlosem Himmel ausmacht. In 45 % der Fälle mit Cumulus Bewölkung gehen aufgrund völliger Abschattung der Sonne zwischen 50 und 80 % der Strahlungsintensität von wolkenlosen Tagen verloren.

0

5

10

15

20

25

1 - 150 151 - 300 301 - 450 451 - 600 601 - 750 751 - 900 901 - 1050 1051 -

[Wm-2]

[%]

Abbildung 5-6: Relative Häufigkeitsverteilung [%] der Stundenwerte der Globalstrahlung in Wm-2

Daten: Stundenwerte der Globalstrahlung, 1970 - 2005

59


Häufigkeitsverteilung der Tageswerte in Stufen von 50 Wm-2 (Abbildung 5-7): Ein Viertel aller Tageswerte liegen zwischen 51 und 100 Wm-2. In der nächst höheren Klasse (101 bis 150 Wm-2) befinden sich 17 % aller Werte und die nächst niedere Klasse (1 bis 100 Wm-2) macht einen relativen Anteil von 15 % aus. Der Mittelwert beträgt 143 Wm-2, der Median liegt bei 126 Wm-2 und der Modus, also das häufigste Tagesmittel der gesamten Pe-riode, ist 70 Wm-2. Spaltet man die Häufigkeitsverteilung auf die verschiedenen Jahreszeiten auf, ergibt sich ein anderes Bild (siehe Anhang Abbildung A. 10). In den Wintermonaten werden Tageswerte bis 170 Wm-2 erreicht, die meisten Werte fallen in die Klasse 51 bis 100 Wm-2. Im Frühling werden hingegen schon Tageswerte bis 340 Wm-2 verzeichnet. Das Bild der Häufigkeiten gleicht dabei einer Normalverteilung um die Hauptklasse 151 bis 200 Wm-2. Die häufigste Klasse in den Sommermonaten ist begrenzt von den Werten 251 bis 300 Wm-2, die Vertei-lung ist rechtsschief. Sowohl im Winter als auch im Herbst treten die maximalen Häufig-keiten in der Klasse 51 bis 100 Wm-2 auf. Maximale Tageswerte, welche im Herbst erreicht wurden, liegen bei 260 Wm-2. Die größten Tageswerte der Globalstrahlung werden in den Sommermonaten registriert und erreichen Werte bis 400 Wm-2. Auch hier werden diese Extreme nicht etwa an wolkenlosen Tagen verzeichnet, sondern auch an Tagen mit leichter Bewölkung, die jedoch kaum die direkte Sonneneinstrahlung vermindern. Das absolut niedrigste Tagesmittel der 36jährigen Globalstrahlungsreihe von nur 1 Wm-2 wurde am 25. November 2001 registriert. Dies stellt allerdings ein Zufallsergebnis dar. Die minimalen Tageswerte und vor allem die minimalen Stundenwerte der Globalstrahlung im Winter stehen in engem Zusammenhang mit dem Fleiß und Eifer des Beobachters, d.h. sie hängen davon ab wie oft und wie schnell nach einem Schneefall das ungeheizte Messgerät von der Schneedecke befreit wird.

0

5

10

15

20

25

30

1 bis 50 51 bis 100 101 bis 150 151 bis 200 201 bis 250 251 bis 300 301 bis 350 350 bis 400

[Wm-2]

[%]

Abbildung 5-7: Relative Häufigkeitsverteilung der Tageswerte der Globalstrahlung in Wm-2

Daten: Tagesmittel der Globalstrahlung, 1970 - 2005

60


5.4 Globalstrahlung Flughafen Zum Vergleich mit den Globalstrahlungswerten der Universität Innsbruck wurde eine 10jährige Globalstrahlungsreihe vom Standort Flughafen Innsbruck verwendet. In der Abbildung 5-8 erkennt man deutlich an der wellenförmigen Struktur der Differenzen einen Jahresgang. Geringere Abweichungen werden in Wintermonaten, größere Abweichun-gen in den Sommermonaten verzeichnet, bedingt durch die allgemein größeren Werte bei höherstehender Sonne. Die Unterschiede sind nicht nach einem bestimmten Muster geordnet, d.h. auf einem Tag mit positiver Differenz folgen zum Teil Tage mit negativen Abweichun-gen und umgekehrt. Die Unterschiede der Tagesmittel beider Reihe verlaufen meist im Intervall +/- 30 Wm-2, jedoch verbunden mit zahlreichen Ausreißern die deutlich darüber bzw. darunter liegen. Dagegen weisen die Jahresmittel kaum Unterschiede auf (Tabelle 5-3). Die unterschied-lichen positiven und negativen Abweichungen ergeben zur Summe annähernd Null. Daraus kann man schließen, dass die beiden Messungen nicht systematischen Fehlern unterliegen. Die größten Diskrepanzen in der zehnjährigen Reihe sowohl in positiver als auch in negati-ver Richtung ergeben sich an einigen Tagen im Mai, Juni und Juli 1999. Am 17.05.1999 zum Beispiel werden am Flughafen um 123 Wm-2 (entspricht 92 %) mehr an Strahlung gemessen als in der Innenstadt. Dagegen wurden am 11. Juni 1999 an der Universität um 104 Wm-2 (62 %) mehr registriert. Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass diese extremen Ausrei-ßer mit Differenzen bis zu 100 Wm-2d-1 auf dem Wege von den technischen Einheiten zum meteorologischen Parameter in der Meteodat-Anlage produziert werden. Der Erklärungsver-such, dass die Unterschiede durch Kalibrierung der Messgeräte hervorgerufen werden, kann nicht bestätigt werden. Zwar gab es am Sternpyranometer der Universität regelmäßig alle paar Monate Eichungen, diese genügen jedoch nicht die zahlreichen Unterschiede zu erklä-ren. Außerdem führt eine kurze Abschattung des Messgerätes nicht zu einer sehr großen Modifikation der Globalstrahlungstagesmittel.

61


-150

-100

-50

0

50

100

150

Jul.9

6

Jul.9

7

Jul.9

8

Jul.9

9

Jul.0

0

Jul.0

1

Jul.0

2

Jul.0

3

Jul.0

4

Jul.0

5

[Wm

-2]

Abbildung 5-8: Differenz der Tagesmittel Globalstrahlung Flughafen – Universität in Wm-2

Daten: Tagesmittel Globalstrahlung Flughafen und Universität, 1996 - 2005

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 Universität 153 152 146 141 147 144 148 157 141 Flughafen 152 155 147 143 147 144 149 161 147

Tabelle 5-3: Jahresmittel der Globalstrahlung der Standorte Universität und Flughafen Innsbruck in Wm-2, 1996 - 2004 Ein Vergleich der Monatswerte beider Standorte zeigt wie bei dem Jahresmittel im Allge-meinen nur geringe Abweichungen (Abbildung 5-9). Die Messstation der Universität hat leichte positive Abweichungen in allen Monaten zu verzeichnen, ausgenommen im Monat Februar mit mehr Strahlung am Flughafen. Den größten monatlichen Überschuss erzielt im Durchschnitt der Monat Juli, mit ungefähr 5 Wm-2, das entspricht in etwa 2 % des Monats-mittels. Untersucht man jeden Monat der Vergleichsreihe einzeln, so fallen einige größere Unter-schiede auf (siehe Anhang Tabelle A. 6). Ein Beispiel wäre der Juli 1999, wo am Institut 254 Wm-2 und am Flughafen hingegen nur 222 Wm-2 gemessen wurde. Ein Plus an Strah-lungsenergie am Institut von 13 % (32 Wm-2).

62


0

50

100

150

200

250

JAN FEB MÄR APR MAI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DEZ

[Wm

-2]

FlughafenUniversiät

Abbildung 5-9: Jahresgang der Globalstrahlung Flughafen und Universität Daten: Monatsmittel der Globalstrahlung in Wm-2, 1996 – 2005 (für Okt, Nov, Dez 1996 - 2004)

63

6 Analyse der Bewölkungsdaten

6 Analyse der Bewölkungsdaten Die Bewölkung ist das typischste Merkmal für das Wettergeschehen. Es trägt die Vorstel-lung der Menschen für „Schlechtwetter“ und „Schönwetter“. Die Bewölkungsmessung ist nur sehr schwer automatisierbar, deshalb beruhen die Daten alle auf menschliche Schätz-werte. Genau darin liegt aber die Unsicherheit augrund der Subjektivität des einzelnen Beob-achters. Die Lage von Innsbruck am Talboden, umgeben von hohen Bergen, hat große Auswirkungen auf die Bewölkungsverhältnisse gegenüber Flachland- und Bergstationen. Wichtige Einfluss-faktoren sind unter anderem: Das ausgeprägte Talwindsystem, auftretende Konvektion in den Sommermonaten, geringere Nebelwahrscheinlichkeit gegenüber dem Alpenvorland und Absinkvorgänge an der Leeseite der Alpen mit dazugehörenden Föhneffekten. 6.1 Monats- und Jahresmittel der Bewölkung In den folgenden zwei Tabellen sind die Durchschnittswerte, Extrema und Schwankungen der hundertjährigen Bewölkungsreihe von Innsbruck eingetragen. Die mittlere Bewölkung über das ganze Jahr liegt bei 63 %. Dabei wurde jedoch nicht unterschieden zwischen hoher, mittelhoher und tiefer Bewölkung. Somit bedeutet ein hoher Bewölkungsgrad nicht automa-tisch weniger Sonnenscheindauer oder Globalstrahlung. Über den Zusammenhang der SSD und Bewölkung wird in einem späteren Kapitel genauer eingegangen. Den höchsten Monatsmittelwert erzielte der Februar 1970 mit einem Bewölkungsgrad von 90 %: In diesem Monat wurden 9 Tage als komplett bedeckt festgehalten, an 21 Tagen eine durchschnittliche Bewölkung von über 90 %. Die Dauer an Sonnenschein erstreckte sich auch nur auf insgesamt 49 Stunden (geringster 100jähriger Februarwert), der mittlere Febru-arwert ist im Vergleich dazu 111 Stunden, die relative Sonnenscheindauer lag bei 21 %. Absolutes Minimum der Bewölkung hingegen verzeichnete wiederum der Monat Februar, diesmal im Jahre 1959, mit nur 25 % an Bewölkung: An 7 Tagen war es an allen drei Beo-bachtungsterminen absolut wolkenlos, an 20 Tagen wurde bei der Abendbeobachtung um 21 Uhr MOZ sogar die Zahl 0 % festegehalten. Nur an einem Tag des Monats war es durch-wegs bedeckt.

64



Mittelwerte 6,4 6,2 6,3 6,8 6,6 6,7 6,3 6,1 5,8 5,8 6,6 6,6

Maximum 8,4 9,0 8,7 8,8 8,3 8,4 7,8 8,0 8,5 8,4 8,4 8,9 im Jahre 2004 1970 1988

2001 1972 1939 1997 1998

2000 1996 2001 1922

1974 1933 1923

in % des Mittels 132 146 138 130 126 126 124 130 145 144 126 135

Minimum 3,2 2,5 3,7 4,2 3,7 4,5 4,0 4,0 3,7 3,6 3,4 3,9 im Jahre 1989 1959 1953 1914 1917 1935 1911 1932 1917 1908 1978 1932

in % des Mittels 50 40 59 62 56 67 64 65 63 62 51 59


82 106 79 68 70 59 60 65 82 82 75 76

Tabelle 6-1: Monatliche Durchschnitts- und Extremwerte der Innsbrucker Bewölkungsreihe in Zehntel, 1906 - 2005

WI FR SO HE JAHR

Mittelwerte 6,4 6,6 6,4 6,1 6,3

Maximum 8,1 7,9 7,6 7,9 7,4 im Jahre 1923 2001 1997 1998 1999

in % des Mittels 127 121 120 130 118

Minimum 4,2 5,1 5,0 4,1 5,2 im Jahre 1932 1953 1911 1921 1917

in % des Mittels 66 77 78 67 83


61 44 42 63 35

Tabelle 6-2: Jahreszeitliche Durchschnitts- und Extremwerte in Zehntel, 1906 - 2005

In Tabelle 6-3 wird das Rekordjahr 2003 der Temperatur, Sonnenscheindauer und Globalstrahlung mit der Bewölkung verglichen. Da das hundertjährige Bewölkungsmittel nicht sehr repräsentativ erscheint (vgl. Kapitel 6.3) wurde auch das 30jährige Mittel miteinbezogen. Das Jahr 2003 war zwar ein relativ bewölkungsarmes Jahr mit 6,3 Zehntel, erzielte jedoch keinen Rekordwert. In den vergangenen 30 Jahren gab es mehrere vergleichbare Jahreswerte. Auch bei Betrachtung der Monatswerte fallen keine großen Abweichungen auf. Nur der März 2003 war der bewölkungsärmste März in der 30jährigen Vergleichsperiode. Aus dieser Zusammenstellung erkennt man auch die nicht immer gegebene Korrelation zwischen den drei Beobachtungsterminen der Bewölkung und der hochaufgelösten Sonnenscheindauer und Globalstrahlung.

65


JAN FEB MAR APR MAI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DEZ JAHR

2003 7,3 4,3 5,2 6,9 7,3 6,7 6,1 6,1 6,2 6,6 6,2 6,5 6,3

30 jährig Mittel 6,4 6,3 7,1 7,3 7,0 7,2 6,6 6,6 6,5 6,2 6,9 6,9 6,7

100jährig Mittel 6,4 6,2 6,3 6,8 6,6 6,7 6,3 6,1 5,8 5,8 6,6 6,6 6,3

Tabelle 6-3: Bewölkungsgrad in Zehntel für das Jahr 2003, 30jähriges Mittel (1973 - 2002) und

hundertjähriges Mittel (1906 - 2005) Das Jahr mit dem geringsten Bewölkungsmittel war 1917 mit 52 % mittlerer Himmels-bedeckung, die Sonnenscheindauer war im selben Jahr jedoch sogar um 7 % über dem lang-jährigen Mittel. Auch hier ist wieder Vorsicht geboten, da laut Ekhart (1934) die Bewöl-kungswerte bis ungefähr 1918 etwas zu niedrig geschätzt worden sind. Diese Diskontinuität in der Beurteilung des Bewölkungsgrades wurde durch Vergleiche der relativen Sonnen-scheindauer und Bewölkung festgestellt und fällt mit einem Beobachterwechsel zusammen. Laut Reiter (1958) wurde die Bewölkung in den Jahren nach 1943 hingegen etwas zu hoch geschätzt. Auch hier dürfte es sich um einen Wechsel des Beobachters handeln. 6.2 Jahresgang der Bewölkung Der Jahresgang des Bewölkungsgrades ist die gespiegelte Funktion des Jahresganges der relativen Sonnenscheindauer (siehe Anhang Abbildung A. 11). Im Prinzip sollte deren Summe 100 % ergeben. Dieser Grundidee wird in Kapitel 7 genauer nachgegangen. Der Verlauf der Bewölkung repräsentiert wieder eine Doppelwelle. Das Hauptminimum wird in den Herbstmonaten September und Oktober erreicht. Danach folgt ein rasches An-steigen zu einem Maximum im November. Das sekundäre Minimum liegt im Jänner, gefolgt von einem stetigen Ansteigen der Bewölkung bis zum zweiten Maximum Ende des Früh-lings, Anfang des Sommers. Nicht so einfach erscheint der Gang der Bewölkung bei Be-trachtung der einzelnen Terminbeobachtungen. So zeigt Fliri (1975) dass im Winter der Be-wölkungsgrad in den Nachtstunden am geringsten ist, jedoch am Morgen und am früheren Vormittag am größten. Im Frühling und vor allem in der heißen Jahreszeit stellt sich ein Be-wölkungsmaximum am Nachtmittag und Abend ein. Der Vergleich von Steinhauser (1969) mit anderen Stationen des Alpenvorlandes zeigt für Innsbruck eine merklich geringere Bewölkung in den Spätherbst- und Wintermonaten, an der die geringere Nebelhäufigkeit einen wesentlicher Anteil hat. Demgegenüber steht eine etwas stärkere Bewölkung in den Nachmittagen der Monate Mai bis Juli.

66


y = -2E-13x6 + 4E-08x5 - 0,0034x4 + 170,19x3 - 5E+06x2 + 7E+10x - 5E+14

45

50

55

60

65

70

75

80

85


[%]


Abbildung 6-1: Jahresgang des Bewölkungsgrades in Prozent Daten: Tagesmittel der Bewölkung, 1966 - 2005 In der nachfolgenden Abbildung 6-2 wird der Jahresgang aus den Monatsmitteln der Universitätsdaten zusammen mit den homogenisierten Bewölkungsdaten aus Auer et al. (2001) verglichen. Der Verlauf beider Reihen ist ziemlich ähnlich, doch ergeben sich bei den Absolutwerten einige Unterschiede. In allen Monaten, ausgenommen Oktober und Dezem-ber, weisen die homogenisierten Werte höhere Mittel auf. Am größten ist dieser Unterschied im März mit 7 % Diskrepanz beider Reihen, am geringsten im darauffolgenden Monat April mit nur 1 %.

55

57

59

61

63

65

67

69

71

73

Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

[%]

Monatsmittel UniversitätMonatsmittel homogenisiert

Abbildung 6-2: Jahresgang des Bewölkungsgrades Daten: Monatsmittel der Bewölkung Universität und ALOCLIM homogenisiertes Bewölkungsmittel, 1906 - 1999

67


6.3 Zeitlicher Verlauf des Bewölkungsgrades Interessant ist der Verlauf des Bewölkungsgrades seit Beginn der Aufzeichnungen in Inns-bruck. In Abbildung 6-3 wurden sowohl die Instituts-internen Bewölkungsdaten ab 1906, als auch die in Auer et al. (2001) veröffentlichten homogenisierten Daten miteinander vergli-chen. Die gestrichelte Linie in der Abbildung soll die Umstellung der Terminbeobachtung von 7, 14, 21 Uhr MOZ auf 7, 14, 19 Uhr MOZ darstellen. Seit dem 01.01.1971 wurde näm-lich die Abendbeobachtung um 2 Stunden vorlegt. Just ab diesem Jahr stimmen auch beide Reihen der Bewölkung exakt überein. Daraus lässt sich schließen, dass im Zuge der Homo-genisierung die Daten der früheren Beobachtungszeiten an die neuen angeglichen wurden. In Abbildung 6-4 ist weiters die prozentuelle Abweichung der beiden Bewölkungsreihen aufgetragen. Dabei liegen die institutsinternen Daten bis zu 15 % unter den Homo-genisierten. Im Laufe der Jahre vermindert sich der Unterschied, aber erst ab 1971 sind die Reihen identisch. Einzige Ausnahme macht das Jahr 1988, wo eine positive Differenz von 5 % vorliegt, welche jedoch im Rahmen dieser Arbeit nicht weiter untersucht wurde. Fast alle Monatswerte der homogenisierten Daten liegen unter jenen der Universität. Betrachtet man nur die Originalwerte des Institutes, so ist deutlich eine Bewölkungszunahme in den letzten 100 Jahren festzustellen. Das 10jährige Mittel zwischen 1906 und 1915 liegt bei 6,4 Zehntel; zwischen 1996 und 2005 hingegen wird bereits ein Mittel von 7,4 Zehntel an Bewölkung festgestellt. Dieser Trend wird jedoch deutlich von den homogenisierten Werten widerlegt, wo kein aussagekräftiger Anstieg des Bewölkungsgrades zu erkennen ist. Da so-mit eine eindeutige Interpretation der langen Reihe schwierig ist, werden in der Tabelle 6-4 die Pentadenmittel der letzten 35 Jahre aufgelistet. Daraus lassen sich leicht erhöhte Werte der Bewölkung seit Mitte der 90er Jahre erkennen, in Mittel um die 70 % Bewölkung.

1971-75 1976-80 1981-85 1986-90 1991-95 1996-2000 2001-2004 65 68 66 66 67 70 70

1975-1984 1985-1994 1995-2004

66 66 70 Tabelle 6-4: 5jähriges und 10jähriges Mittel des Bewölkungsgrades in Innsbruck in Prozent

68


50

55

60

65

70

75

80

1866 1874 1882 1890 1898 1906 1914 1922 1930 1938 1946 1954 1962 1970 1978 1986 1994 2002

[%]

Jahresmittel Universität 1906 - 2005

Jahresmittel Homogenisierte Daten 1866 - 1999

Abbildung 6-3: Zeitlicher Verlauf des Bewölkungsgrades in Innsbruck in Prozent strichlierte Linie: Verlegung der Abendbeobachtung 1971 von 21 Uhr auf 19 Uhr MOZ Daten: Jahresmittel der Bewölkung Universität 1906 - 2005 und Jahresmittel der ALOCLIM homogenisierten Bewölkung 1866 - 1999

-20%

-15%

-10%

-5%

0%

5%

10%

1906

1910

1914

1918

1922

1926

1930

1934

1938

1942

1946

1950

1954

1958

1962

1966

1970

1974

1978

1982

1986

1990

1994

1998

Abbildung 6-4: Prozentuelle Abweichung der Jahresmittel der Bewölkung Universität minus homogenisierter Bewölkung, 1906 – 1999 strichlierte Linie: Verlegung der Abendbeobachtung 1971 von 21 Uhr auf 19 Uhr MOZ Daten: Jahresmittel der Bewölkung Universität und Jahresmittel der ALOCLIM

homogenisierten Bewölkung

69


6.4 Häufigkeitsverteilung der Tagesmittel des Bewölkungsgrades Die Abbildung 6-5 zeigt die relative Häufigkeitsverteilung der Tageswerte des Bewölkungs-grades. Die einzelnen Klassen repräsentieren das Mittel einer Klasse wie folgt: 0/10 ⇒ 0,0/10 bis 0,4/10 1/10 ⇒ 0,5/10 bis 1,4/10 ... 10/10 ⇒ 9,6/10 bis 10/10 Die Darstellung entspricht einer rechtsschiefen Verteilung. Die geringsten Tagesmittel der Bewölkung haben den kleinsten Anteil, die relativen Anteile steigen dann mit zunehmender Bewölkung. 21 % aller Tageswerte fallen schließlich in den Bereich 10/10. In den einzelnen Jahreszeiten ist die Verteilung der Tageswerte mit nur leichten Unterschie-den ziemlich ähnlich (Anhang Abbildung A. 12). Den größten Beitrag von fast bzw. kom-plett bedeckten Tagen liefert der Winter. Jeder vierte Tag fällt dort in die Bewölkungsklasse 10/10, im Sommer hingegen nur 17 %. Während im Winter, Frühling und Herbst die höchste Bewölkungsklasse dominiert, überwiegt im Sommer der 9/10 Bereich. Mit einer Ausnahme ist in allen Jahreszeiten die 0/10 Klasse jene, welche am wenigsten häufig auftritt. Interes-santerweise ist dies jedoch im Winter mit 8 % der Tageswerte nicht der Fall. Eigentlich würde man den höchsten Anteil im Herbst erwarten, weil dort auch der Anteil der Klasse 100 % relativer Sonnenscheindauer am größten ist (vgl. Abbildung A. 6).

0

5

10

15

20

25

0/10 1/10 2/10 3/10 4/10 5/10 6/10 7/10 8/10 9/10 10/10

Zehntel

[%]

Abbildung 6-5: Relative Häufigkeitsverteilung [%] der Tagesmittel des Bewölkungsgrades Daten: Tagesmittel des Bewölkungsgrades, 1971 - 2005

70


In der Klimatologie lassen sich die Tageswerte der Bewölkung in den Kenngrößen „Heitere Tage“ und „Trübe Tage“ einteilen. „Heitere Tage“ sind definiert als die mittlere Anzahl der Tage pro Monat, Jahr bzw. Jahres-zeit, an denen das Tagesmittel der Bewölkung kleiner als 20 % der sichtbaren Himmels-fläche ist. Das Kriterium des „heiteren Tages“ ist sehr eng gefasst. Herrscht nämlich an nur einer Beobachtung 6/10 Bewölkung, so kann rechnerisch kein heiterer Tag mehr erreicht werden. Als „Trübe Tage“ bezeichnet man hingegen jene Tage mit Bewölkungsgraden über 80 %. Außerdem taucht in der Klimastatistik auch oft der Begriff „Bewölkte Tage“ auf. Das sind alle Tage mit einem Mittel der Bewölkung zwischen 20 % und 80 %. In Tabelle 6-5 wurde neben den drei genannten Größen auch noch die Anzahl der „wolken-losen Tage“ und der „bedeckten Tage“ eingetragen. Sie werden definiert als Tage bei denen an allen drei Beobachtungsterminen 0 % bzw. 100 % Bewölkung gesichtet worden ist. Die „heiteren Tage“ enthalten definitionsgemäß auch die wolkenlosen Tage, die „trüben Tage“ somit auch die bedeckten Tage. Die Anzahl der trüben Tage übertrifft in allen Monaten deutlich die Anzahl der heiteren Tage, besonders im Monat Juni wo das Verhältnis heitere zu trübe Tage nahezu 1:13 ist. Im Sommermonat Juni gibt es durchschnittlich nur einen Tag welcher der Bedingung eines hei-teren Tages gerecht wird, dagegen sind es im Jänner 4,3 Tage. Bezogen auf die Jahreszeiten ist der Winter begünstigt. Dort gibt es die maximale Anzahl von heiteren Tagen (12 Tage) und die minimale Anzahl von trüben Tagen (3,2 Tage). Über das gesamte Jahr verteilt muss man mit knapp über 30 heiteren Tagen und ca. 150 trüben Tagen rechnen. Das Kriterium des bedeckten Tages wird durchschnittlich an 51 Tagen im Jahr erreicht, wolkenlose Tage gibt es jedoch nur 9 im gesamten Jahr. Dies ist jedoch nicht verwunderlich, da auch bereits wet-termäßig harmlose hohe Bewölkung oder „Schönwettercumuli“ an den Berghängen in die Beobachtung miteinfließen und so die wolkenlosen Tage vermindern.

Tage JAN FEB MÄR APR MAI JUN JUL AUG SEPT OKT NOV DEZ

Heitere 4,3 4,1 2,8 1,9 1,3 1,0 2,5 2,1 3,4 4,0 2,7 3,6 Bewölkte 13,9 12,6 13,7 13,5 16,7 15,9 16,5 17,3 15,3 16,6 13,1 13,8 Trübe 12,8 11,5 14,6 14,7 13,1 13,1 12,0 11,6 11,3 10,4 14,2 13,5

Wolkenlos 1,9 1,9 0,8 0,3 0,2 0,1 0,0 0,2 0,2 1,2 0,8 1,5 Bedeckt 4,8 4,9 4,8 5,7 3,3 3,3 2,6 3,2 3,3 3,1 6,1 5,8

Winter Frühling Sommer Herbst JAHR

Heitere Tage 12,0 5,9 5,6 10,1 33,6 Bewölkte Tage 40,4 43,8 49,7 44,9 178,8 Trübe Tage 3,2 7,2 6,6 3,5 152,8

Wolkenlose Tage 5,3 1,3 0,3 2,2 9,0 Bedeckte Tage 15,5 13,8 9,1 12,4 50,7

Tabelle 6-5: Anzahl der „Heiteren Tage“ (< 20 % Bewölkung), „Bewölkten Tage“ (20 % bis 80 % Bewölkung), „Trüben Tage“ (> 80 % Bewölkung), „Wolkenlosen Tage“ (0 % Bewölkung) und „Bedeckte Tage“ (100 % Bewölkung) pro Monat, Jahreszeit und Jahr, 1971 – 2005

71

7 Relative Sonnenscheindauer + Bewölkungsgrad = 100 % ?


Im Anhang Abbildung A. 11 sieht man den gespiegelten Verlauf der relativen Sonnenschein-dauer [%] zur Himmelsbedeckung [%]. Man kann deshalb erwarten, dass die Summe beider Größen 100 Prozent ergeben sollte, auch wenn beide Größen komplett unterschiedlich ge-wonnen wurden. Die Sonnenscheindauer wird bekanntlich mit einem Messgerät registriert, das eine hohe zeitliche Auflösung garantiert. Ganz anders wird der Bewölkungsgrad ermit-telt. Er bezieht sich im Unterschied zum Sonnenscheinautographen auf die gesamte Him-melsfläche und hat nur eine sehr geringe zeitliche Auflösung von drei Beobachtungstermi-nen. Außerdem unterliegt er durch die menschliche Interpretation einer großen Subjektivität. Streng gesehen umfassen beide Parameter auch nicht denselben Zeitraum. Während im Winter die 7 Uhr und 19 Uhr (21 Uhr vor dem Jahr 1971) Termine vor bzw. nach Sonnenauf- und untergang liegen, fallen diese im Sommer in den „Sonnentag“ hinein. So umfassen die Sonnenscheindauer und das Bewölkungsmittel nicht immer den gleichen Ab-schnitt eines Tages. Gerade aus diesen Gründen ist ein Vergleich der beiden Datensätze aber interessant, um eventuelle systematische Fehler eines Parameters kritisch zu prüfen. Ein anderes Interesse liegt darin, eine Methode zu entwickeln, um aus den Bewölkungsbeo-bachtungen auf die Sonnenscheinverhältnisse zu schließen und umgekehrt. Für Orte, an denen nur Bewölkungsangaben vorliegen, könnte man mit einer gewissen Nähe-rung die Sonnenscheinstunden berechnen. Wie gut relative Sonnenscheindauer und der Bewölkungsgrad überhaupt miteinander korrelieren, wird in Abbildung 7-1 gezeigt. Die Abhängigkeit beider Reihen voneinander ist gegeben, der Korrelationskoeffizient beträgt nämlich 0,85. Man erkennt deutlich, dass bei niederen Bewölkungsgraden die Übereinstim-mung größer ist als bei höheren Werten. Dies lässt sich damit erklären, dass hohe Bewöl-kung (z.B. Cirren) zwar den Wert der Bewölkung vergrößert, jedoch oft kaum einen Einfluss auf die Sonnenscheindauer ausübt. So können auch bei komplett bedeckten Himmel zahl-reiche Sonnenstunden registriert werden. Eine Aufschlüsselung der Korrelationsdiagramme nach den verschiedenen Jahreszeiten wird im Anhang Abbildung A. 13 dargestellt. Den ge-ringsten Korrelationskoeffizient weisen die Wintermonate auf, dagegen verzeichnet man im Sommer die größte Abhängigkeit der relativen Sonnenscheindauer von der Bewölkung (Tabelle 7-1).

72


y = -0,009x2 + 0,0131x + 95,249

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1

Bedeckung [%]

Rel

ativ

e So

nnen

sche

inda

uer [

%]

00

Polynomisch (Regressionsgerade)

Abbildung 7-1: Korrelationsdiagramm des Bewölkungsgrades und der relativen Sonnenscheindauer in Prozent Daten: Tagesmittel des Bewölkungsgrades und Tageswerte der relativen Sonnenscheindauer,

1973 -2002

Winter Frühling Sommer Herbst Jahr 0,84 0,85 0,87 0,85 0,85

Tabelle 7-1: Korrelationskoeffizienten der Tagesmittel von Bewölkung und Tageswerte der relativen Sonnenscheindauer, 1973 - 2002 Im Anhang Abbildung A. 14 wurde zudem das Korrelationsdiagramm mit den Monatswerten der Bewölkung und der relativen Sonnenscheindauer dargestellt. Auch hier wird ein ähn-licher Korrelationskoeffizient von 0,86 wie bei den Tagewerten erzielt. 7.1 Jahresgang Aus Abbildung 7-2 geht hervor, dass im Mittel die Summe von relativer Sonnenscheindauer und Bewölkung in allen Monaten deutlich den Wert von Hundert übersteigt. Des weiteren unterliegt die Summe einer großen Variabilität im Jahresverlauf. In der kalten Jahreszeit lie-gen die Werte um 109 %, steigen dann an bis zu einem Maximum im August von 119 %. Bereits in früheren Veröffentlichungen wie u.a. von Mörikofer und Nagel (1952) konnte diese Verschiedenheit in den Jahreszeiten festgestellt werden. Die relativ große Streuung der Tageswerte basiert auf der Tatsache, dass nur eine relativ kurze Periode von 30 Jahren zur Mittelung herangezogen wurde.

73


y = -0,0003x2 + 21,621x - 412533

100

105

110

115

120

125

130


[%]


Abbildung 7-2: Jahresgang der Summe relative Sonnenscheindauer und Bewölkung in Prozent Daten: Tageswerte der relativen Sonnenscheindauer und Tagesmittel der Bewölkung, 1973 - 2002 In Tabelle 7-2 wird sowohl das 30jährige Mittel der gewählten Normalperiode 1973 bis 2002 als auch das 100jährige Mittel 1906 bis 2005 der prozentuellen Summe aufgelistet. Das hun-dertjährige Mittel liegt deshalb zum Teil deutlich unter der Normalperiode, da sowohl die Sonnenscheindauer als auch die Bewölkung in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts gerin-gere Werte aufweisen. JAN FEB MÄR APR MAI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DEZ JAHR

1906-35 97 101 106 107 108 110 110 108 106 106 104 96 105 1936-65 103 108 108 109 112 112 113 112 109 110 108 103 109 1973-2002 109 113 115 116 118 116 117 119 115 116 115 109 115 1906-2005 104 108 110 111 113 113 114 113 110 111 109 104 110

Tabelle 7-2: 30jährige Mittelwerte (1973-2002) und hundertjährige Mittelwerte (1906-2005) der Monatswerte von relativer Sonnenscheindauer + Bewölkung in Prozent In verschiedenen Publikationen finden sich einige Erklärungsansätze zum Thema pro-zentuelle relative Sonnenscheindauer und Bewölkung. Eine Hauptursache, dass die Summe die 100 Prozent übersteigt, liegt darin, dass bei der Schätzung des Bewölkungsgrades keine Rücksicht auf die Art der Bewölkung genommen wird. Es werden auch die hohen dünnen

74


Cirruswolken mitberechnet, welche jedoch kaum die Sonneneinstrahlung dämpfen, so dass auch noch Sonnenstunden von den Messgeräten registriert werden. Ein Grund für den Unterschied in den Jahreszeiten liegt an der verschiedenen Sonnenhöhe. Bei tiefen Sonnenständen im Winter spielt die Tau- und Reifbildung auf der Glaskugel des Campbell-Stokes Sonnenscheinautographen eine große Rolle (vgl. Abbildung 7-3). Es führt zu einer verzögerten Bildung einer Brennspur. Weiters wird in der kalten Jahreszeit der Be-wölkungsgrad im Durchschnitt unterschätzt, da zwei der drei Beobachtungstermine bei Dun-kelheit durchgeführt werden müssen. Bei schlechter Sicht sind vor allem dünne Wolken nur schwer zu erkennen. Diese genannten Effekte führen zu geringeren Summenwerten im Winter gegenüber den Sommermonaten. Steinhauser (1954) zeigt unter anderem auch, dass die Prozentsumme an den Bergstationen wesentlich größer ist als in der Niederung. Er führt dies auf die reinere Luft und somit auf die erhöhte Strahlungsintensität auf den Bergen zurück. Daher setzen die Brennspuren schon bei geringerer Sonnenhöhe ein. Außerdem ist auf den Bergen die sichtbare Himmelsfläche viel größer, welches bei der Bewölkungsschätzung eine Rolle spielt. Bei geringem Bewöl-kungsgrad werden auch weiter entfernte Wolken noch mitgerechnet. In der folgenden Abbildung 7-3 ist wiederum der Jahresgang aufgetragen. Diesmal wurde jedoch die Berechnung der relativen Sonnenscheindauer auf zweierlei Art und Weise durch-geführt: Einmal mit den Daten des Campbell- Stokes und zum anderen mit den Daten des Hänni Solar. Wie in Kapitel 4.5 beschrieben sind die Abweichungen beider Reihen beson-ders groß im Winter, der automatisierte Hänni misst in dieser Jahreszeit deutlich mehr an Sonnenschein. Dies wirkt sich somit auch auf die Summe der relativen Sonnenscheindauer und Bewölkung aus, indem sie den Jahresgang deutlich verringert. In den Sommermonaten ist der Unterschied zwischen beiden Geräten nicht mehr sehr groß.

100

105

110

115

120

125

JAN FEB MÄR APR MAI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DEZ

[%]

Campbell-StokesHänni Solar

Abbildung 7-3: Jahresgang der Summe relative Sonnenscheindauer + Bewölkung in Prozent Daten: Monatsmittel der relativen Sonnenscheindauer des Campbell-Stokes und des Hänni Solar, und Monatsmittel des Bewölkungsgrades, 1987 - 2005

75


7.2 Häufigkeitsverteilung der Tageswerte Wie im vorigen Kapitel beschrieben, liegen die Mittel der täglichen Summenwerten zum Teil deutlich über 100 Prozent. Es gibt jedoch auch viele Tage an denen die Summe unter diesem Idealwert fällt (Tabelle 7-3). In der Abbildung 7-4 sind die relativen Häufigkeiten in verschiedenen Klassen aufgezeigt, getrennt für die einzelnen Jahreszeiten. In den Wintermonaten dominieren klar die geringeren Werte. Die meisten Tage, nämlich 29 %, liegen in der Klasse 90 bis 100 %. Insgesamt dominieren im Winter aber auch die Tage über 100 %. Der Median liegt beim Wert 104 %. Konträre Jahreszeit ist der Sommer. Hier ergibt die Summe nur in 15 % der Tage weniger als Hundert. Die größte Anzahl an Tagen (63 %) erreicht Werte zwischen 100 und 130. Der Median im Sommer spiegelt die Verschiebung zu höheren Werten wieder, er liegt beim Wert 116 % (Tabelle 7-4). Auffallend ist, dass im Winter nicht nur die geringsten Werte erreicht werden, sondern auch die extremen hohen Summen. Dies lässt auf die allgemein schlechtere Korrelation von relativer Sonnenscheindauer und Bewölkung in der kalten Jahreszeit schließen (Tabelle 7-1 und Anhang Abbildung A. 13).

0

5

10

15

20

25

30

35

< 80 80-90 90-100 100-110 110-120 120-130 130-140 140-150 150-160 > 160

[%]

[%]

WinterFrühlingSommerHerbst

Abbildung 7-4: Relative Häufigkeitsverteilung (%) der Tageswerte von relativer Sonnenscheindauer + Bewölkungsgrad der einzelnen Jahreszeiten Daten: Tageswerte der relativen Sonnenscheindauer und Tagesmittel der Bewölkung, 1973 - 2002

< 80 80-90 90-100 100-110 110-120 120-130 130-140 140-150 150-160 > 160%

2,0 3,7 21,2 19,2 16,8 15,7 11,1 6,2 2,8 1,2% Tabelle 7-3: Relative Häufigkeit der Tageswerte von relativer Sonnenscheindauer + Bewölkungsgrad in Prozent, 1973 - 2002

76


Winter Frühling Sommer Herbst Jahr

Unter 100 % 41,9 21,8 15,3 29,0 26,9 Über 100 % 58,1 78,2 84,7 71,0 73,1 Medianwert 104 115 116 112 112

Tabelle 7-4: Medianwert und Prozente der Tageswerte von relativer Sonnenscheindauer + Bewölkung über und unter 100 %, 1973 - 2002 7.3 Verlauf der Jahreswerte Der säkulare Gang der Jahresmittelsumme von relativer Sonnenscheindauer und Bewöl-kungsgrad (Abbildung 7-5) umfasst zahlreiche Änderungen in der subjektiven Bewölkungsbeobachtung und in der Registrierung der Sonnenscheindauer. Eindeutig fest-stellbar ist der stetige Anstieg der Summe in den letzten 100 Jahren. Dabei ist der Anstieg nicht kontinuierlich, sondern kann teilweise in Blöcke unterteilt werden. Die Abbildung 7-6 zeigt die Differenz der einzelnen Jahreswerte zur gewählten Normalperiode 1973 bis 2002. Auch Reiter (1958) beschreibt in seiner Publikation diese Änderungen. Es zeigt sich, dass bis 1919 die Bewölkung etwas zu niedrig geschätzt wurde. Von 1920 bis 1942 sieht Reiter einen Zeitraum von guter Beurteilung des Bewölkungsgrades und schließlich ab 1943 wurde die Bewölkung laut Reiter etwas zu hoch angegeben. Diese Diskontinuitäten sind auf Beobach-terwechsel zurückführen. Die genannten Zeiträume lassen sich auch in Abbildung 7-6 voneinander abgrenzen. Außerdem liegen laut den homogenisierten Daten des ALOCLIM (Auer et al. 2001) die Jahreswerte der Sonnenscheindauer besonders zu Beginn des Jahrhun-derts zu nieder (vgl. Kapitel 4.1.1). Ab 1971, seit der Vorverlegung der Abendbeobachtung von 21 auf 19 Uhr MOZ, bis ungefähr 1995 pendelt sich die Summe von relativer Sonnen-scheindauer und Bewölkung bei ca. 115 % ein. In den letzten 10 Jahren vollzieht die Summe schließlich einen deutlichen Sprung auf ungefähr 120 % (siehe Tabelle 7-5 und Anhang Abbildung A. 15). Ein Verdacht dass diese Zunahme der Summen im letzten Jahrhundert mit geänderten Bewölkungsverhältnissen in Zusammenhang steht, wie z.B. mehr dünne und hohe Wolken und weniger tiefe und stratiforme Wolken, wurde andiskutiert, kann aber nicht als Erklärung angeboten werden. Aufgrund all dieser Diskrepanzen darf man wohl keine Beurteilung über die möglichen Än-derungen des Klimas und der Witterung auf Basis dieser Daten abgeben, und wenn dann höchstens basierend auf den Daten der automatischen Stationen, die es allerdings erst seit zwei Jahrzehnten gibt. Zudem scheinen auch die Bewölkungsbeobachtungen zu sehr von der Subjektivität und Interpretation der einzelnen Beobachter abzuhängen.

77


70

80

90

100

110

120

130

1906 1915 1924 1933 1942 1951 1960 1969 1978 1987 1996 2005

[%]

JännerJuliMittel über alle Monate

Abbildung 7-5: Verlauf der Summe relative Sonnenscheindauer + Bewölkung in Prozent strichlierte Linie: Verlegung der Abendbeobachtung 1971 von 21 Uhr auf 19 Uhr MOZ Daten: Jahresmittel der relativen Sonnenscheindauer und Bewölkung, 1906 - 2005

-20

-15

-10

-5

0

5

10

1906 1915 1924 1933 1942 1951 1960 1969 1978 1987 1996 2005

[%]

Abbildung 7-6: Differenz der Jahreswerte minus 30jähriges Mittel der Summe Daten: Jahresmittel der Summe relative Sonnenscheindauer + Bewölkung 1906 - 2005, Mittelungsperiode 1973 - 2002

78


Winter Frühling Sommer Herbst Jahr

1906 - 1915 94 104 107 102 102 1916 - 1925 98 108 110 106 106 1926 - 1935 103 108 111 108 107 1936 - 1945 102 108 113 107 107 1946 - 1955 107 111 111 109 109 1956 - 1965 105 111 113 110 110 1966 - 1975 110 113 113 113 112 1976 - 1985 110 116 114 114 114 1986 - 1995 107 115 117 115 113 1996 - 2005 115 121 124 119 120

Tabelle 7-5: 10jährige Mittelwerte aus den Monatswerten der Summe relativer Sonnenscheindauer + Bewölkung in Prozent

79

8 Zusammenfassung

8 Zusammenfassung In dieser Arbeit wurden die langjährigen Reihen der Sonnenscheindauer und Globalstrahlung von Innsbruck untersucht. Im engen Zusammenhang stehen damit auch die Daten der Be-wölkung, welche auch als Kontroll- und Vergleichsmöglichkeit dienten. Die Innsbrucker Messreihen gehen bis weit in die Vergangenheit zurück. Sonnenscheindauer wurde bereits seit 1898 registriert, repräsentative Werte in Innsbruck liegen ab dem Jahr 1906 vor. Als Messinstrument im Einsatz war während der gesamten Periode ein Campbell-Stokes Sonnenscheinautograph, dessen im Laufe der Zeit sich verfärbendende Glaskugel 1950 durch eine neue ersetzt wurde. Die Monats- und Jahreswerte vor 1950 wurden daher an die späteren Messungen angeglichen. Ein durchschnittliches Jahr in Innsbruck erreicht 1844 Stunden (30jähriges Mittel 1973-2002) an Sonnenschein. Das entspricht einer relativen Sonnenscheindauer von 47 %. Abso-luten Jahresrekord verzeichnete das Jahr 2003 mit 2305 Sonnenstunden. Der sonnenschein-reichste Monat in Innsbruck ist der Juli mit durchschnittlich 219 Sonnenstunden, der sonnen-scheinärmste Monat ist hingegen der Dezember mit 73 Stunden. Im Tagesgang der Sonnenscheindauer fallen die höchsten Werte in die Stunde zwischen 11 und 12 Uhr WSZ. In den Frühjahrsmonaten verschieben sich die Maxima aufgrund der Kon-vektion ab den Mittagsstunden in die Stunde 10 bis 11 Uhr WSZ. In den Winter- und Herbst-monaten dagegen verringert das Auftreten von Nebel am Vormittag die dortigen Sonnen-stunden und verschiebt die maximalen Stundensummen in den Nachmittag hinein. Die relative Sonnenscheindauer beträgt in Innsbruck im Durchschnitt 47 %, d.h. über die Hälfte der effektiv möglichen Sonnenstunden werden durch die auftretende Bewölkung her-abgesetzt. Im Jahresgang zeigt die Abbildung der relativen Sonnenscheindauer eine Dop-pelwelle, mit einem absoluten Maximum im Oktober (55 %) und einem sekundären Maxi-mum im Monat März (47 %). Die hier zitierten Werte stammen aus den Originalreihen des Meteorologischen Observa-toriums. Aufgrund der kontinuierlichen Einbindung des Observatoriums in ein Universitäts-institut für Meteorologie kann behauptet werden, dass diese Daten von außergewöhnlicher Qualität sind. Nicht im Gegensatz aber gewissermaßen parallel dazu stehen dem End-verbraucher die im ALOCLIM aufbereiteten, sprich homogenisierten Daten der Zentralan-stalt für Meteorologie, Wien, zur Verfügung. Es wurde in dieser Diplomarbeit bei allen Ge-legenheiten der Vergleich zwischen diesen beiden Datensätzen gesucht und diskutiert. Die dabei festgestellten Differenzen konnten in den meisten Fällen jedoch nicht eindeutig be-gründet bzw. beseitigt werden. Besonders am Anfang des 20. Jahrhunderts treten Unter-schiede beider Reihen auf, welche eine genaue Aussage über den Verlauf bzw. eine Trend-berechnung der Sonnenscheindauer in den letzten 100 Jahren erschweren. Aufgrund der ge-zeigten Unsicherheiten wurden im Laufe der Arbeit zahlreiche Analysen auf eine frei gewählte Normalperiode 1973 - 2002 beschränkt.

80

8 Zusammenfassung

Im Hinblick auf eine in der Zukunft verstärkte Automatisierung der Sonnenscheinregistrie-rungen wurden die Unterschiede zwischen dem traditionellen Campbell-Stokes Sonnen-scheinautographen und dem neueren, seit 1986 in Betrieb befindlichen Gerät Hänni Solar 111B erhoben. Dabei wurden nicht zu vernachlässigende Abweichungen mit einem deut-lichen Jahresgang und maximalen Abweichungen bis zu 12 % in den Wintermonaten er-sichtlich. Verlässliche Globalstrahlungsmessungen liegen in Innsbruck seit dem Jahre 1958 vor. Der Jahresmittelwert beträgt 143 Wm-2. Absoluten Rekord verzeichnete man wie schon bei der Sonnenscheindauer im Jahre 2003 mit einem Mittelwert von 161 Wm-2. Die Monatswerte reichen im Mittel von 45 Wm-2 im Dezember bis zu 229 Wm-2 im Monat Juni. Im Tagesgang und Jahresgang verlaufen die Globalstrahlungswerte deutlich symmetrischer um den Sonnenhöchststand als die Sonnenscheindauer. Im zeitlichen Verlauf der Inns-brucker Globalstrahlung spiegelt sich dasselbe Bild wieder wie in den jüngsten Publikatio-nen für die gesamte Erde aufgezeigt wurde: Ende der 50er Jahre bis etwa Mitte der 80er Jahre wurde eine generelle Abnahme der Globalstrahlung verzeichnet (sog. „Global Dimming“). In der jüngsten Vergangenheit nehmen jedoch die mittleren Strahlungsintensi-täten wieder zu. Man spricht in diesem Zusammenhang vom „Global Brightening“. Aufzeichnungen des Innsbruckers Bewölkungsgrades reichen wie die Sonnenscheindauer bis ins Jahr 1906 zurück. Ab dem Jahr 1971 wurde die Abendbeobachtung um 2 Stunden auf 19 MOZ vorverlegt. Diese Umstellung führte zu einer Diskontinuität der Reihe. Im 30jährigen Mittel (1973-2002) ist der Himmel in Innsbruck zu 67 % von Wolken be-deckt. Die Jahresgänge von Bewölkung und relativer Sonnenscheindauer weisen beide eine doppelte Welle auf. Dies ist nicht verwunderlich, da beide eng miteinander in Verbindung stehen. Die Summe beider Parameter überschreitet meist deutlich die 100 Prozent Marke. Dieses Phänomen dürfte seine Ursache in der Bewölkungsschätzung haben.

81

9 ANHANG

9 ANHANG 9.1 Abbildungen

Abbildung A. 1: Horizontabschirmung, Dach des Meteorologischen Institutes, und Sonnenbahnen für 21. Juni, 21. März bzw. 23. September, und 21. Dezember (Zylinderprojektion) Aus: Reiter (1958)

0,002,004,006,008,00

10,0012,0014,0016,00

Jänner

Februar

März

April

Mai

Juni

Juli

August

September

Oktober

November

DezemberAstronomische SSD

Effektiv mögliche SSD

Maximale SSD

Mittlere SSD

Minimale SSD

Abbildung A. 2: Jahresgang der Sonnenscheindauer (Monatsmittel in Stunden pro Tag) Datenwerte: Mittlere Astronomische, Effektiv mögliche, Maximale, Mittlere und Minimale Sonnenscheindauer

82

9 ANHANG

1500

1550

1600

1650

1700

1750

1800

1850

1900

1950

1906-10 1911-15 1916-20 1921-25 1926-30 1931-33

Stu

nden

Ekhart

Rott

Homogenisiert

Abbildung A. 3: Vergleich der 5jährigen (bzw. 3jähriges) Mittel der Sonnenscheindauer in Stunden der Daten aus Ekhart (1934), Rott (1974a) und Homogenisierter ALOCLIM Daten (Auer et al. 2001)

-1:00

-0:30

0:00

0:30

1:00

1:30


Zeitu

nter

schi

ed (h

:min

)

WSZMOZ

Abbildung A. 4: Zeitdifferenz der effektiv möglichen Sonnenscheindauer vormittags minus nachmittags. Berechnet nach wahrer Sonnenzeit (Mittag: 12.00 WSZ) und nach Mittlerer Ortszeit (Mittag: 12.00 MOZ). Differenz zwischen WSZ und MOZ ergibt sich aus Zeitgleichung. Datenwerte: Tägliche Sonnenaufgangs- und Untergangszeiten nach MEZ für Innsbruck

83

9 ANHANG

a) Jänner

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324Uhr

Min

uten

Sonnblick

Innsbruck

b) April

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 14 1516 17 18 1920 212223 24Uhr

Min

uten

SonnblickInnsbruck

c) Juli

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324

Uhr

Min

uten

SonnblickInnsbruck

d) Oktober

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324Uhr

Min

uten

SonnblickInnsbruck

Abbildung A. 5: Mittlerer Tagesgang der Sonnenscheindauer in Minuten für Innsbruck und Sonnblick nach WSZ in den Monaten a) Jänner, b) April, c) Juli und d) Oktober. Datenwerte: Stundenwerte in Innsbruck, Tagesgang am Sonnblick, 1961 - 1990

84

9 ANHANG

a) Winter

0

5

10

15

20

25

0

1 - 1

0

11 -

20

21 -

30

31 -

40

41 -

50

51 -

60

61 -

70

71 -

80

81 -

90

>= 9

1

[%]

[%]

b) Frühling

0

5

10

15

20

25

0

1 - 1

0

11 -

20

21 -

30

31 -

40

41 -

50

51 -

60

61 -

70

71 -

80

81 -

90

>= 9

1

[%]

[%]

c) Sommer

0

5

10

15

20

25

0

1 - 1

0

11 -

20

21 -

30

31 -

40

41 -

50

51 -

60

61 -

70

71 -

80

81 -

90

>= 9

1

[%]

[%]

d) Herbst

0

5

10

15

20

25

0

1 - 1

0

11 -

20

21 -

30

31 -

40

41 -

50

51 -

60

61 -

70

71 -

80

81 -

90

>= 9

1

[%]

[%]

Abbildung A. 6: Häufigkeitsverteilung (%) der relativen Sonnenscheindauer für die vier Jahreszeiten Datenwerte: Tageswerte der relativen Sonnenscheindauer, 1950 - 2005

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

2300

2400

1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Stun

den

Campbell StokesHänni Solar

Abbildung A. 7: Verlauf der Jahressummen der Sonnenscheindauer vom Campbell Stokes und Hänni Solar Datenwerte: Jahressummen der Sonnenscheindauer, Campbell Stokes 1975 - 2005, Hänni Solar 1987 - 2005

85

9 ANHANG

Jänner

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Uhr (WSZ)

Min

uten

Februar

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23Uhr (WSZ)

Min

uten

März

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Uhr (WSZ)

Min

uten

April

-505

10152025303540

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Uhr

Min

uten

Mai

-505

10152025303540

1 3 5 7 9 11131517192123Uhr

Min

uten

Juni

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23Uhr

Min

uten

Juli

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Uhr

Min

uten

August

-505

10152025303540

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Uhr

Min

uten

Sept

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Uhr

Min

uten

Oktober

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Uhr

Min

uten

November

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Uhr

Min

uten

Dezember

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23Uhr

Min

uten

Abbildung A. 8: Tagesgang der Sonnenscheindauer des Campbell-Stokes Sonnenscheinautograph nach WSZ und des automatisierten Hänni Solar nach MOZ für die einzelnen Monate blaue Linie: Campbell-Stokes, rote Linie: Hänni Solar, gelbe Balken: Differenzen (Hänni minus Campbell-Stokes) Datenwerte: Stundenwerte der Sonnscheindauer Campbell Stokes und Hänni, 1986 - 2005

86

9 ANHANG

a) Jänner

0100200300400500600700

1/24

2/23

3/22

4/21

5/20

6/19

7/18

8/17

9/16

10/15

11/14

12/13

Uhr (MOZ)

[Wm

-2]

Vormittag

Nachmittag

b) April

0100200300400500600700

1/24

2/23

3/22

4/21

5/20

6/19

7/18

8/17

9/16

10/15

11/14

12/13

Uhr (MOZ)

[Wm

-2]

Vormittag

Nachmittag

c) Juli

0100200300400500600700

1/24

2/23

3/22

4/21

5/20

6/19

7/18

8/17

9/16

10/15

11/14

12/13

Uhr (MOZ)

[Wm

-2]

Vormittag

Nachmittag

d) Oktober

0100200300400500600700

1/24

2/23

3/22

4/21

5/20

6/19

7/18

8/17

9/16

10/15

11/14

12/13

Uhr (MOZ)

[Wm

-2]

Vormittag

Nachmittag

e) Jahr

0

100

200

300

400

500

600

700

4/21 5/20 6/19 7/18 8/17 9/16 10/15 11/14 12/13

Uhr (MOZ)

[Wm

-2]

VormittagNachmittag

Abbildung A. 9: Mittlerer Tagesgang der Globalstrahlung in Wm-2 nach MOZ symmetrisch zur Mittagslinie der Monate Jänner a), April b), Juli c), Oktober d) und alle Tage e) Datenwerte: Stundenwerte der Globalstrahlung in Innsbruck, 1970 - 2005

87

9 ANHANG

a) Winter

0

10

20

30

40

50

1 bis 50 51 bis100

101 bis150

151 bis200

201 bis250

251 bis300

301 bis350

350 bis400

[Wm-2]

[%]

b) Frühling

0

10

20

30

40

50

1 bis 50 51 bis100

101 bis150

151 bis200

201 bis250

251 bis300

301 bis350

350 bis400

[Wm-2]

[%]

d) Herbst

0

10

20

30

40

50

1 bis 50 51 bis100

101 bis150

151 bis200

201 bis250

251 bis300

301 bis350

350 bis400

[Wm-2]

[%]

c) Sommer

0

10

20

30

40

50

1 bis50

51 bis100

101 bis150

151 bis200

201 bis250

251 bis300

301 bis350

350 bis400

[Wm-2]

[%]

Abbildung A. 10: Relative Häufigkeitsverteilung der Tageswerte der Globalstrahlung in Wm-2 für die vier Jahreszeiten Winter a), Frühling b), Sommer c) und Herbst d).

Datenwerte: Tageswerte der Globalstrahlung, 1970 – 2005

y = 3E-13x6 - 6E-08x5 + 0,0059x4 - 298,93x3 + 9E+06x2 - 1E+11x + 8E+14

y = -2E-13x6 + 4E-08x5 - 0,0034x4 + 174,5x3 - 5E+06x2 + 8E+10x - 5E+14

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80


[%]

BewölkungRelative SonnenscheindauerPolynomisch (Relative Sonnenscheindauer)Polynomisch (Bewölkung)

Abbildung A. 11: Jahresgang der Tagesmittel von Bewölkung und relativer Sonnenscheindauer (5tägig übergreifend gemittelt) Datenwerte: Tagesmittel der Bewölkung und Tageswerte der relativen Sonnenscheindauer, 1966 - 2005

88

9 ANHANG

a) Winter

05

1015202530

0/10 1/10 2/10 3/10 4/10 5/10 6/10 7/10 8/10 9/1010/10Zehntel

[%]

b) Frühling

05

1015202530

0/10 1/10 2/10 3/10 4/10 5/10 6/10 7/10 8/10 9/10 10/10Zehntel

[%]

c) Sommer

05

1015202530

0/10 1/10 2/10 3/10 4/10 5/10 6/10 7/10 8/10 9/10 10/10Zehntel

[%]

d) Herbst

05

1015202530

0/10 1/10 2/10 3/10 4/10 5/10 6/10 7/10 8/10 9/1010/10Zehntel

[%]

Abbildung A. 12: Relative Häufigkeitsverteilung [%] der Tagesmittel des Bewölkungsgrades in den vier Jahreszeiten Winter a), Frühling b, Sommer c) und Herbst d). Datenwerte: Tagesmittel des Bewölkungsgrades, 1971 – 2005

a) Wintery = -0,0072x2 - 0,2134x + 97,236

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Bewölkung [%]

Rel

. Sda

uer [

%]

Polynomisch (Regressionsgerade) b) Frühlingy = -0,0098x2 + 0,1229x + 93,449

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Bewölkung [%]

Rel

. Sda

uer [

%]


c) Sommery = -0,01x2 + 0,1448x + 92,589

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Bewölkung [%]

Rel

. Sda

uer [

%]

Polynomisch (Regressionsgerade) d) Herbsty = -0,0094x2 + 0,0354x + 95,658

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Bewölkung [%]

Rel

. Sda

uer [

%]


Abbildung A. 13: Korrelationsdiagramm der Bewölkung und der relativen Sonnenscheindauer in Prozent der einzelnen Jahreszeiten a) Winter, b) Frühling, c) Sommer und d) Herbst Datenwerte: Tagesmittel der Bewölkung und Tageswerte der relativen SSD, 1973 - 2002

89

9 ANHANG

y = -0,2937x2 - 5,2923x + 96,671

Korrelationskoeffizient: -0,86

10

20

30

40

50

60

70

80

90

3 4 5 6 7 8 9Bedeckung [Zehntel]

Rel

ativ

e S

onne

nsch

eind

auer

[%]


Abbildung A. 14: Korrelationsdiagramm der Bewölkung und der relativen Sonnenscheindauer in Prozent Datenwerte: Monatsmittel der Bewölkung und Monatswerte der relativen Sonnenscheindauer, 1973 – 2002

100

105

110

115

120

125

130

1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004

[%]

JännerAprilJuliOktoberMittel über alle Monate

Abbildung A. 15: Verlauf der Summe relative Sonnenscheindauer + Bewölkung in Prozent ab dem Jahr 1971 (einheitliche Beobachtungstermine der Bewölkung 7,14,19 Uhr MOZ). Datenwerte: Jahresmittel der relativen Sonnenscheindauer + Bewölkung, 1971 – 2005

90

9 ANHANG

9.2 Tabellen

. . . 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 . . . Uhr

JAN 1,6 15,5 24,4 28,1 29,8 28,9 26,0 10,8 0,1 FEB 3,0 16,0 25,7 30,7 32,7 32,8 32,1 30,0 25,7 10,2 0,1 MÄR 3,2 17,3 26,5 30,9 34,0 34,7 34,5 33,3 31,2 27,3 20,5 4,3 APR 3,0 15,1 23,8 28,9 32,3 33,6 33,4 32,6 31,8 30,3 27,2 23,0 15,7 2,3 MAI 0,7 14,7 23,9 29,1 33,0 35,2 35,6 35,4 34,0 33,2 31,1 27,3 24,1 19,6 6,7 JUN 2,6 15,9 22,8 28,0 32,2 34,0 34,6 34,7 34,0 33,3 31,2 27,0 23,2 19,0 10,4 0,1 JUL 1,6 17,0 25,5 31,4 35,1 36,7 37,6 37,9 37,4 36,3 34,6 30,7 26,8 21,8 8,8 AUG 0,0 7,8 22,4 30,0 35,3 37,8 38,6 38,8 37,8 37,4 35,6 32,0 27,9 20,9 4,9 SEP 0,1 7,3 23,4 32,0 36,7 38,6 39,0 38,7 37,6 36,0 33,0 27,1 12,0 0,3 OKT 0,1 9,4 25,6 32,8 36,5 38,6 38,9 37,9 35,9 32,2 20,6 0,7 NOV 0,0 6,4 19,8 25,8 28,9 30,3 29,7 27,4 17,0 1,4 DEZ 0,2 12,7 22,5 27,0 28,0 27,8 23,1 3,2 0,0 Total 0,41 4,91 10,1 16,4 22,8 29,2 32,7 34,1 34,1 33,3 31 24,4 17,1 9,55 2,81 0,01 Tabelle A. 1: Mittlere monatliche Stundensummen der Sonnenscheindauer in Minuten nach WSZ, 1950 – 2005 fett markiert: Maximale Stundensumme. Anmerkung: „5“ => 4 bis 5 Uhr, „6“ => 5 bis 6 Uhr, usw.

. . . 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 . . . UhrJAN 8,4 21,0 25,2 27,6 28,2 28,2 27,6 25,8 22,2 7,8 FEB 2,4 18,6 23,4 27 28,2 28,8 28,8 28,2 27 24,6 18 2,4 MÄR 9,0 20,4 24,6 28,2 28,8 29,4 28,8 27,6 25,8 22,8 19,8 9,6 APR 6,6 17,4 21,6 24 25,2 24,6 22,8 22,2 21,6 20,4 19,2 16,8 13,8 4,8 MAI 2,4 12,6 21,0 24,6 25,8 25,8 23,4 21,6 21,0 20,4 19,8 18,0 15,6 13,2 9,6 2,4 JUN 7,2 15,6 21,6 24,0 24,6 24,0 22,8 21,6 21,0 21,0 19,2 18,0 15,6 13,8 10,2 4,2 JUL 7,8 21,0 26,4 28,2 28,8 29,4 28,2 27,0 25,8 24,6 22,8 21,0 18,6 15,0 12,0 4,2 AUG 1,2 17,4 27,0 30,0 31,2 30,6 30,0 27,0 25,2 24,0 22,2 20,4 18,6 15,6 9,6 0,6 SEP 3,0 22,8 31,8 33,6 34,2 33,6 31,2 29,4 27,6 25,8 23,4 22,2 14,4 1,2 OKT 7,8 28,8 33,0 35,4 36,0 35,4 34,2 32,4 31,2 30,0 25,2 6,0 NOV 13,8 23,4 26,4 27,6 28,2 28,8 28,2 27 23,4 12,6 DEZ 5,4 19,8 24,0 26,4 27,6 27,6 27,6 25,8 21,6 4,8 Total 1,55 6,35 13,0 21,3 26,1 28,0 28,1 27,4 26,8 25,9 24,4 22,1 16,3 8,65 3,95 0,95 Tabelle A. 2: Mittlerer Tagesgang der Sonnenscheindauer in Minuten am Sonnblick, 1961 - 1990 fett markiert: Maximale Stundensumme

91

9 ANHANG

Hänni Solar Campbell Stokes Differenz

Hänni – Campbell Jänner 109 97 12 Februar 124 117 7 März 166 153 14 April 176 167 9 Mai 213 211 3 Juni 197 199 -2 Juli 219 225 -5 August 218 220 -3 September 180 171 9 Oktober 163 157 6 November 101 95 7 Dezember 85 76 9

Tabelle A. 3: Mittelwerte der Monatssummen in Stunden vom Campbell Stokes Sonnenscheinautograph und Hänni Solar, 1986 - 2005

Jänner April Juli Oktober Campbell Hänni Campbell Hänni Campbell Hänni Campbell Hänni

. . . 5 Uhr 0 0 0 0 1,7 1,5 0 0 6 Uhr 0 0 3,3 5,1 18,1 17,7 0 0 7 Uhr 0 0 15,2 18,4 26,7 26,0 0,1 1,8 8 Uhr 0 0 24,7 25,7 33,2 32,0 10,1 17,5 9 Uhr 1,9 1,9 29,1 30,2 37,5 36,9 25,4 28,3 10 Uhr 16,7 22,8 32,6 33,9 38,6 38,3 32,2 33,9 11 Uhr 28,3 30,6 33,5 35,3 38,9 38,5 36,3 37,4 12 Uhr 31,5 34,2 33,5 34,6 39,3 38,8 38,2 39,2 13 Uhr 33,3 35,4 33,0 33,7 38,5 37,7 38,9 39,8 14 Uhr 32,7 35,0 32,0 33,1 37,2 35,8 37,8 38,1 15 Uhr 30,9 32,7 30,2 31,1 35,8 34,3 35,1 35,2 16 Uhr 12,5 17,4 27,4 27,8 31,8 30,9 30,5 31,0 17 Uhr 0,2 0,7 22,7 24,7 27,4 26,5 18,3 12,7 18 Uhr 0 0 15,4 18,5 22,1 20,7 0,5 0 19 Uhr 0 0 2,1 0,8 7,9 8,8 0 0

. . . Tabelle A. 4: Mittlerer Tagesgang der Sonnenscheindauer in Minuten des Campbell-Stokes nach WSZ und Hänni Solar nach MOZ, 1986 – 2005 Anmerkung: „5 Uhr“ => 4 bis 5 Uhr, „6 Uhr“ => 5 bis 6 Uhr, usw.

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9 ANHANG

. . . 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 . . . UhrJAN 5 37 127 205 256 264 225 154 62 8 FEB 1 27 112 219 310 362 370 328 250 150 50 3 MÄR 1 24 106 225 345 442 494 498 450 359 244 126 30 1 APR 18 88 201 332 456 544 582 571 522 434 320 199 87 15 MAI 8 61 160 292 430 545 619 655 647 589 493 372 253 142 47 5 JUN 16 76 176 303 434 545 620 654 642 593 501 383 267 157 66 13 JUL 10 63 161 292 428 540 617 655 651 596 511 393 271 153 58 10 AUG 1 31 113 236 373 491 573 614 605 556 467 350 223 109 27 1 SEP 5 53 153 284 405 489 525 519 465 377 265 142 44 3 OKT 11 72 177 284 369 412 407 352 265 156 52 4 NOV 15 75 163 231 271 265 223 149 61 8 DEZ 3 29 110 180 220 219 180 110 29 2 Total 3 21 66 143 245 353 434 476 472 424 339 232 134 61 18 3 Tabelle A. 5: Mittlerer Tagesgang der Innsbrucker Globalstrahlung in Wm-² nach MOZ, 1970 – 2005 fett markiert: Maximale Stundensumme

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 JAN 2,6 2,6 -3,1 1,4 1,1 -1,2 -2,5 1,8 0,3 -6,2 FEB 0,9 -2,3 4,2 3,7 1,1 6,9 -2,7 -5,6 5,1 -0,3 MÄR -1,8 1,1 2,0 -1,4 -0,2 -1,9 1,1 -7,1 -5,0 -8,0 APR -6,0 -3,9 2,0 -0,3 -0,4 -0,4 -0,3 -1,8 -10,4 -13,6 MAI 1,6 -11,5 -2,8 18,9 0,1 -1,5 -1,7 -4,9 -7,5 -15,7 JUN 4,0 -8,9 -0,3 1,6 -0,5 4,4 -0,6 -3,6 -6,1 -11,2 JUL 0,1 -4,3 -3,4 -31,8 1,2 1,8 0,1 -3,8 -3,2 -10,4 AUG 1,0 -3,7 -0,5 -2,4 3,5 3,1 1,0 -4,5 -5,7 -10,8 SEP -2,0 -4,3 -2,4 -7,1 -4,3 0,2 -4,7 -6,1 -8,3 -6,9 OKT 2,5 -2,5 -3,1 -1,4 -0,8 -3,8 -3,4 -5,3 -6,8 NOV 2,1 0,0 -3,5 2,0 -1,6 1,9 -0,2 -4,9 -4,6 DEZ 4,2 0,2 -1,3 0,1 -2,9 -0,1 -0,7 -4,5 -14,1

Tabelle A. 6: Differenz der Monatsmittel der Globalstrahlung Flughafen minus Universität Innsbruck in Wm-2, 1996 - 2005

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Literaturverzeichnis

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Danksagung Dank zum Gelingen dieser Diplomarbeit gebührt vielen Menschen. An erster Stelle möchte ich meinen Eltern danken, die mir diesen Ausbildungsweg erst ermöglicht haben und auf deren Unterstützung ich mich im gesamten Studium verlassen konnte. Danke Tata, Danke Mama. Ein Dankeschön gilt Herrn Dr. Friedl Obleitner, der sich für die Betreuung meiner Diplomarbeit verantwortlich gezeichnet hat und durch zahlreiche Ratschläge zur Verbesserung der Arbeit beigetragen hat. Besonderen Dank aussprechen möchte ich Herrn Dr. Ekkehard Dreiseitl für die ausgezeichnete und engagierte Unterstützung bei jeglicher Art von Fragen und Problemstellungen. An dieser Stelle möchte ich auch Herrn Dr. Michael Kuhn für die Durchsicht dieser Arbeit danken.

Einen speziellen Dank an die Kollegen des 9. Stockes, welche mein Wissen in der synop-tischen Meteorologie durch unzählige Gespräche und Special WB’s gesteigert haben. Zum Abschluss möchte ich mich noch bei allen Personen bedanken, die mich während der letzten fünf Studienjahre begleitet haben und Freunde wurden.

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Lebenslauf Dieter Peterlin

St. Josef am See 32B I – 39052 Kaltern (BZ) Geboren am 05. 07. 1982 in Bozen Vater: Helmuth Peterlin, 60, Gastwirt Mutter: Maria Peterlin, geb. Morandell, 57, Gastwirtin Bruder: Klaus, 28, Netzwerkadministrator BILDUNGSWEG

1988 – 1993 Volksschule, Kaltern 1993 – 1996 Mittelschule „P. A. Sepp von Seppenburg“, Kaltern 1996 – 2001 Handelsoberschule „Robert Gasteiner“, Auer Oktober 2001 Beginn des Diplomstudiums „Meteorologie und Geophysik“

Leopold Franzens Universität Innsbruck

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