Sonnenschein
Als Sonnenschein wird zweierlei bezeichnet: der Lichtschein der Sonne (also die Wirkung der Sonnenstrahlen auf die Erde), und eine Wetterlage mit geringer oder keiner Bewölkung. Sonnenschein herrscht, wenn die zwischen Sonnenauf- und Untergang – also bei Tag – von der Sonne kommenden Lichtstrahlen die Erdoberfläche erreichen.
Physikalisch-biologische Aspekte
Wird die Sonne während des Tages durch Wolken oder andere Objekte verdeckt, so werfen diese einen Schatten auf die Erdoberfläche. In den beschatteten Gebieten herrscht aber keineswegs Dunkelheit, weil es auch dort zu diffuser Reflexion in der Atmosphäre kommt. Je höher und klarer die Luft ist, desto mehr unterscheidet sich aber die Himmelshelligkeit bei sonnigem Wetter und bei Bewölkung. Auch deshalb wirken nahende Gewitterwolken im Gebirge bedrohlicher als anderswo. Auch in der Nacht herrscht keine völlige Dunkelheit, so bildet das Licht des Mondes den Mondschein.
Unser Auge passt sich der Helligkeit der Umgebung so gut an, dass es uns nur selten bewusst wird. Physikalisch bemerkbar ist dies aber an der Iris, die bei Sonnenschein eine viel geringere Öffnung zeigt, als bei Bewölkung. Dieses in der Natur vielfach zu beobachtende Prinzip (sogar an Spaltöffnungen der Pflanzen) ist auch bei der Belichtungs-Automatik von Fotoapparaten realisiert, die die bei Sonnenschein große Lichtmenge entweder durch eine kleinere Blende oder eine kürzere Verschluss- bzw. Belichtungszeit verringern.
Sonnenschein und Sonnenenergie
Unter Globalstrahlung versteht man die pro waagerechte Fläche eintreffende gesamte Strahlungsleistung der Sonne in W/m2. Sie setzt sich aus direkter Sonneneinstrahlung und diffus an Wolken und Lufthülle gestreuter Strahlung zusammen und wird mit einem Pyrheliometer gemessen.
Im Weltall beträgt die ungedämpfte Strahlungsleistung 1367 Watt pro Quadratmeter und wird Solarkonstante genannt. Auf die Erdoberfläche gelangt davon nur ein Bruchteil. Gründe dafür sind Verluste aufgrund des schrägen Einfallswinkels und der Erdatmosphäre (Lufthülle sowie ggf. Bewölkung).
Für Deutschland ergibt sich ein über Tag und Nacht, Sonnenschein/Bewölkung und geografische Breite gemittelter Wert von 110 W/m². Bei Sonnenschein ist dieser Wert am höchsten.
- Sonnenschein, klarer bis leicht diffuser Himmel
- Sommer: 600–1000 W/m²
- Winter: 300–500 W/m²
- Sonnenschein bei leichter bis mittlerer Bewölkung
- Sommer: 300–600 W/m²
- Winter: 150–300 W/m²
- stark bewölkt bis nebelig-trüb
- Sommer: 100–300 W/m²
- Winter: 50–150 W/m².[1]
Für Österreich liegen die Werte um 10–14 Prozent darüber. Einerseits ist die mittlere Sonnenscheindauer um 6 % höher[2], andererseits fällt die Strahlung um etwa 4° steiler ein.
Die meisten Pflanzen benutzen die Energie der Sonnenstrahlung zur Photosynthese, indem sie den Energiebedarf chemischer Synthesen durch Absorption von Licht decken. Von jeher nutzt auch der Mensch die Sonnenenergie, etwa in der vom Klima geprägten Bauart seiner Gebäude, bei der Bereitung von Warmwasser (dunkle Behälter) oder der Kühlung durch Verdunstung. In den letzten Jahrzehnten hat sich eine spezielle Solartechnik etabliert, die Wandlung der Sonnenenergie in Wärme durch sogenannte Sonnenkollektoren (siehe Solarthermie). Demgegenüber arbeitet die Photovoltaik durch ihre direkte Umwandlung in elektrische Energie (siehe Solarstrom).
Sonnenscheindauer
In den Geowissenschaften wird oft mit einer theoretischen Zeitdauer gerechnet, in der eine wolkenlose und ungetrübt klare Atmosphäre, ungehindert von Bergen am Horizont, an einem bestimmten Ort Sonnenschein ermöglicht. Sie wird als theoretische oder astronomische Sonnenscheindauer bezeichnet und hängt vom Breitengrad und der Jahreszeit ab (siehe auch Sonnenstand). An Standorten im Gebirge oder Hügelland wird sie durch den Landschaftshorizont verkürzt. Die allfällige Abschattung durch Gebäude wird hingegen nicht in den Wert eingerechnet.
Die tatsächliche Sonnenscheindauer ist jedoch wesentlich kürzer und hängt entscheidend von der Klimazone ab. Großteils sind es Wolken, die den Sonnenschein verhindern, doch auch andere Ursachen wie Smog können dazu beitragen, dass das Sonnenlicht die Erdoberfläche nur gedämpft erreicht. Des Weiteren können Sandstürme oder die bei Vulkanausbrüchen in die Atmosphäre geschleuderten vulkanische Aschen die Sonnenstrahlung dämpfen.
Die Sonnenscheindauer dient der näherungsweisen Abschätzung der Einstrahlung an einem bestimmten Ort und gibt gleichzeitig Hinweise auf Zeit und Stärke der Bewölkung. Die tatsächliche Sonnenscheindauer ist als die Zeitspanne definiert, während der die direkte Sonnenstrahlung senkrecht zur Sonnenrichtung mindestens 120 W/m2 beträgt.[3]
Die effektiv mögliche Sonnenscheindauer wird durch Landschaftshorizonte verkürzt, sodass die Sonnenscheindauer im Dezember in gewissen Tälern im Gebirge sogar Null betragen kann.
Die relative Sonnenscheindauer beschreibt den Anteil der tatsächlichen an der effektiv möglichen Sonnenscheindauer in Prozent. Durch sie kann man Sonnenscheinverhältnisse verschiedener Gebiete vergleichen.
Sonnenscheindauer in Deutschland
Die durchschnittliche jährliche Sonnenscheindauer liegt in Deutschland je nach Ort zwischen 1300 und 1900 Stunden pro Jahr. Der Mittelwert sind ca. 1550 Stunden Sonnenschein pro Jahr.[4]
- Höchste jährliche Sonnenscheindauer: 2329 Stunden im Jahr 1959 auf dem Klippeneck am südlichen Rand der Schwäbischen Alb (973 m)
- Geringste jährliche Sonnenscheindauer: 936,7 Stunden im Jahr 1912 in Münster
- Höchste monatliche Sonnenscheindauer: 402,5 Stunden im Juli 1994, Kap Arkona/Rügen
- Geringste monatliche Sonnenscheindauer: 1,2 Stunden im Dezember 1993 in Lüdenscheid (Zeppelin-Gymnasium)
Statistisch nimmt auf den meisten Kontinenten die Sonnenscheindauer mit abnehmender geografischer Breite zu. Ausnahmen sind die Tropen und teilweise die Polargebiete. Bereits in Österreich liegt die Sonnenscheindauer im Durchschnitt um etwa zehn Prozent höher als in Deutschland.
Messverfahren
Das bis um etwa 2000 gängigste Messgerät für die Sonnenscheindauer ist der Sonnenscheinautograph nach Campbell-Stokes. Bei diesem Gerät werden die Sonnenstrahlen durch eine kugelige Glaslinse gebündelt, sodass sie in einen dunklen, skalierten Papierstreifen eine Spur einbrennen. Aus der Länge dieser Brennspur lässt sich die Sonnenscheindauer bis auf eine zehntel Stunde genau ablesen. Die Streifen werden täglich gewechselt.
Heutzutage werden auch photoelektrische Sensoren (Pyranometer) für die Sonnenscheindauer-Messung eingesetzt. Die Sensoren messen die Sonnenscheindauer indirekt. Sie messen die Bestrahlungsstärke; wenn diese den international festgelegten Grenzwert von 120 W/m2 überschreitet, wird Sonnenschein angenommen und ein Signal ausgegeben.
Insgesamt nehmen in Deutschland u. a. rund 300 Stationen (Stand 2016[5]) des Deutschen Wetterdienstes Sonnenscheinmessungen vor. An ausgewählten Stationen, den sogenannten 'Klimareferenzstationen', hat der DWD durch Parallelbetrieb von Messgeräten den Effekt des Übergangs vom Campbell-Stokes-Verfahren zu automatischen Messverfahren untersucht.[6]
Weblinks
Einzelnachweise
- Koblin, Wolfram et al., Handbuch Passive Nutzung der Sonnenenergie, Ministerium für Raumordnung, Bauwesen und Städtebau, Bonn (1984)
- H.M.S.O.: Tables of Temperature, Humidity and Sunshine für the World, Vol.III (Europe), London 1972
- Info bei Thiesclima.com
- Zeitreihen des Deutschen Wetterdienstes, als txt
- Kaspar, F.; Mächel, H.: Beobachtung von Klima und Klimawandel in Mitteleuropa und Deutschland, Kapitel 3 in: Klimawandel in Deutschland, Seite 17–26, ISBN 978-3-662-50397-3, doi:10.1007/978-3-662-50397-3_3, Springer, Berlin Heidelberg 2016. PDF über link.springer.com
- Hannak, L., Friedrich, K., Imbery, F., Kaspar, F.: Comparison of manual and automatic daily sunshine duration measurements at German climate reference stations, Adv. Sci. Res., 16, 175–183, doi:10.5194/asr-16-175-2019, 2019.