Ambach, W.

Markl, G.

German

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Polarforschung 53 (1): 11-16, 1983Messungen der direkten Sonnenstrahlungund der atmosphärischen Trübung amGrönländischen Inlandeis,Station Carrefour, 1850 mVon G. Markl und W. Ambach *Zusammenfassung: Während der Internationalen Glaziologischen Grönlandcxpedition 1967 wurden Messungen der direkten Sonnenstrati-Jung unter Verwendung der Filter OGI und RG2 durchgeführt. Der Angströmsche Trübungskoeffizient (3pIGY lind der projizierte Trü-bungsfaktor der Gesamtstrahlung T p nach Linke, beide bestimmt aus Tabellen des IGY-Instruction Manual (1958), werden einem nachKUHN (1971) berechneten Angströmschen Trübungskoeffizienten gegenübergestellt. Der nach KUHN (197 I) berechnete Trübungskoeffi-zient liegt geringfügig unter den aus den Tabellen interpolierten Werten. Während der projizierte Trübungsfaktor der Gesamtstrahlung T peine deutliche Abhängigkeit von der optischen Luftmasse zeigt, ergibt sich für den Angströmschen Trübungskoeffizienten nach beiden Me-thoden kein signifikanter Tagesgang.Summary: During the International Glaciological Greenland Expedition 1967, measurements of the dircct solar radiation were carried outusing the filters OG 1 and RG2. The extrapolated Angström turbidity coefficient ßpIQY and the cxtrapolated Linke turbidit y Iactor T p. bothdetermined according to thc IGY Instruction Manual (1958), were related to the Angstrom turbidity coefficicnt calculated after KUHN(1971). The values of the Angströtn turbidity coeff'icicnt after KUHN (1971) are slightly lowcr than thosc obtained from the IGY -InstructionManual. The cxtrapolated Linke turbidity factor Tp shows a significant dependence upon the optical air mass. whereas no diurnal variationwas obtaineel for the Angstrom turbiclity coefflcieiu ß anel ßpIGY.1. EINLEITUNG1m Rahmen der Internationalen Glaziologischen Grönlandexpedition 1967 (EGIG 11)wurden an der Sta-tion Carrefour umfangreiche Messungen der direkten Sonnenstrahlung und der atmosphärischen Trü-bung durchgeführt. Die Meßstelle Carrefour liegt in 1850 m Höhe und bei 'P = 69 049' 25"N und A =4r 25' 57"W. Die Messungen erstreckten sich vom 24. 05. 1967 bis zum 24.07. 1967, an zehn Tagenwurden insgesamt über 500 Einzelmessungen der direkten Sonnenstrahlung durchgeführt. Das Ziel dervorliegenden Arbeit ist die Ermittlung der atmosphärischen Trübung aus den durchgeführten Aktinome-termessungen unter Verwendung verschiedener Trübungsmaße.Messungen der atmosphärischen Trübung wurden in den letzten Jahrzehnten mit der Absicht durchge-führt, die Veränderung der atmosphärischen Kontamination und deren Auswirkung auf das Klima ge-nauer zu erfassen. In diesem Zusammenhang bieten Messungen der atmosphärischen Trübung in Polar-gebieten besonders wertvolle Hinweise, weil anzunehmen ist, daß sie von lokalen industriellen Emissio-nen wenig beeinflußt ist. Aus diesem Grund liefern die im Jahre 1967 durchgeführten Messungen der di-rekten Sonnenstrahlung einen Beitrag zu dieser Fragestellung.Die Messung der einzelnen Komponenten der direkten Sonnenstrahlung erfolgte mittels eines Panzerakti-nometers Linke-Feußner GIO-I09 mit den Filtern OGI und RG2. Die Meßeinheit, bestehend aus Aktino-meter und Registriergerät (Zeigermillivoltmeter), wurde am Institut für Meteorologie und Geophysik derUniversität Innsbruck vor und nach der Expedition mit dem Michelson-Marten-Bimetallaktinometer Nr.346 geeicht. Dieses Gerät wurde wiederum 1956 am Physikalisch-Meteorologischen Observatorium Da-vos an das Original Michelson-Marten-Bimetallaktinometer Nr. 5100 angeschlossen. Ebenso wurden dortdie Filterfaktoren der verwendeten Filter bestimmt. Die Empfindlichkeit für das Panzeraktinometer G 10-'* Gcrhard Markl, Institut für Meteorologie und Geophysik der Universität, Schöpfsir. 41, A-6020 InnsbruckProf. Dr. Waltor Ambach, Institut Für Medizinische Physik der Universität. Müllerstr , 44, A-6020 Innsbruck11600Wm- 2800'.'600800Wm-r=2__--+-__f--_---+-__-+-__+-_-+__----,1000--~------$1--..!''lo••__.. ~ _...': '. ':::~~-:~:.::::::. '. ,............Fig. I: Dcpendence of the radiation fluxesJ, J{O(1) and J(RG2) upon the optical airmass.Abb. I: Abhängigkeit der StrahlungsströmeJ, .J(OGI) und J(RG2) VOll der optischenLuftmasse ..... ·r 60 0. .-0',-400sm400, -l600..: 40065480016001SOOt .600 ~~1,"~':1~_:J:~~::::.:,.::,'.... '.'..... . , .400 • "-'--L'_I1 3109 und Anzeigegerät beträgt So 1,26 mV J -lern -2min -I bei O°C mit einer Temperaturabhängigkeit von0,28070 pro Grad Celsius, der Filterfaktor für das Filter OGI beträgt 1.102 und für das Filter RG2 1_093.2. AUSWERTUNG UND ERGEBNISSEAbb. I gibt in halblogarithmischer Darstellung die Abhängigkeit der einzelnen auf mittleren Sonnenab-stand reduzierten Strahlungsströme J (gesamt), J (OG I) und J (RG2) von der optischen Luftmasse wie-der. Deutlich erkennt man zwei Gruppen von Meßwerten, wobei die kleineren Werte der Strahlungsströ-me den Messungen im Mai 1967 zuzuordnen sind. Die Messungen im Mai sind durch bodennahe Schnee-drift gestört und ergeben deshalb, obwohl mit freiem Auge keine Trübung der Luft durch Schneekristallefeststcllbar war, etwas niedrigere Werte. FÜr Vergleiche der von uns gemessenen Werte mit denen andererAutoren sind daher die im oberen Bereich liegenden Meßwerte heranzuziehen, die aus ungestörten Meß-serten im J uni und Juli 1967 stammen.Durch Differenzbildung der in Abb. 1 wiedergegebenen Werte erhält man die Kurzstrahlung (A < 0,63 po),die Blaustrahlung (A < 0,52/L) und die Differenzstrahlung (0,52/L < A < 0,63/L). Die lntensitäten dieserdrei Strahlungsströme sind in Abb. 2 gegen die optische Luftmasse dargestellt.Abb. 2; Abhängigkeit der Kurzstrahlung.1-.1 (RG2l. der Blaustrahlung .1-.1 (OG Il undder Differenzstrahlung J (OG!) - .I (RG2)von der optischen Luftmasse.Fig. 2: Dependence of rhc radiarion tluxes.1-.1 (RG2). J (OGI) and thc differenceJ (OGI) - J (RG2) upon the optical airrnass.8m7. ,• I• 0 0 ••65432~- ." .,,":. f':'{ 0.:" ..... '. _•••••• ~.' -:"... • 0, .', ",JOG1-JRG2 •• :0 ••.•.••.•••.•5050100200100Die Verschiebung des Maximums der spektralen Intensität zu größeren Wellenlängen mit größerer opti-scher luftmasse wird durch das Rotverhältnis ausgedrückt. wobei als Maß das Verhältnis der Strahlungs-Wm· 2,---__-+-__-+-__--+ f--__-+-__-+-__---,500121.0.62 3 4 5:::' : r-0°.0 0• :.0' I6o' :7 8mAbb. 3: Abhängigkeit der Quotienten derStrahlungsströme J (OG 1)/ J und J (RG2)/Jvon der optischen Luftmasse .Fig. 3: Dependence of the ratio J (OGI)/]and J (RG2)1J upon thc optical air mass.ströme J(RG2)/ J und J(OG 1)/J verwendet werden kann. Abb. 3 zeigt die Zunahme des Rotverhältnissesmit zunehmender optischer Luftmasse, berechnet für die oben erwähnten Strahlungsströme.Zur Darstellung eines Tagesganges der einzelnen Strahlungsströme und der Trübungsgrößen wurde inAbb. 4 die Meßserie vom 24. 07. 1967 herangezogen. Dieser Tag wurde gewählt, weil einerseits über eingroßes Zeitintervall eine geschlossene Meßserie vorliegt und andererseits an diesem Tag keine Störungdurch Schneedrift auftrat. Vorwegnehmend wird gezeigt, daß die Trübungsmaße (3, ßpIC;Y und B keinenTagesgang, hingegen das Trübungsmaß T p einen signifikanten virtuellen Tagesgang aufweisen.Berechnung der TrübungsntaßeDer druckkorrigierte Angstromsehe Trübungskoeffizient ßpIC;Y und der projizierte Trübungsfaktor derGesamtstrahlung nach Linke TI' wurde nach den Formeln und Tabellen des lGY-lnstruction Manual(1958) berechnet.Abb. 4: Tagesgang der Einzelwerte derStrahtungsströme J, J (OG!) und J (RG2),der Quotienten der StrahlupgsströrneJ(OGI)!J und J(RG2)/J, des Angström-sehen Trübungskoeffizienten ß und des nachTabellen des IGY-Instruction Manual (1958)druckkorrigierten Ängströmschen Trü-bungskoeffizienten ßpIGY sowie des proji-zierten Trübungsfaktors der Gesamtstrah-lung Tp nach Linke .Ftg, 4: Diurnal variations of the radiationfluxes J, J (OGI) and J (RG2), of the ratiosJ (OGI)!J and J (RG2)!J, and of Angströmturbidity coefficient ßand Ängströrn turbidi-ty coefficient ßpIGY corrected according toIGU-Instruction Manual (1958), as weIl asthe extrapolated Linke turbidity factor Tp-2010080.6ß·1033010-,................................... ...... ..... ..6 9 12 15 18 TSTß/ PKW*•... * ** **** *********1.. ** * * t.** * * *. *.* * **** * *•.~..*. . .. .. .t**:* *.....3600400Ferner wurde der Ängströmsche Trübungskoeffizient ß (ÄNGSTRÖM 1961) nach einer von KUHN(1971) publizierten Anleitung ermittelt. Dieser Berechnung liegt die von LABS & NECKEL (1968) veröf-fentlichte extraterrestrische Spektralverteilung zugrunde. Die Werte für die Gesamtozonschicht wurdeneiner Tabelle von VALKO (1962) entnommen, das niederschlagbare Wasser nach der HANNschen For-mel (1915) berechnet, und der aktuelle Stationsdruck wurde verwendet. FÜr den Wellenlängenexponentenwurde als konstanter Wert cx = 1,3 eingesetzt. Der so berechnete Trübungskoeffizient ß ist mit dem nachdem IGY Instruction Manual (1958) ermittelten Wert des druck korrigierten Trübungskoeffizienten ßp IG Yunmittelhar vergleichbar. Ebenso wurde der Schüeppsche Trübungskoeffizient B nach der von KUHNWm- 2r---~--~--~--~-----'---l1000800Tp2.52.015-L,---~----.--~---r---~13· ..Abb. 5: Abhängigkeit des AngstromsehenTrübungskoeffizienten ß und des projizier-ten Trübungsfaktors der GesamtstrahlungTp nach Linke von der optischen Luftmasse.Fig. 5: Dependencc 01' thc Angström tur-bidity coefficient ßand the cxtrapolated Lin-ke turbidity factor Tp upon the optical airmass.Sm65,..4322.22.62.0\-----+---+-----+---+------+------+-----1Tp2.8(1971) gegebenen Anleitung berechnet, wobei auch hier für den Wellenlängenexponenten 0' der konstanteWert 1,3 vorgegeben wurde.Eine Bestimmung des Wellenlängenexponenten 0' ist bei geringen Trübungswerten, wie sie in polaren Ge-bieten vorkommen, mit einer großen Streuung verbunden, so daß eine Berechnung des Wellenlängenex-ponenten 0' nicht vorgenommen wurde. In Abb. 7 sind die Werte von ß gegen die Werte von B dargestellt.Es ergibt sich eine strenge lineare Beziehung mit dem Quotienten BIß = 1,08. Durch die Berechnung desSchüeppschen Trübungskoeffizienten B (SCHÜEPP 1949) erhält man in diesem Fall keine wesentlichezusätzliche Information gegenüber dem Ängströmschen Trübungskoeffizienten ß, weil für beide Trü-bungsmaße derselbe Wellenlängenexponent verwendet wurde. Der Schüeppsche Trübungskoeffizient Bwurde hier nur berechnet, um einen Vergleich mit Ergebnissen anderer Autoren zu ermöglichen. Bei-spielsweise wurde von KUHN (1971) in der Antarktis (Plateau Station) ein Wellenlängenexponent 0' fest-gestellt, der im Tagesgang zwischen den Werten I und 3 schwankt. Die Werte von B zeigen im Verlauf desantarktischen Sommers leicht ansteigende Tendenz von 15.10- 3 bis 25.10. -3 (KUHN 1971, Tab. 33). Diein Station Carrefour gemessenen Werte des Schüeppschen Trübungskoeffizienten B ergeben die gleicheGrößenordnung.Abb. 5 enthält die Abhängigkeit des Ängströmschen Trübungskoeffizienten ß und des projizierten Trü-bungsfaktors nach Linke T p von der optischen Luftmasse. Bei beiden Trübungsmaßen sind 2 Wertegrup-pen erkennbar, wobei die Wertegruppe mit höherer Trübung durch bodennahe Schneedrift beeinflußt ist.Außerdem ist deutlich ersichtlich, daß der Trübungskoeffizient ß nicht wesentlich von der Luftmasse ab-hängt, hingegen der projizierte Trübungsfaktor nach Linke Tp eine starke Abhängigkeit von der Luft-80,---~-~-~-~-~--~-~-~-~---,ß10 36040Abb. 6: Zusammenhang zwischen demAngströmschen Trübungskoeffizienten ßund dem projizierten Trübungsfaktor derGesamtstrahlung Tp nach Linke.Fig. 6: Relation between the Angstrom tur-bidity coefficient ß and thc extrapolated Lin-ke turbidity factor Tp-1480B ;',60-:C') 40$2eil /20oAbb. 7: Zusammenhang zwischen dem Angströmschen Trü-bungskoeffizienten ß und dem Schüeppschcn Trübungskoeffi-zienten B sowie dem nach den Tabellen des IGY-Instruction Ma-nual (1958) bestimmten druck korrigierten Angströmschen TrÜ-bungskoeffizientcn ßpIGY'Fig. 7: Relation betwcen the Angstrom turbidity coefficicnt ßand the Schüepp turbidity coeff'icient B, both determined afterKUHN (1971), als weil as the extrapolated Angstrom turbiditycoefficient ßpIGY after thc IGY-Instruction Manual (1958).604020O+--~-~-~-~-~-~-~--jo206080C')$2>-~ 400-e::masse zeigt. Bei kleinen Luftmassen nimmt Tp einen relativ hohen Wert, bei großen Luftmassen einen re-lativ niederen Wert an, wodurch ein virtueller Tagesgang vorgetäuscht wird.Eine Gegenüberstellung der Werte des Ängströmschcn Trübungskoeffizienten (3 und des projizierten Trü-bungsfaktors nach Linke T p in Abb. 6 zeigt, daß wegen der schlechten Korrelation der projizierte Trü-bungsfaktor Tp als Trübungsmaß weit weniger geeignet ist als der Ängströmsche Trübungskoeffizient (3.In Abb. 7 sind die Werte von (3 gegen die von (3pIGY aufgetragen, wobei die Werte von (3pIGY etwas überdenen von (3 liegen. Der Unterschied zwischen beiden Trübungsmaßen wird mit zunehmender Trübunggeringer. Eine Gegenüberstellung der Werte von (3 und (3pIGY erfolgt auch in Abb. 8 in Form eines Histo-25~ ß 5ur 4~ I i n -o~';;: JJ15J ll~! Cl~l"~ 0ffi ::;: 30 "i5 ! ~1~J~li I '1~125ur~~15 ;;:ffi0~I0:N55 15 25ßp ,Gy 65-oJJ 40::;:z 3-;245 55 65 '10 3Abb. 8: Histogramm des Angströmschen Trübungskoeffizien-ten ß und des nach den Tabellen des IGY -Instruction Manual(1958) bestimmten druck korrigierten Ängströmschen Trübungs-koeffizienten ßpIGY'Fig. 8: Histogram of the values of the Angström turbidity co-efficicnt ß and the extrapoiated Angsttörn turbidity coefficientPpIGY after the IGY-Instruction Manual (1958),15gramms. Unter Vernachlässigung der durch bodennahe Schneedrift gestörten Werte von 30.10 -3< (3 <60.10 -3 ergibt sich als Mittelwert für ß = 0,019 und für (j"PIGY = 0,022. Ein Vergleich des Trübungskoef-fizienten (3pIGY für die 2 Meßperioden EGIG I (1959) und EGIG II (1967) wurde bereits von AM BACH &MARKL (1981) durchgeführt.3. SCHLUSSFOLGERUNGENDas Auftreten eines virtuellen Tagesganges des Trübungsfaktors der Gesamtstrahlung nach Linke zeigt,daß dieser auch bei geringen atmosphärischen Trübungen, wie sie in Polargebieten vorherrschen, kein be-friedigendes Trübungsmaß ist. Die Angströmschen Trübungskoeffizienten, berechnet nach IGY-Instruction Manual (1958) und in verbesserter Form nach KUHN (1972), ergeben mit festem Wellenlän-genexponenten oe = 1,3 keinen virtuellen Tagesgang. Der Unterschied zwischen den so berechnetenÄngströmschen Trübungskoeffizienten (3IGY und (3 ist mit /:,.(3 = 0,003 im Vergleich mit unberücksichtig-ten Einflüssen bei der Messung und Auswertung (z. B. Temperaturabhängigkeit des Fiiterfaktors) uner-heblich. Bei Annahme eines festen Wellenlängenexponenten oe zur Berechnung der Trübungsgrößen wirdjedoch auf eine tiefere Einsicht in die atmosphärische Trübung verzichtet.Die Teilnahme an der Internationalen Glaziologischen Grönlandexpedition wurde durch die finanzielleUnterstützung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, Wien, ermöglicht, wofür an dieserStelle gebührend gedankt wird.Li t e rat u rAm b ach, \V. & G. M a r k I (1981): Messungen der atmosphärischen Trübung am Grönländischen Inlandeis während der Internatio-nalen Glaziologischen Gränlandexpedition 1959 und 1967. - Polarforschung 51 (2): 129-137.A. n g s t r Ö 111, A. (1961): Techniques of dctermining the turbidity of the atmosphere. - Tellus 13: 214-223.Ha n 11, J. (31915): Die Abnahme des Wasserdampfes der Atmosphäre mit der Sechöhe. - Lehrbuch der Meteorologie, 227-234, Leip-zig.IGY Instruction Manual, Part VI (1958): Radiation instruments and measurements. - Radiation Comrn. of the IAMAP, LondonKuh n, M. (1971): Messungen und Analyse der spektralen Transparenz der ostantarktischen Atmosphäre. - Unveröff. Diss., Univ. Inns-bruck.Kuh n, M. (1972): Die spektrale Transparenz der antarktischen Atmosphäre, Teil H, Meßergebnisse und Analysen. - Arch. Met. Geoph.Biokl. Sero B, 20: 299-344.Lab s, D. & H. Ne c k e I (1968): The radiation of the solar photosphere Irom 2000 A to WOtt. - Z. Astrophys. 69: 1-73.Sc h ü e p p, W. (1949): Die Bestimmung der Komponenten der atmosphärischen Trübung aus Aktinometermessungen. - Arch. Met.Geoph. Biokl. Sero B. 1: 257-346.Val k 0, P. (1962): Vereinfachtes Auswerteverfahren für die Schüeppsche Methode zur Bestimmung der atmosphärischen Trübung.Arch. Met. Geoph. Biokl. Scr. B, 11: 75-107.16

Messungen der direkten Sonnenstrahlung und der atmosphärischen Trübung am Grönländischen Inlandeis, Station Carrefour, 1850 m

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