Einleitung

Professor Carl Dorno (Gründer des PMOD im Jahr 1907), dessen Hauptinteresse der Sonnenstrahlung und ihrem Zusammenhang mit bioklimatologischen Effekten galt, untersuchte bereits in seinen frühen Jahren in Davos den sehr kurzwelligen Teil der direkten Sonnenstrahlung. Spektral aufgelöste Messungen wurden zunächst mit photochemischen und photometrischen Methoden durchgeführt. Zu Ehren seiner Arbeit wurde die kürzeste bis zur Erdoberfläche eindringende Sonnenstrahlung als „Dornostrahlung“ bekannt, der spektrale Teil, der heute als solare UV-B-Strahlung bezeichnet wird. Dorno war ein starker Befürworter des „Cadmiumzell“, das von 1916 bis in die 1930er Jahre in Davos routinemäßig für spektral integrierte UV-Messungen eingesetzt wurde. Aus diesen Messungen wurde unter anderem die große Sonnenhöhe (saisonale Abhängigkeit) und Höhenabhängigkeit der solaren UV-Strahlung abgeleitet.

Dr. Paul Bener führte zwischen 1954 und 1976 intensive Untersuchungen des UV-Strahlungsfeldes durch. Seine spektrophotometrischen Messungen der direkten, diffusen und globalen UV-Strahlung in Davos, Weissfluhgipfel und Basel ermöglichten es ihm, den UV-Anteil der Sonnenstrahlung hinsichtlich zu untersuchen abhängig von Sonnenhöhe, Höhe, Ozonmenge und Wolkeneinfluss. Bener führte außerdem umfangreiche UV-Berechnungen durch, um in Regionen zu extrapolieren, in denen Messungen aus technischen oder logistischen Gründen nicht durchgeführt werden konnten. Es mussten Annahmen getroffen werden, um ein Gesamtbild für eine globale UV-Klimatologie abzudecken. Beners Untersuchungen wurden in zahlreichen Berichten und Publikationen veröffentlicht.

Von 1975 bis 1985 war Davos eine von 14 Stationen des weltweiten UV-Netzwerks, das von der Temple University School of Medicine (Philadelphia, PA, USA) unterhalten wurde. An diesen Stationen wurden Robertson-Berger-Breitband-UV-Biometer vom Typ 500 eingesetzt, die über das Erythem-Wirkungsspektrum der menschlichen Haut integrieren. Leider wurde das Netzwerk wegen fehlender Finanzierung eingestellt.

Messungen und Forschungsaktivitäten von 1993 bis 2005

Breitband

Die UV-Breitbandmessungen wurden 1993 mit UV-Biometern von Solar Light wieder aufgenommen, die die UV-Strahlung auf das Erythem-Wirkungsspektrum der menschlichen Haut gewichten und daher überwiegend UV-B-Strahlung messen. Langzeitmessungen der direkten solaren und diffusen Himmelskomponenten zeigten positive Ergebnisse hinsichtlich der Genauigkeit breitbandiger UV-Messungen und des Verständnisses des Strahlungsfeldes. Die direkte Strahlung wurde mit einem Vollbildwinkel von 8° gemessen, während das Gerät zur Messung der diffusen Strahlung eine die Sonne abdeckende Schattierungsscheibe hatte, ebenfalls mit einem Vollbildwinkel von 8°. Zur Redundanz und Qualitätskontrolle der Messungen wurde zusätzlich ein UV-Biometer zur Messung der Globalstrahlung eingesetzt. Die UV-A-Strahlung wurde separat mit einem Global Solar Light UV-A-Bandpassinstrument gemessen.

Die Kalibrierung wurde durch den regelmäßigen Vergleich der UV-Biometer mit dem SWISS-Referenzinstrument unter Verwendung der Sonne als Quelle aufrechterhalten. Das SWISS-Referenzinstrument nahm am WMO/STUK-Ringvergleich 1995 in Helsinki teil und wurde regelmäßig mit Spektroradiometern verglichen.

Obwohl diese Instrumente nicht genau genug waren, um langfristige Trends zu messen, waren sie gut geeignet, eine UV-Klimatologie zu erstellen und die notwendigen Informationen für UV-Vorhersagen und -Warnungen bereitzustellen.

Schmalband

In Anlehnung an die lange Tradition der Sonnenphotometrie am PMOD/WRC wurden die filterradiometrischen Techniken auf den UV-Bereich ausgeweitet. Zur Messung der UV-Strahlung bei festen Wellenlängen wurden UV-Präzisionsfilterradiometer (UV-PFR) mit schmalbandigen Interferenzfiltern eingesetzt. Das endgültige Layout des UV-PFR folgt im Wesentlichen dem Design der am PMOD/WRC gebauten PFRs für genaue optische Tiefenmessungen von Aerosolen. Das Instrument verfügt über vier Kanäle, drei im UV-B-Bereich mit Zentralwellenlängen bei 303, 310 und 319 nm und einen Kanal im UV-A-Bereich bei 340 nm mit jeweiligen Bandbreiten von 1, 2, 2 und 4 nm. UV-PFRs wurden regelmäßig im Labor gegen Fallendetektoren kalibriert, was eine sehr hohe Genauigkeit von etwa 0,5 % ermöglicht und sich daher gut für UV-Trendmessungen eignet.

UV-Netzwerk

In Zusammenarbeit mit dem Schweizerischen Meteorologischen Institut (SMI; heute MeteoSchweiz) wurden die drei Komponenten Breitband-UV-B (direkt, diffus und global) und UV-A-Instrumente auf einer begrenzten Anzahl von RASTA-UV-Stationen installiert, um eine zu bauen Nationales UV-Netzwerk der Schweiz. Alle Stationen sind zusätzlich mit Instrumenten für direkte, diffuse und globale solare Kurzwelle (SW) und einem Pyrgeometer zur Messung der absteigenden Langwellenstrahlung (LW) sowie einem Sonnenphotometer zur Messung der optischen Tiefe von Aerosolen ausgestattet. Das nationale UV-Netzwerk der Schweiz ist Teil des Schweizer Programms zur Überwachung der atmosphärischen Strahlung (SACRAM). Neben der Station Davos (1610 m ü. M.) sind drei weitere Stationen in Payerne (490 m ü. M.), dem Jungfraujoch (3580 m ü. M.) und Locarno-Monti (370 m ü. M.) in Betrieb. PMOD/WRC rüstete zudem eine UV-Forschungsstation im Beobachtungs- und Untersuchungsfeld des Eidgenössischen Instituts für Schnee- und Lawinenforschung (SLF) in der Nähe des Weissfluhjochs (2540 m ü. M.) in Davos aus. An dieser Station messen zusätzliche Instrumente reflektierte UV-B-, UV-A-, SW- und aufsteigende LW-Strahlung für Albedountersuchungen. Diese vier Betriebsstationen des Schweizerischen UV-Strahlungsnetzes bieten ein interessantes vertikales Profil des UV-Strahlungsfeldes über der Schweiz von 490 bis 3580 m ü.M.

In Davos werden nun routinemäßige Ozonmessungen mit Dobson- und Brewer-Instrumenten der ehemaligen MeteoSchweiz-Station in Arosa durchgeführt. Ozonprofile vom Boden bis zur Stratosphäre werden in Payerne routinemäßig mit Radiosonden gemessen.

For further information please contact: Dr. Julian Gröbner, Dr. Gregor Hülsen, Dr. Luca Egli