Extraterrestrische Strahlung
Extraterrestrische Strahlung oder Solarkonstante nennt man den außerhalb der Erdatmosphäre gemessenen Strahlungsstrom. Er beträgt S0 = 1370 W/m² und ist über längere Zeit betrachtet konstant. Die kurzfristigen Schwankungen über wenige Tage bis Wochen betragen maximal 3% der Strahlungsenergie. Ein langfristiger Anstieg von 1% würde schon zu einem weltweiten Temperaturanstieg von 2°C führen, was verhängnisvolle Konsequenzen nach sich zöge.
An der Atmosphärengrenze werden jedoch unterschiedliche Strahlungsstärken gemessen. Die zwei wichtigsten Ursachen sind:
a) Die ellipsenförmige Umlaufbahn der Erde um die Sonne
Aufgrund der ellipsenförmigen Umlaufbahn der Erde um die sich im Brennpunkt befindende Sonne, variiert der Abstand der beiden Himmelskörper. Im Perihel, zwischen dem 2. und 4. Januar, hat die Erde die geringste Entfernung (147,099 Mio. km), also den größten Strahlungsgenuss von 1400 W/m². Im Aphel, zwischen dem 3. und 6. Juli, dem sonnenfernsten Punkt (152,096 Mio. km) beträgt die Strahlung 1310 W/m², was einem Unterschied von ca. 7% entspricht.
Graphik 1: Umlaufbahn der Erde um die Sonne [Wikipedia, 2003; GNU Free Documentation License]
b) Die Ekliptik der Erde
Die Rotationsachse der Erde steht in einem Winkel von ca. 66,56° auf der Ebene der Umlaufbahn um die Sonne. Das heißt, die Ekliptikebene (durch den Umlauf der Erde um die Sonne aufgespannt) und die Äquatorialebene schließen einen Winkel von ca. 23,44° ein (= 90° - 66,56°), welcher „Schiefe der Ekliptik“ genannt wird.
Während der Sommermonate (April – September) weist also die Nordhalbkugel der Erde mehr zur Sonne. Aufgrund des steileren Einfallswinkels der Sonnenstrahlen folgt aus dem Lambertschen Gesetz (Abhängigkeit der Beleuchtung vom Einstrahlwinkel gegenüber der Flächennormalen) ein größerer Strahlungseinfluss und eine längere Betstrahlungsdauer der nördlichen Hemisphäre. Entgegengesetzt dazu verhält es sich zum gleichen Zeitpunkt auf der südlichen Halbkugel.
Solare Betstrahlungsstärke : I = S0 cosθS
... betrachtet für einen bestimmten Zeitraum : W = ∫ S0 cosθS(t) dt
mit: S0 = 1370 W/m²
θS ... Einfallswinkel
Graphik 2: Ekliptik der Erde [Wikipedia, 2004; GNU Free Documentation License]