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Bei den Messungen des stratosphärischen Ozons zeigten sich Anfang der 1970er Jahre erste Anzeichen einer von Menschen verursachten Klimaänderung. Daraufhin fand ein Umdenken statt und auf globaler Ebene wurden verschiedene Massnahmen zum Schutz der Ozonschicht umgesetzt (Montreal-Protokoll). Es ist wichtig, die Ozonschicht weiterhin zu beobachten, um die Wirkung der umgesetzten Massnahmen überprüfen zu können.
Ozon-Beobachtung
Die Ozonschicht in der Stratosphäre liegt auf einer Höhe zwischen 10 und 30 Kilometer. Die starke Ozonkonzentration vermag die schädlich kurzwellige UV-Strahlung der Sonne fast vollständig zu absorbieren und ist deshalb für sämtliche Lebensformen auf der Erde ein lebenswichtiger Schutz. Eine übermässige Exposition der Haut gegenüber UV-Strahlung kann zum Beispiel beim Menschen Hautkrebserkrankungen verursachen. In Bodennähe hingegen ist Ozon in hoher Konzentration schädlich für Mensch und Natur, denn das Gas ist äusserst reaktiv. Dies kann bei Menschen zu Atmungsproblemen führen oder das Wachstum von Pflanzen hemmen.
Das Problem der Ausdünnung der Ozonschicht ist nicht gelöst
Internationale Konventionen wie das Montreal-Protokoll, das Ende der 1980er Jahre in Kraft trat, verbieten die Verwendung von Stoffen, welche die Ozonschicht schädigen. Doch obwohl diese Vereinbarungen langsam Wirkung zeigen, ist die Ozonschicht noch immer in Gefahr:
- Die Ozonschicht hat sich noch nicht vollständig erholt; sie entspricht nicht dem Zustand, den sie vor 1970 erreicht hatte, und es dürfte noch mehrere Jahrzehnte dauern, bis dieses Ziel erreicht wird.
- Das Ozonloch am Südpol (Antarktis) tritt immer noch jährlich auf.
- 2011 trat zum ersten Mal ein Ozonloch am Nordpol (Arktis) auf.
- Klimaänderung und die Veränderung der Ozonschicht sind eng miteinander verbunden.
Es ist deshalb unerlässlich, die Entwicklung des Ozons in den verschiedenen Schichten der Atmosphäre weiterhin zu messen und zu analysieren.
Ozonmessung ist eine Schweizer Tradition
Die Ozonmessung in der oberen Atmosphäre kann in der Schweiz auf eine lange Tradition zurückblicken. Bereits 1926 begann Prof. P. Götz in Arosa mit den Messungen der Ozonmenge, die seither praktisch ohne Unterbrüche weitergeführt wurden. Dank dieser weltweit einzigartigen Messreihe kann die Entwicklung der Ozonschicht über einen sehr langen Zeitraum studiert werden. Dabei wurden die Daten mithilfe verschiedener Dobson- und Brewer- Spektrophotometern gewonnen.
Die sehr lange Messreihe belegt die Ausdünnung der Ozonschicht, die zwischen 1970 und 1995 erfolgte. Die Abnahme beginnt um 1970, weil die Emissionen der Ozonschicht abbauenden Substanzen (FCKW) zu dieser Zeit stark zugenommen haben. Seit Mitte der 1990er Jahre hat sich die Ozonschicht auf einem tieferen Niveau wieder stabilisiert.
Messungen des Ozon-Profils
MeteoSchweiz verwendet verschiedene Techniken zur Messung des Ozon-Profils, mit denen unterschiedliche räumliche und zeitliche Ebenen abgedeckt werden können.
|Messart||Häufigkeit||Umfang||Auflösung||Zeitliche Ebene|
|Umkehr-Methode (Dobson, Brewer)||2 Profile/Tag (falls die Sonne sichtbar ist)||10 - 50 km||5 - 7 km||seit 1957|
|Ozonsonde||3 Profile/Woche||0 - 35 km||0,15 km||seit 1966|
|Mikrowellen-Radiometer||48 Profile/Tag||25 - 70 km||7 - 15 km||seit 2000|
Legende: Die eingesetzten Methoden zur Messung des Ozon-Profils im Überblick
Ozonmessung mit Ballonsonden
Ozonmessungen mit Ballonsonden wurden in der Schweiz 1966 durch Prof. H. U. Dütsch von der ETH Zürich eingeführt. Seit 1968 werden sie in Payerne durchgeführt. Diese ununterbrochene Sondierungsreihe ermöglicht es, die zeitliche Entwicklung der Ozonmenge in den verschiedenen Atmosphärenschichten nachzuvollziehen.
Statistische Analyse der Ozonmessreihen
Durch die verschieden langen Messreihen von MeteoSchweiz kann die Veränderung der Ozonkonzentrationen während eines Zeitraumes von zehn Jahren berechnet werden. Die Abbildungen zeigen die Analyseergebnisse der verschiedenen Ozonsonden auf den entsprechenden Höhen. Oben ist das Resultat der Messanalyse für den Zeitraum von 1970 bis 1995, unten für den Zeitraum von 1995 bis 2012 aufgeführt. Oberhalb von rund 12 km (Stratosphäre) haben die Ozonkonzentrationen im ersten Zeitraum abgenommen und sich im Lauf der zweiten Periode stabilisiert. Unterhalb von 10 km (Troposphäre) zeigt sich der umgekehrte Trend.
Die schwarzen Punkte geben die Mittelwerte der Konzentrationsänderungen an. Die graue Zone stellt die statistische 95%-Sicherheit dar. In der Periode von 1970-1995 (links) sind alle Trendwerte statistisch relevant, da die graue Zone die Null-Achse nie überschreitet. Zwischen 1996 und 2009 hingegen sind die Trendwerte statistisch nicht signifikant, da die graue Zone mehrheitlich auf der Null-Achse liegt. Die dick gestrichelte rote Vertikallinie entspricht der prozentualen Abnahme der gesamten Ozonsäule. Sie hat zwischen 1970 und 1995 alle zehn Jahre um rund 2 Prozent abgenommen. Zwischen 1996 und 2009 zeigt sich keine Veränderung. Die feinen roten Linien geben die 95%-Sicherheitsmarge wieder.
- Appenzeller C, AK. Weiss and J. Staehelin (2000), North Atlantic Oscillation modulates total ozone winter trends, Geophys. Res. Let., 27, 1131-1134.
- Weiss AK, J. Staehelin, C. Appenzeller, NRP Harris (2000), Chemical and dynamical contributions to ozone profile trends of the Payerne (Switzerland) balloon soundings, J. Geophys. Res., 106 (D19), p. 22685.
- Staehelin J, NRP Harris, C. Appenzeller, J. Eberhard (2001), Ozone trends: A review, Rev. Geophys., 39 (2), p. 231.
- Jeannet, P., R. Stübi, G. Levrat, P. Viatte, and J. Staehelin (2007), Ozone balloon soundings at Payerne (Switzerland): Reevaluation of the time series 1967–2002 and trend analysis, J. Geophys. Res., 112, D11302, doi:10.1029/2005JD006862.
- Stübi, R., G. Levrat, B. Hoegger, P. Viatte, J. Staehelin, and F. J. Schmidlin (2008), In-flight comparison of Brewer-Mast and electrochemical concentration cell ozonesondes, J. Geophys. Res., 113, D13302, doi:10.1029/2007JD009091.