Die Sonne und die von ihr ausgehende Strahlungsleistung sind die Energielieferanten des irdischen Wetters und Klimas. Nur durch die verschieden starke Einstrahlung in Tropen und Polargebieten werden die globalen Zirkulationssysteme aufrechterhalten und damit die Mechanismen, die die Klimazonen und unser tägliches Wetter prägen. Die Intensität sowie die räumliche und zeitliche Verteilung der Sonnenstrahlung bestimmen über ihren Einfluss auf den Strahlungshaushalt der Atmosphäre auf der Erde ganz entscheidend das Klima.

Die Strahlungsleistung der Sonne wird am Oberrand der Atmosphäre, also außerhalb der Erdatmosphäre, betrachtet und beträgt bei senkrechter Einstrahlung etwa 1368 W/m2, die so genannte Solarkonstante. Da die Erde jedoch nur zur Hälfte von der Sonne angestrahlt wird und keine Scheibe ist, sondern eine Kugelgestalt besitzt, wird sie im Mittel nur von 239 W pro m2 angestrahlt. Die Solarkonstante ist nun allerdings keineswegs konstant, sondern unterliegt Schwankungen, welche auf unterschiedlichen Zeitskalen die Veränderung des Klimas mitbestimmen. Die auf die Erde fallende Leistung schwankt wegen der Exzentrizität der Erdbahn im Jahreslauf um knapp 7 %.

Die Intensität der Sonnenstrahlung ist am Boden geringer als außerhalb der Atmosphäre, deren Absorption und Streuung stark wellenlängenabhängig ist: Der vom menschlichen Auge wahrnehmbare Anteil, welcher knapp die Hälfte der solaren Strahlung ausmacht, erreicht bei klarem Wetter und hohem Sonnenstand zum größten Teil die Erdoberfläche.

Die an der Erdoberfläche eintreffende Intensität hängt zudem stark vom Wetter und vom Sonnenstand ab. Die genaue Berechnung des Strahlungsflusses in Abhängigkeit von Sonnenstand und Höhe über dem Meeresspiegel ist schwierig. Näherungsweise berücksichtigt man lediglich die zu durchdringende Schichtdicke der Atmosphäre in Air Mass-Einheiten (Luftmasse) und die Sonnenscheindauer. Wolken vermindern die Direktstrahlung, Dunst erhöht die Diffusstrahlung. Diffusstrahlung und Direktstrahlung an einem Ort ergeben zusammen die Globalstrahlung.

Quelle: https://globalsolaratlas.info/

Fällt die Sonnenstrahlung schräg ein, verteilt sie sich über eine größere Erdoberfläche, die Bestrahlungsstärke sinkt. Der Einfluss der Jahreszeiten in den Tropen ist kaum merklich. Da der Sonnenstand dort am Mittag immer steil ist, herrscht ein Tageszeitenklima. Außerhalb der Wendekreise besteht ein polwärts zunehmender Unterschied zwischen Sommer und Winter und zwar sowohl durch den Einstrahlungswinkel als auch durch die polwärts immer größeren Unterschiede bei den Tageslängen.

In Mitteleuropa steht die sommerliche Mittagssonne 60° bis 65° hoch und strahlt bei idealen wolkenfreien Wetterbedingungen mit einer Direktstrahlungsstärke in der Regel von etwa 700–900 W/m². Im Winter sind es nur 13° bis 18° und bei kalter trockener Luft können zu Mittag durchaus auch Werte über 800 W/m² erreicht werden. Die Sonnenscheindauer wird für Einstrahlzeiten gezählt, in denen die Direktstrahlung Werte von über 150 W/m² erreicht und der Schattenwurf anfängt Kontrast zu zeigen.

Die Erwärmung der Erdoberfläche hängt von der Dauer des hellen Tages ab. Ende Juni beträgt die Dauer in Mitteleuropa etwa 16 Stunden, im Dezember 8 Stunden. Das Verhältnis der gesamten eingestrahlten Sonnenenergie beträgt zwischen diesen Monaten etwa 5:1 bis 10:1, wird aber durch Wärmespeicherung vor allem durch die Meere gemildert (Seeklima). Im Gegenzug strahlt die Erdoberfläche Wärme(strahlung) ab, Tag und Nacht. In den längeren Nächten im Dezember länger als in den kürzeren Nächten Ende Juni, was ebenso die gesamte resultierende Erwärmung oder Abkühlung der Erdoberfläche beeinflusst.

Sieh auch Abiola Blog Nr. 11 – https://www.abiola.ngo/11-weltweite-solarstrahlung-2-2