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Die Technik des UV-Check

Hinter dem UV-Check, der die Sonnenbadezeit im gesamten Gebiet Europas liefert, verbirgt sich ein komplexes System, in dem drei wesentliche Komponenten zusammenspielen:

  • Aktuelle Satelliteninformationen zur Ozonkonzentration, die in die tägliche Berechnung der UV-Strahlung bzw. in die daraus abgeleitete Sonnenbrandzeit eingehen 
  • Ein nach neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen entwickeltes Verfahren zur effizienten Berechnung der bodennahen UV-Strahlung
  • Ein SMS-Server, der die für einen beliebigen Ort in Europa berechneten Sonnenbrandzeiten dem Nutzer von Mobiltelefonen via Kurzmitteilung (SMS) zusendet.

Zentraler Bestandteil ist das aus umfangreichen Computersimulationen hervorgegangene und durch unabhängige Messungen getestete Rechenverfahren, das aus den wichtigsten Einflussgrößen die orts- und tageszeitabhängige UV-Strahlung ermittelt. Im Fall des wolkenfreien Himmels sind dies:

  • Die Gesamtmenge des atmosphärischen Ozons in einer Säule vom Boden bis zum Oberrand der Atmosphäre, 
  • die Höhe des Geländes über dem mittleren Meeresspiegel,
  • der lokale und von der Tageszeit und dem Tag im Jahr abhängige Sonnenstand.

Die Datengrundlage für den Eingabeparameter Ozon liefern derzeit tägliche Messungen des Global Ozone Monitoring Experimentes (GOME), dessen Messinstrument auf dem seit 1995 fliegenden Europäischen Erderkundungssatelliten ERS-2 die Daten für globale Ozonverteilung liefert. In nächster Zukunft werden diese Daten von einem Nachfolgeinstrument auf dem jüngst gestarteten Europäischen Umweltsatelliten ENVISAT geliefert. Die Informationen zur lokalen Höhe über dem Meeresspiegel und für die Land-Meer Verteilung entstammen Geländedatenbanken, die ebenfalls aus präzisen Satellitenmessungen abgeleitet worden sind. Der Sonnenstand wird mit einer einfachen Formel aus der geographischen Länge und Breite, der Uhrzeit und dem Tag im Jahr berechnet.
Das UV-Rechenverfahren ist in der Lage, alle drei Einflussgrößen gleichzeitig zu verarbeiten und daraus in wenigen Sekunden die UV-Strahlungsflussdichte im UV-A und UV-B Bereich mit einer räumlichen Auflösung von etwa 10 km im gesamten Gebiet Europas zu einer bestimmten Uhrzeit zu ermitteln. Die UV-Strahlungsflussdichte bezeichnet die auf eine horizontale Einheitsfläche aus allen Raumrichtungen einfallende UV-Strahlungsleistung. In diese Berechnung wird das als internationaler Standard anerkannte spektrale Wirkungsspektrum für die
Rötung der menschlichen Haut, das sogenannte Erythemspektrum, einbezogen. Für den Einfluss der die UV-Strahlung mindernden atmosphärische Trübung durch Aerosolpartikel wird derzeit ein repräsentativer klimatologischer Mittelwert angenommen.

Das Ergebnis dieser Berechnung wird einem weiteren Rechenverfahren zugeführt, das die Sonnenbrandzeit, also die Zeit in Minuten, in der die UV-Strahlung eine erste Rötung der Haut bewirkt, ermittelt. Vergleiche mit unabhängigen Bodenmessungen ergaben, dass die Angabe der Sonnenbrandzeit eine Genauigkeit von 10% hat, oder anders ausgedrückt:, für eine vom UV-Check mitgeteilten Sonnenbrandzeit der ungeschützten Haut von 20 Minuten beträgt die Unsicherheit 2 min bei wolkenlosem Himmel.

Die Nutzung des Dienstes kann sowohl über das WWW oder per SMS erfolgen. Nach erfolgter Anmeldung per Internet erhält der Nutzer eine SMS mit einer - meist netzinternen - Rufnummer, an die er zukünftige Anfragen richten kann. Um die mobile Nutzung so einfach wie möglich zu halten, wird bei jeder Anfrage auf die zuvor erfolgte Personalisierung des Dienstes zurückgegriffen, so dass im einfachsten Fall die Angabe des Schlüsselwortes "uv" ausreicht, um für den zuvor hinterlegten Ort die aktuelle Sonnenbrandzeit zu erhalten.

Die technische Basis der Realisierung sind Webservices, welche fehlertolerante Ortsabfragen und die Bearbeitung der eingehenden SMS ermöglichen.
Eine operationell arbeitende Software sorgt nun für die Verknüpfung dieser drei Komponenten und liefert am frühen Morgen eines jeden Tages als Ergebnis die lokalen Sonnenbrandzeiten für den wolkenlosen Himmel in Europa. Die Werte werden für den ganzen Tag und für jeden Punkt auf einem Gitter mit der Maschenweite von 0.083 x 0.083 Grad bereitgestellt. Zeitlich und räumlich hoch variable UV-Einflussgrößen, wie die Bewölkung oder die Schneebedeckung werden für den Zweck des UV-CHECK Dienstes vom Satelliten nur unzureichend erfasst. Dem Nutzer werden aus diesem Grunde hilfreiche Zusatzinformationen geliefert, die ihm ermöglichen, die durch Wolken oder Schnee bedingten Veränderungen der Sonnenbrandzeit gegenüber dem klaren Himmel am Ort selbst abzuschätzen.

UV-CHECK ist Nutzen aus der Weltraumforschung für jedermann und das Ergebnis einer Wertschöpfungskette im DLR, die vom Empfang und der Prozessierung von Satellitendaten, über die Weiterverarbeitung zu einem höherwertigen Produkt - nämlich der Sonnenbrandzeit - bis hin zur Verbreitung dieser Daten mit Hilfe moderner Kommunikationstechniken reicht.


Kontakt
Prof. Dr. Thomas Strang
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Kommunikation und Navigation
, Nachrichtensysteme
Oberpfaffenhofen-Wessling

Tel.: +49 8153 28-1354

Fax: +49 8153 28-1871

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