Der Strahlungshaushalt der Erde ist entscheidend für das Klima der Erde (Wild et al., 2013). Er ist verantwortlich für die thermische Struktur der Atmosphäre sowie ihrer generellen Zirkulation. Aufgrund der Tatsache, dass an der Erdoberfläche mehr als 50% der solaren Strahlung umgesetzt werden, sind die Strahlungsflüsse an der Erdoberfläche für das Verständnis des Klimas von spezieller Bedeutung. Diese bodennahen Strahlungsflüsse spielen auch für den Energiehaushalt der Ozeanoberfläche eine entscheidende Rolle und beeinflussen die wesentlichen Merkmale der Ozeanströmungen.

Eine kleine Änderung in den Strahlungsflüssen an der Erdoberfläche kann bereits signifikante Klimaänderungen bewirken. Leider entsprechen die älteren bisher existierenden Strahlungsmessnetze nicht den Genauigkeitsansprüchen der modernen Klimaforschung. Der momentane Wissensstand in Bezug auf die räumliche und zeitliche Verteilung der Strahlung reicht noch nicht einmal aus, das gegenwärtige Klimasystem genau zu verstehen. Eine Simulation des vergangenen Klimas respektive zukünftige Klimaänderungen aufgrund von möglichen Änderungen des Strahlungshaushaltes ist noch unsicherer (Chylek et al, 2007). Um diese Engpässe zu vermeiden wurde 1992 vom World Climate Research Programme (WCRP) das Baseline Surface Radiation Network  (BSRN) gegründet.

Zentrum des BSRN ist das World Radiation Monitoring Center (WRMC) in dem sämtliche Messdaten vom BSRN archiviert werden. Das WRMC wurde 1992 an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) in Zürich (Gilgen et al., 1995, Ohmura et al. 1998, Hegener et al., 1998) gegründet und befindet sich seit 2008 unter der Direktion von Gert König-Langlo am Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (König-Langlo et al. 2013).

Im Gegensatz zum World Radiation Data Centre (WRDC) sowie dem Global Energy Balance Archive GEBA (Gilgen et al., 1999) in denen zeitlich meist über Monate gemittelte Strahlungsflüsse von tausenden von Wetterdienststationen archivieren werden, besteht das BSRN/WRMC nur aus einer relativ keinen Anzahl von Stationen in unterschiedlichen Klimazonen. An die dort in zeitlich in sehr hoher Auflösung kontinuierlich erfassten kurz- wie langwelligen bodennahen Strahlungsflüsse werden höchstmögliche Qualitätsansprüche gestellt (McArthur et al., 2005). Zusätzlich zu den Strahlungsmessungen werden an den BSRN-Stationen möglichst viele meteorologische Parameter registriert, welche zur Interpretation der Strahlungsmessungen notwendig sind.

Das BSRN wird hauptsächlich verwendet um
•    Änderungen in den kurz- wie langwelligen bodennahen
      Strahlungskomponenten mit bestmöglichen Methoden zu überwachen,
•    Datensätze zur Validierung von aus Satellitenmessungen abgeleiteten
      bodennahen Strahlungsflüssen bereitzustellen sowie
•    Klimamodelle und deren Strahlungscode zu überprüfen.

Obwohl das BSRN ursprünglich für Klimawissenschaftler konzipiert wurde wird es heutzutage immer stärker auch im Bereich der Solarthermie und Photovoltaik genutzt.

Aktueller Status des WRMC

Im Gründungsjahr 1992 des BSRN existierten nur 9 aktive Stationen. Bis Anfang 2014 haben 58 BSRN Stationen Daten an das WRMC geliefert (siehe Abbildung 1). Der Datenimport in das Archiv ist in monatlichen Dateien organisiert welche alle Messungen einer BSRN-Station eines Monats enthalten. Momentan befinden sich mehr als 7000 dieser "Stations-Monate" im Archiv. Für diese Files existiert eine relative aufwendige und detaillierte Formatdefinition (König-Langlo et.al., 2013). Von den Stationswissenschaftlern wird erwartet, dass sie ihre Daten innerhalb von einem Jahr dem Archiv in fertig formatierten Dateien zur Verfügung stellen. Diese Vorgabe wird jedoch nicht von allen Stationen erfüllt. Ein Überblick über den momentanen Stand bietet eine Tabelle.

Im WRMC werden viele verschiedene an den BSRN-Stationen gemessenen Parameter archiviert. Da die Parametersätze der BSRN-Stationen unterschiedlich sind, werden die monatlichen Dateien in logische Blöcke unterteilt (König-Langlo et al., 2013). Alle für eine BSRN-Station zwingend vorgeschriebenen Parameter befinden sich in dem logischen Block LR 01000. Diese Parameter sind: Globalstrahlung, Direktstrahlung, Diffuse Strahlung, Gegenstrahlung, Lufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit sowie der Luftdruck auf Instrumentenhöhe (2 m). Andere Parameter sind optional, wie zum Beispiel die aufwärts gerichteten Strahlungsflüsse, UV-Strahlung,Wetterbeobachtungen, Radiosondenprofile, Gesamtozon, Wolkenhöhenmessungen, Strahlungsmessungen in Höhen oberhalb des Bodens. Tabelle 1 bietet einen Überblick.

Das Daten-Archiv

Die von den BSRN-Stationswissenschaftlern an das Archiv geschickten Dateien werden nach einer Eingangsprüfung unmodifiziert über den ftp-Server der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt. Zum Herunterladen von Datensätzen bedarf es eines Accounts, der kostenlos vom WRMC jedem zur Verfügung gestellt wird, der das Einhalten der Datenbestimmungen verspricht.

Zusätzlich werden alle Daten in formal vereinfachter Form im Datenarchiv PANGAEA gespeichert. PANGAEA ist ein Open-Access-Archiv für Erde und Umweltwissenschaften, welches zum persistenten Speichern, Veröffentlichen und Verteilen von georeferenzierten Daten der Erdsystemforschung verwendet wird. Die wesentlichen Merkmale von PANGAEA sind folgende:

·      PANGAEA bietet - ähnlich wie Google - ein Interface zum Suchen und
       Verteilen von Datensätzen,
·       jeder Datensatz in PANGAEA ist eineindeutig über einen Digital Object
        Identifier (DOI) zitierbar,
·       jeder Datensatz in PANGAEA besteht aus genormten Metadaten und den
        eigentlichen Daten,
·       PANGAEA Metataten werden bei Google-Suchanfragen hoch bewertet,
·       PANGAEA bietet kostenlos Software zur allgemeinen Visualisierung und
        Bearbeitung beliebiger Datensätze.

PANGAEA darüber hinaus spezielle Software für das BSRN. Sämtliche Software steht unter der General Public License (GPL) und ist daher kostenlos. Eine sogenannte BSRN-Toolbox (Schmithüsen et al., 2012) wurde speziell für die Mitarbeiter des WRMC entwickelt. Mittlerweile wird diese Software auch von vielen BSRN-Stations-Wissenschaftlern und BSRN-Kunden  zum Umformatieren und Testen von BSRN-Daten verwendet.

Qualitätskontrolle der Daten

Für die Datenqualität sind die BSRN-Stationswissenschaftler verantwortlich. Die Einhaltung der Qualitätsansprüche an die Daten wird im WRMC überwacht. So durchlaufen alle an das WRMC verschickten Daten eine Eingangskontrolle während der die Daten visualisiert sowie auf formale Korrektheit überprüft werden. Zusätzlich werden die für das BSRN definierten inhaltlichen Qualitätstests durchgeführt (Long et al., 2002). Fehlerhafte Datensätze werden nicht importiert sondern an die zuständigen Stationswissenschaftler zurückgesendet. Diese Prozedur garantiert eine weitgehend hohe Datenqualität innerhalb des WRMC.

Literatur:
Chylek P., U. Lohmann, M. Dubey, M. Mishchenko, R. Kahn, and A. Ohmura, 2007: Limits on climate sensitivity derived from recent satellite and surface observations. JGR, VOL. 112, D24S04, doi:10.1029/2007JD008740.

Gilgen H., C. Whitlock, F. Koch, G. Müller, A. Ohmura, D. Steiger, and R. Wheeler, 1995: Technical plan for BSRN (Baseline Surface Radiation Network) data management, Version 2.1. WMO/TD-No. 443, WCRP/WMO.

Gilgen, H., and A. Ohmura, 1999: The Global Energy Balance Archive. Bull. Amer. Meteor. Soc., 80, 831–850, doi:10.1175/1520-0477(1999)080<0831:TGEBA>2.0.CO;2.

Hegner H., G. Müller, V. Nespor, A. Ohmura, R. Steigrad, and H. Gilgen, 1998: Technical Plan for BSRN Data Management - 1998 Update.WMO/TD-No. 882, WCRP/WMO, http://hdl.handle.net/10013/epic.39581.d001.

König-Langlo G., R. Sieger, H. Schmithüsen, A. Bücker, F. Richter,and E. Dutton, 2013: The Baseline Surface Radiation Network and its World Radiation Monitoring Centre at the Alfred Wegener Institute, http://www.wmo.int/pages/prog/gcos/Publications/gcos-174.pdf

Long, C. N., and E. G. Dutton, 2002: BSRN Global Network recommended QC tests, V2.0. http://hdl.handle.net/10013/epic.38770.d001.

McArthur L. J. B., 2005: Baseline Surface Radiation Network (BSRN). Operations Manual. Version 2.1. WCRP-121, WMO/TD-No. 1274, http://hdl.handle.net/10013/epic.39582.d001.

Ohmura, A. , E. Dutton, B. Forgan, C. Fröhlich , H. Gilgen, H. Hegner, A. Heimo, G. König-Langlo, B. Mcarthur, G. Müller, R. Philipona, R. Pinker, C. H. Whitlock, and M. Wild, 1998: Baseline Surface Radiation Network (BSRN/WRMC), a new precision radiometry for climate research. Bull. Amer. Meteor. Soc., 79, 2115 – 2136, doi:10.1175/1520-0477(1998)079<2115:BSRNBW>2.0.CO;2.

Schmithüsen, H., R. Sieger, and G. König-Langlo, 2012: BSRN Toolbox - a tool to create quality checked output files from BSRN datasets and station-to-archive files. Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research, Bremerhaven, doi:10.1594/PANGAEA.774827.

Wild, M., D. Folini, C. Schär, N. Loeb, E. G. Dutton, and G. König-Langlo, 2013: The global energy balance from a surface perspective. Climate Dynamics, Volume 40, Issue 11-12, pp 3107-3134, doi:10.1007/s00382-012-1569-8.