Partner: Universiät Freiberg und sglux GmbH
Zeitraum: 2017 – 2018
Zusammenfassung
Der UV-Index nach ISO 17166 ist ein Maß für das Risiko eines Sonnenbrands (Erythema solare) bei einer gegebenen solaren UV-Exposition. Erfasst wird der UV-Index mittels Spektroradiometern. Da diese Systeme in Anschaffung und Betrieb hohe Kosten verursachen, ist bei einer geplanten Verdichtung oder Neuanlage meteorologischer Messnetze die Verwendung kleiner, robuster und wartungsarmer UV-Index-Radiometer zu prüfen.
Primär ist hier die Messunsicherheit beider Konzepte zu vergleichen. Bei Spektroradiometern beträgt diese Messunsicherheit ± 5 % (Egli et al.¹). Die hier zusammengefasste Studie ermittelt die Messunsicherheit von UV-Index-Radiometern des Herstellers sglux GmbH. Hierzu wurden in Summe 2073, an unterschiedlichen Stellen der Erde rückführbar ermittelte, Sonnenspektren (UVI 0,5 bis UVI 13,5) in einer Datenbank erfasst. Aus allen Spektren wurde nach der in ISO 17166 benannten Formel der UV-Index errechnet. Der vom UV-Index- Radiometer gemessene Wert wurde durch Integrierung des jeweiligen Sonnenspektrums mit der spektralen Empfindlichkeit von sieben unterschiedlichen UV-Index-Sensoren ermittelt. Der Unterschied dieser sieben Sensoren bestand aus leicht abweichenden spektralen Empfindlichkeiten, die sich aus nicht vermeidbaren Fertigungstoleranzen ergeben. Aus den beiden Werten wurde für jedes einzelne Sonnenspektrum mit sieben unterschiedlichen Sensoren jeweils der UV-Index errechnet. Diese Werte wurden mit dem jeweiligen aus den Angaben der Norm und den Sonnenspektren ermittelten UV-Indizes verglichen und jeweils eine Messabweichung errechnet, in Summe also 14.511 Werte.
Im Ergebnis ist festzustellen, dass die durch Fertigungstoleranzen erzeugten leicht verschiedenen spektralen Empfindlichkeiten keinen messbaren Einfluss auf die Messabweichung haben. Extremwerte der Sonnenspektren wie UV-Indices von unter 0,5 führten aber zu einer deutlichen Messabweichung. Es wurde erkannt, dass diese Messabweichung einer definierbaren Regel folgt. Entsprechend wurde eine Korrekturmatrix entwickelt und in der Firmware des UV-Index-Radiometers hinterlegt. Nach Anwendung dieser Korrekturmatrix konnte die Messabweichung auch bei extrem niedrigen UV-Indizes auf unter ± 5 % reduziert werden.
Die Messabweichung des UV-Index-Radiometers liegt also im gleichen Bereich wie die für Spektroradiometer berichteten Werte. Dieses Ergebnis ermutigt, weitere Untersuchungen anzustellen. In einer aktuell laufenden Untersuchung wird die Winkelabhängigkeit des UV- Index-Radiometers zu einer von der ISO 17166 geforderten Kosinuskurve hin evaluiert und optimiert. Sollten hier ähnlich gute Ergebnisse wie bei der Messung mit Spektroradiometern erzielbar sein, kann das Ergebnis im Feldeinsatz durch Vergleichsmessungen mit Spektroradiometern validiert werden. Im Erfolgsfall könnte das UV-Index-Radiometer als zuverlässige Ergänzung oder sogar Ersatz von Spektroradiometern betrachtet werden. Besonders in Gegenden, in denen kein ausreichend qualifiziertes Personal zum Betrieb der Spektroradiometer vorhanden ist, können UV-Index-Radiometer einen wichtigen Beitrag zur Gewinnung lokaler Werte des UV-Index darstellen.