Albedo

Bedeutung und Grundprinzip

Die Albedo ist ein dimensionsloses Maß für das Rückstrahlvermögen diffus reflektierender, also sichtbar nicht selbst leuchtender Oberflächen. Sie ist das Verhältnis von rückgestrahlter zu einfallender Strahlungsenergie: Eine Albedo von 0,9 bedeutet, dass 90 % der einfallenden Strahlung zurückgestrahlt werden. Der Wert hängt bei derselben Oberfläche von der Wellenlänge des einfallenden Lichts ab. Deshalb kann er beispielsweise für sichtbares Licht oder für das Sonnenspektrum angegeben werden.

Die Albedo ist besonders in Meteorologie und Klimatologie wichtig: Sie beeinflusst, wie stark sich eine Oberfläche und die Luft darüber erwärmen. Die Eis-Albedo-Rückkopplung ist ein wesentlicher Faktor für Strahlungsantrieb und Strahlungsbilanz der Erde und damit für den Erhalt des Weltklimas. Auch in der Astronomie ist die Albedo bedeutsam, weil sie mit Durchmesser sowie scheinbarer und absoluter Helligkeit von Himmelskörpern zusammenhängt. In der 3D-Computergrafik beschreibt sie die diffuse Streukraft von Materialien bei Simulationen der Volumenstreuung.

Arten der Albedo

Die sphärische Albedo wird auch planetarische, Bondsche oder bolometrische Albedo genannt. Sie ist das Verhältnis des von einer Kugeloberfläche in alle Richtungen reflektierten Lichts zu der Strahlung, die auf den Kugelquerschnitt fällt. Bei Planeten gilt der obere Rand der Atmosphäre als Oberfläche. Sie liegt immer zwischen 0 und 1: 0 bedeutet vollständige Absorption, 1 vollständige Reflexion.

Die geometrische Albedo vergleicht den Strahlungsstrom einer voll bestrahlten Fläche zum Beobachter mit dem einer gleich großen, absolut weißen und diffus reflektierenden Scheibe bei senkrechtem Lichteinfall. Diese ideale Vergleichsscheibe heißt Lambertstrahler. Geometrische Albeden können in seltenen Fällen größer als 1 sein, weil reale Oberflächen nicht ideal diffus reflektieren.

Das Verhältnis von sphärischer zu geometrischer Albedo heißt Phasenintegral. Es berücksichtigt die winkelabhängige Reflektivität jedes Flächenelements; die Phase bezieht sich dabei auf die Tag-Nacht-Grenze.

Messung und Entwicklung der Erd-Albedo

Albedometer messen die Albedo in Prozent. In der Astronomie sind sie wegen der großen Entfernungen nicht einsetzbar. Dort lässt sich die geometrische Albedo aus scheinbarer Helligkeit, Radius des Himmelskörpers sowie den Entfernungen zwischen Erde, Objekt und Sonne berechnen. Für die sphärische Albedo müssen zusätzlich Phasenintegral und Phasenfunktion bekannt sein. Vollständig bekannt ist die Phasenfunktion nur für Merkur und Venus, die innerhalb der Erdbahn liegen. Bei den oberen Planeten ist sie nur teilweise bestimmbar; ihre sphärischen Albeden sind daher nicht exakt bekannt.

NASA-Satelliten messen die Erd-Albedo seit 1998 im CERES-Programm. Von 2000 bis 2011 blieb sie abgesehen von kurzfristigen Schwankungen weitgehend konstant, regional gab es aber Änderungen von mehr als acht Prozent. In der Arktis nahm die Rückstrahlung durch schrumpfende helle Eismassen ab; im westlichen Pazifik verstärkte sie sich vorübergehend durch stärkere Wolkenbildung bei La Niña. Eine Studie von 2021 deutet anhand des Erdscheins auf der Mondoberfläche auf einen Rückgang um rund 0,5 % zwischen 1998 und 2017 hin. CERES-Daten seit 2013 zeigen einen beschleunigten globalen Rückgang bis zu 28,7 % im April 2025. Klimawandel könnte diese Entwicklung mitverursachen und/oder die globale Erwärmung deutlich verstärken.

Das Deep Space Climate Observatory misst die Erd-Albedo seit 2015 vom Lagrange-Punkt L1 in 1,5 Millionen Kilometern Abstand. Von dort sieht die Sonde dauerhaft die sonnenbeschienene Erdseite.

Einflüsse und typische Werte

Die Oberflächenbeschaffenheit bestimmt die Albedo. Deshalb können Albedowerte irdischer Stoffe Hinweise auf Oberflächen anderer Himmelskörper geben. Parallel einfallendes Sonnenlicht ist wegen der großen Entfernung zur Sonne eine gute Annahme. Wolkenreiche Venusoberflächen reflektieren deutlich mehr als basaltartige Mondflächen. Für die Venus nennt die Tabelle eine sphärische Albedo von 0,77, der Fließtext 0,76; für den Erdmond stehen 0,11 beziehungsweise durchschnittlich 0,12. Die Erde wird mit etwa 0,3 angegeben; in der Tabelle beträgt der sphärische Wert 0,294. Die höchsten gemessenen Werte nennt der Artikel für Telesto mit 0,994 und Enceladus mit 0,99, den niedrigsten Mittelwert für den Kometen Borrelly mit 0,03.

Helle Oberflächen reflektieren meist stark: Frischer Schnee hat eine Albedo von 0,80–0,90, Wolken von 0,60–0,90 und Wüste von 0,30. Wald liegt bei 0,05–0,18, Rasen bei 0,18–0,23 und Asphalt bei 0,05–0,25 (0,3). Bei glatten Oberflächen wie Wasser, Sand und Schnee sowie bei Kreide spielt spiegelnde Reflexion eine große Rolle; ihre Albedo hängt daher stark vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlung ab. Bei Wasser reicht sie in der Tabelle von 0,05 bei einem Neigungswinkel über 45° bis 0,22 bei einem Neigungswinkel über 10°. Albedowerte sollten immer zusammen mit dem untersuchten Wellenlängenbereich angegeben werden.

In der Bautechnik werden für Verkehrsflächen zunehmend Oberflächen mit günstigen Albedowerten berücksichtigt, um das städtische Mikroklima zu verbessern. Helle Gesteinskörnungen können die Reflexionseigenschaften von Asphalt und Beton verbessern.