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Cloud and radiance measurements with the VIS/NIR Daylight Whole Sky Imager at Lindenberg (Germany)

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Abstract:

Ground-based cloud data acquired with the Whole Sky Imager (WSI) are analyzed in relation to measurements of solar radiation performed at the Lindenberg Meteorological Observatory. Cloud fractions derived by the cloud detection algorithm from WSI images acquired during daylight hours between 2002 and 2004 are compared with conventional cloud observations for the two sites Potsdam and Lindenberg, and also with ceilometer data of cloud-base heights at Lindenberg. The comparison statistics are discussed in the context of different principles of measurement. A few case studies illustrate the strong scattering effect of clouds on solar radiance and irradiance measured at the ground in different spectral regions. Particularly clouds close to the apparent position of the sun lead to strong enhancements of solar diffuse irradiance incident on horizontal planes and hemispheres that substantially exceed corresponding clear-sky values. Irradiances derived from WSI sky radiance fields are shown in comparison to pyranometer data of diffuse irradiance and radiative transfer model calculations performed for clear sky conditions. Examples of spectral sky radiances with moving contrails illustrate the significant enhancement the contrails have compared to clear sky, even though they may have a relatively small direct effect on global irradiance values. As contrails are observed at Lindenberg for about 18 to 19 % of daylight hours, and part of them become clouds, the indirect impact of these changes on solar irradiance received at the ground may not be negligible.

German
Bodengebundene Wolkendaten, die mit dem Whole Sky Imager (WSI) gewonnen wurden, werden in der Beziehung zu anderen, am Meteorologischen Observatorium Lindenberg gewonnenen Messwerten der Solarstrahlung analysiert. Die für den Zeitraum 2002 bis 2004 aus WSI-Daten abgeleiteten Bedeckungs-grade werden mit konventionellen Wolkenbeobachtungen für die zwei Orte Potsdam und Lindenberg sowie zusätzlich auch mit Ceilometer-Messungen der Wolkenuntergrenzen in Lindenberg verglichen. Die Vergleichsstatistiken werden mit Bezug auf die unterschiedlichen Messverfahren diskutiert. Einige Fallstudien illustrieren den starken, durch Streuung bedingten Einfluss der Wolken auf die Strahldichte und die Bestrahlungsstärke an der Erdoberfläche in verschiedenen Spektralbereichen. Vor allem Wolken in der Nähe der scheinbaren Sonnenposition können zu einer starken Erhöhung der die Horizontalfläche und die Halbkugelfläche erreichenden diffusen Solarstrahlung führen, die erheblich die für wolkenlosen Himmel zu erwartenden Werte überschreitet. Die aus WSI-Strahldichtemesswerten abgeleiteten Bestrahlungsstärken werden mit den aus Pyranometer-Messwerten der diffusen Strahlung und den mit einem Strahlungstransportmodell für wolkenlosen Himmel berechneten Bestrahlungsstärkewerten verglichen. Beispielfälle der spektralen Strahldichten des oberen Halbraums mit ziehenden Kondensstreifen belegen die signifikante Erhöhung der Strahldichte bezogen auf wolkenlose Bedingungen, auch wenn der direkte Einfluss der Kondensstreifen auf die Globalstrahlung relativ klein sein kann. Da Kondensstreifen über Lindenberg in etwa 18 bis 19 % der Tageslichtstunden beobachtet werden und ein Teil der Kondensstreifen zu Wolken werden, kann der indirekte Einfluss dieser Strahldichteänderung auf die den Erdboden erreichende Solarstrahlung nicht vernachlässigbar sein.

Document Type: Research Article

DOI: http://dx.doi.org/10.1127/0941-2948/2005/0066

Publication date: October 1, 2005

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