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Enhanced solar global irradiance during cloudy sky conditions

Schade, Nils H.; Macke, Andreas; Sandmann, H.; Stick, C.

Meteorologische Zeitschrift Vol. 16 No. 3 (2007), p. 295 - 303

published: Jun 21, 2007

DOI: 10.1127/0941-2948/2007/0206

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ArtNo. ESP025011603005, Price: 29.00 €

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Abstract

The impact of cloudiness on the shortwave downwelling radiation (SDR) at the surface is investigated by means of collocated pyranometer radiation measurements and all-sky imager observations. The measurements have been performed in Westerland, a seaside resort on the North Sea island of Sylt, Germany, during summer 2004 and 2005. A main improvement to previous studies on this subject resulted from the very high temporal resolution of cloud images and radiation measurements and, therefore, a more robust statistical analysis of the occurrence of this effect. It was possible to observe an excess of solar irradiation compared to clear sky irradiation by more than 500 W/m2, the largest observed excess irradiation to our knowledge so far. Camera images reveal that largest excess radiation is reached close to overcast situations with altocumulus clouds partly obscuring the solar disk, and preferably with cumulus clouds in lower levels. The maximum duration of the enhancements depends on its strength and ranges from 20 seconds (enhancements > 400 W/m2) up to 140 seconds (enhancements > 200 W/m2).

Kurzfassung

Mit Hilfe von Pyranometermessungen und Ganzhimmel-Kamerabeobachtungen ist der Einfluß der Bewölkung auf die kurzwellige solare Einstrahlung untersucht worden. Die Messungen fanden in den Sommermonaten der Jahre 2004/2005 in Westerland auf der Nordseeinsel Sylt statt. Als Fortschritt gegenüber früheren Studien zu diesem Thema ist die sehr hohe zeitliche Auflösung der Wolken- und Strahlungsmessungen zu nennen, die es möglich machte, Strahlungserhöhungen von mehr als 500 W/m2 gegenüber der theoretischen Referenzstrahlung bei unbewölktem Himmel zu beobachten und damit die bisher stärksten uns bekannten Erhöhungen. Außerdem ermöglicht die hohe zeitliche Auflösung eine robustere statistische Analyse dieses Effekts. Aus den Kamerabildern lässt sich erkennen, dass die stärksten Strahlungserhöhungen bei nahezu bedecktem Himmel auftreten, wobei die Sonnenscheibe von Altocumuluswolken teilweise verdeckt wird und bevorzugt Cumulusbewölkung in tieferen Schichten auftritt. Die Dauer solcher Erhöhungen ist abhängig von deren Stärke und dauert maximal 20 Sekunden für Erhöhungen > 400 W/m2 und 140 Sekunden für Erhöhungen > 200 W/m2.