Original paper

Detection of cloud-free skies based on sunshine duration and on the variation of global solar irradiance

Ruckstuhl, Christian; Philipona, Rolf

Meteorologische Zeitschrift Vol. 17 No. 2 (2008), p. 181 - 186

published: Apr 28, 2008

DOI: 10.1127/0941-2948/2008/0271

BibTeX file

ArtNo. ESP025011702008, Price: 29.00 €

Download preview PDF Buy as PDF

Abstract

Automatic detection of cloud-free skies became more and more important in recent years to evaluate and interpret surface radiation measurements in the context of the greatly debated solar dimming and brightening and to investigate possible changes of the greenhouse effect using longwave downward radiation measurements. To automatically separate cloud-free from cloudy sky situations within the MeteoSwiss automatic meteorological network (ANETZ) a new method based on sunshine duration and hourly global solar irradiance measurements, referred to as sunshine duration method (SSD-M), is presented. Results obtained with this new method are evaluated with the approved automatic partial cloud amount detection algorithm (APCADA). SSD-M identifies at the six investigated radiation sites between 88 and 98 % of cloud-free cases detected by APCADA. The probability of false detection of SSD-M does not exceed 7 % at any of the sites. The new method presents the advantage to use standard solar radiation parameters that are usually measured at advanced meteorological stations. The use of solar measurements restricts the method to detect daytime cloud-free situations only.

Kurzfassung

Die automatische Bestimmung von wolkenfreien Situationen wurde in den letzten Jahren immer wichtiger. Sie ist unerlässlich zur Evaluation und Interpretation von Strahlungsmessungen an der Erdoberfläche im Rahmen des zurzeit stark diskutierten solar dimming und solar brightening und zur Untersuchung von Veränderungen des Treibhauseffekts mit langwelligen Strahlungsmessungen. Zur automatischen Trennung von wolkenfreien und bewölkten Situationen mit verfügbaren Daten vom automatischen meteorologischen Messnetz (ANETZ) der MeteoSchweiz, stellen wir eine neue Methode vor, welche alleine auf Sonnenscheindauerund Globalstrahlungsmessungen beruht. Die vorgestellte Methode wird nachstehend als Sonnenscheindauer-Methode (SSD-M) bezeichnet. Wolkenfreie Momente, welche mit SSD-M bestimmt wurden, werden mit dem etablierten automatic partial cloud amount detection algorithm (APCADA) verglichen. SSD-M findet an den sechs untersuchten Stationen zwischen 88 und 98 % von den von APCADA bestimmten wolkenfreien Situationen. Die Wahrscheinlichkeit eines fehlerhaft bestimmten wolkenfreien Himmels liegt bei allen Stationen bei maximal 7 %. Die neue Methode hat den Vorteil, dass Standardgrößen verwendet werden, welche normalerweise an den modernen meteorologischen Stationen gemessen werden. Da zur Bestimmung der wolkenfreien Momente solare Größen verwendet werden, kann SSD-M nur tagsüber angewendet werden.