Zonneschijnduur - hoofdstuk 8
 
Benaming van de grootheid
Algemene benaming: zonneschijnduur
Internationale aanduiding: sunshine duration
 
Definities; omschrijving van de begrippen
 
De grootheden zonneschijnduur en relatieve zonneschijnduur zijn gerelateerd aan de directe straling. De directe straling is de inkomende
kortgolvige straling, die het aardoppervlak rechtstreeks bereikt. De overgedragen energie wordt bij de meting bepaald in een hoeveelheid energie
per oppervlakte-eenheid loodrecht op de invalsrichting van de zon (W/m2). Voor een nadere beschrijving zie hoofdstuk 7, Straling).
 
Zonneschijn
In overeenstemming met de WMO-defi nitie is er sprake van zonneschijn als de fl ux van de directe straling meer dan 120 W/m2 is:
{W: Watt, J: Joule; W = J/s}.
 
Zonneschijnduur
De zonneschijnduur is de totale gesommeerde tijdsduur binnen een beschouwd tijdvak gedurende welk sprake is van zonneschijn volgens boven staande definitie. Beschouwde tijdvakken kunnen zijn:
 
- een volledig uur.
- het maximale dagdeel op een bepaalde datum waarin theoretisch sprake kan zijn van zonneschijn volgens bovenstaande definitie. Dit is dus de
  theoretisch maximale zonneschijnduur voor die datum. Formeel wordt met genoemd dagdeel bedoeld de tijdspanne tussen het moment dat de
  bovenste rand van de zon boven de horizon komt en het moment dat de zon in zijn geheel weer achter de horizon verdwijnt.
 
Relatieve zonneschijnduur
De relatieve zonneschijnduur is de procentuele tijdsfractie van het beschouw de tijdvak (uur, maximale dagdeel) waarin sprake is geweest van zonneschijn volgens bovenstaande definitie.
 
Eenheden
De in de operationele berichtgeving gebruikte eenheden voor zonneschijn duur zijn conform SI als volgt:
 
- zonneschijnduur: uur
- relatieve zonneschijnduur: percentage % .
 
Operationele eisen
 
Bereik
Het maximale bereik per etmaal voor zonneschijnduur is 18 uur (in Neder land is in het tijdvak 21 UTC – 03 UTC nimmer sprake van zonneschijn).
Het bereik voor relatieve zonneschijnduur in tijdvakken van 1 uur c.q. 1 etmaal is: 0 - 100 %. In de praktijk zal 100% zonneschijnduur voor
een etmaal zich nooit voordoen, omdat de zon zelfs bij extreme helderheid toch ruim boven de horizon zal moeten staan voordat een stralingsflux van 120 W/m2 wordt bewerkstelligd.
 
Waarneemresolutie in verband met berichtgeving
De vereiste waarneemresolutie voor zonneschijnduur is 0,1 uur.
De vereiste waarneemresolutie voor relatieve zonneschijnduur (per tijdvak à uur c.q. 1 etmaal) is 1 %.
 
Operationeel vereiste nauwkeurigheid
De vereiste nauwkeurigheid in de berichtgeving zonneschijnduur per tijdvak à 1 uur is ±0,05 uur
De vereiste nauwkeurigheid in de berichtgeving voor relatieve zonneschijn duur per tijdvak à 1 uur c.q. 1 etmaal is ±0,5 %.
 
Genoemde nauwkeurigheden zijn gerelateerd aan metingen directe straling. Deze zijn in principe niet toepasbaar op de door het KNMI gebruikte
alternatieve methode waarbij de zonneschijnduur wordt berekend uit 10-minuten waarden globale straling. De hiermede haalbare nauwkeurigheid voor de relatieve zonneschijnduur is onderwerp van verder onderzoek.
 
Vereiste waarneemfrequentie
Door het KNMI worden geen operationele waarnemingen zonneschijnduur gedaan met behulp van metingen van de directe straling.
Een alternatieve methode is ontwikkeld waarbij de zonneschijnduur wordt bepaald met behulp van een herleiding uit metingen globale straling,
in het bijzonder uit de 10-minuten registraties van de waarden gemiddelde, maximum en minimum globale straling, het zogeheten algoritme Slob. Met het algoritme wordt uit de genoemde informatie de zonneschijnduur per 10-minuten-vak bepaald. De 10-minutetn-waarden zijn de basis
voor de berekening van de uurwaarden en de etmaalwaarden zonneschijnduur.
 
Tot de operationele invoering van de bovengenoemde methode gebruikte het KNMI een Campbell-Stokes autograaf voor de bepaling van de zonneschijn duur. Dit instrument registreert continu. Op dit moment wordt alleen op waarneemstation De Bilt nog een dergelijke autograaf
gebruikt - naast de operationele berekeningsmethode van de zonneschijnduur op dit station. De registratie met de Campbell-Stokes autograaf
zal in De Bilt op dagbasis wor den voortgezet. De bedoeling is om aldus twee parallelle langjarige reeksen te ontwikkelen. Het KNMI verkrijgt
aldus de input om de reeksen van allestations met betrekking tot deze variabele te homogeniseren. Een beschrijving van de Campbell-Stokes autograaf, alsmede van de registratiemethode, is te vinden in paragraaf 3 van dit hoofdstuk.
 
Vereiste data aanwezigheid per specifieke periode
Per 10-minuten-vak is 100% data aanwezigheid van alle onderhavige globale stralings variabelen vereist om met bovengenoemd algoritme de zonneschijnduur van dit tijdvak te bepalen.
 
Instrumenten en techniek
 
Zonneschijnduur uit globale straling
Door Slob is een methode ontwikkeld waarbij de zonneschijn duur kan worden bepaald met behulp van metingen globale straling, in het
bijzonder de 10-minuten registraties van de waarden gemiddelde, maximum en minimum globale straling. Naar de onderzoeker wordt deze
methode het algoritme Slob genoemd. Het algoritme berekent per 10-minuten-vak de zonne schijnduur uit genoemde 10-minuten waarden,
alsmede uit de actuele zonshoogte en de actuele afstand van de aarde tot de zon die bepalend is voor de actuele waarde van de extraterrestische straling.  De 10-minuten-waarden zonneschijnduur vormen de basis voor de berekening van de uurwaarden en de etmaal waarden
zonneschijnduur. De methode is in de periode 1991 – 1993 successievelijk op alle stations operationeel ingevoerd.
 
Campbell-Stockes zonneschijnmeter 
 
Werking Campbell-Stockes zonneschijnmeter  
 
Zonneschijnduurbepaling met behulp van autograaf
Momenteel wordt alleen op waarneemstation De Bilt nog de Campbell-Stokes autograaf gebruikt uitsluitend ten behoeve van klimaatonderzoek.
De registratie met dit instrument geschiedt met behulp van een bolvormig brandglas en een daarachter in een houder gespannen registratiestrook
waarin de zon een spoor kan branden. De lengte van dit spoor is bepalend voor de lengte van de zonneschijnduur. Dagelijks (na zonsondergang) wordt de strook door verwijderd en vervangen door een nieuwe strook. Een functionaris van de Klimatologische Dienst dagelijks met behulp
van de informatie op de strook wat de zonneschijnduur in het betreffende etmaal is geweest. Een en ander conform de WMO richtlijnen met betrekking tot resolutie en nauwkeurigheid.
 
Zonneschijnduur uit directe straling
De meest in aanmerking komende methode om zonneschijn en zonneschijn duur te kunnen bepalen is met behulp van metingen directe straling. Deze methode vereist echter kostbare infrastructuur, te weten een zonnevolger met alle onderhouds- en beheersmatige consequenties van dien.
De oriëntatie van de richting van de zonnevolger op het middelpunt van de zon, vereist boven dien regelmatige controle c.q. handmatige bijstelling indien noodzakelijk. Een dergelijk instrument is dus ongeschikt voor een geheel automatisch station.
 
Directe straling wordt alleen op waarneemstation De Bilt operationeel gemeten. De registraties directe straling worden niet operationeel gebruikt
voor de vaststelling van de zonneschijn(duur) in De Bilt. Dit hangt samen met de wens om op alle stations dezelfde methode voor bepaling van zonneschijn duur te gebruiken, dus inclusief op het station waar daarnaast nog met een in feite exactere methode wordt gemeten. Implementeren van metingen directe straling op alle overige stations is een te kostbare investering. De techniek en de methode directe straling worden beschreven
in hoofdstuk 7, Straling, van dit handboek.
 
Procedures
 
Procedures bij uitval waarnemingen
De bepaling van de zonneschijnduur met behulp van globale straling kan slechts geschieden bij (100%) aanwezigheid van de relevante data globale straling. Indien de onderliggende stralingsgegevens ontbreken, zal ook de cor responderende waarde zonneschijnduur ontbreken. Indien als gevolg hiervan de waarde zonneschijnduur van de afgelopen dag voor station De Bilt in het SYNOP-bericht van 00.00 UTC ontbreekt, vindt in die situatie geen hand matige aanvulling van data plaats. Voor de overige uit globale straling gegenereerde waarden zonneschijnduur is deze paragraaf niet van toepassing, aangezien de waarden in de operationele berichtgeving niet real-time worden gebruikt . De procedures bij eventuele uitval zijn derhalve gekoppeld aan de validatie van waarden achteraf. Bij het ontbreken van Campbell Stokes waarnemingen van De Bilt (bij voor beeld als geen stroken zijn geplaatst) vindt geen aanvulling van die ontbrekende waarnemingen plaats.
 
Procedures voor achteraf validatie
De invoer van data zonneschijnduur geschiedt op dagbasis en betreft de uurlijkse waarden van het afgelopen etmaal (uurvakken h = 00 t.m. 23).
De per dag nieuw ingevoerde waarden worden direct onderworpen aan ingeprogrammeerde automatische controleprocedures. Dit proces is van toepassing op de data zonneschijnduur herleid uit globale straling. Het gaat om de volgende procedures per station:
 
a. De uurwaarde zonneschijnduur (in 0,1 uur) dient ≥ 0 en ≤ 10 te zijn , anders is de uurwaarde verdacht.
b. Indien de uurwaarde zonneschijnduur (in 0,1 uur) in het afgelopen uur op de aangegeven tijdstippen (UTC) per ondergenoemde periode een
    waarde ≠ 0 heeft, is deze uurwaarde verdacht.
 
Operationele data beoordeelt daartoe in principe ieder nieuwe waarde, daarbij geholpen door de output van de bovenbeschreven testprocedures.
Een extra hulpmiddel vormt de output van de testproce dures met betrekking tot de nieuwe waarden globale straling. Een verdachte waarde zonneschijnduur wordt zo mogelijk handmatig vervangen. De alternatieve waarde kan worden gebaseerd op onder meer:
 
- lineaire interpolatie van aangrenzende (correcte) waarden in de tijdreeks
- ruimtelijke interpolatie op grond van synchrone waarden van 2 of meer nabije stations
- inschatting van de uurwaarde op grond van de tijdreeksen 10-minuten gegevens.
 
Een functionaris van de Klimatologische verantwoordelijk voor de invoer van waarneemdata uit de parallelle registratie van de zonneschijnduur
in De Bilt met behulp van de Campbell-Stokes autograaf. Daartoe bepaalt hij dagelijks op werkdagen met de informatie van het brandspoor op
de strook wat de zonneschijnduur in het betreffende etmaal is geweest.
 
Procedures voor inspectie
 
Inspectie zonneschijnduur uit globale straling
Voor de inspectie van de waarnemingen zonneschijnduur is de afdeling operationele data van het KNMI verantwoordelijk. De inspectie is
gerelateerd aan de inspectie van de metingen globale straling en de procedure is derhalve identiek. Vooral van belang is de controle of er
vanuit het gezichtspunt van de globale stralingssensor geen obstakels zijn die 5 graden of meer uitsteken boven de horizon.
 
Inspectie zonneschijnduur uit Campbell-Stokes waarnemingen in De Bilt
De operationele data van het KNMI draagt zorg voor een officiële jaarlijkse inspectie van de Campbell-Stokes autograaf in De Bilt. Met name
wordt hierbij beoordeeld of de autograaf waterpas staat en of de zonnebaan bekeken vanuit de autograaf (nog) obstakelvrij is. Bevindingen
worden vastgelegd in het stationsarchief. Overigens wordt de autograaf dagelijks bekeken door de functionaris die de stroken verwisselt.
 
Herleiding van parameters (zie handboek H08)
 
Opstellingseisen en omgevingscondities
 
Zonneschijnduur uit globale straling
De opstellingseisen en omgevingscondities met betrekking tot waarnemingen zonneschijnduur uit globale straling zijn gerelateerd en identiek
aan de dien overeenkomstige eisen en condities van de onderliggende globale stralingsmetingen. Deze worden beschreven in hoofdstuk 7
van dit handboek.
 
Zonneschijnduur uit Campbell-Stokes waarnemingen in De Bilt
Het horizontale vlak van het Campbell-Stokes instrument dient waterpas te zijn. De glazen bol van het instrument dient volkomen rond en
krasvrij te zijn. De bol moet tevens vrij zijn van stof en rijpaanslag. De beheerder van het meetsta tion draagt zorg voor het schoon zijn van het instrument. Het instrument is gemonteerd op een statief op het platform op het dak boven de weerkamer in gebouw A van het KNMI te De Bilt. Hoogte instrument ten opzichte van het maaiveld: ca. 22 meter. Vanuit het gezichtspunt van de meet locatie zijn er geen obstakels die 5 graden
of meer uitsteken boven de horizon.


      Bronnen: KNMI handboek waarnemen hoofstuk-8 - Versie 2005  
      Categorieën: Handboek waarnemen  I  Meteorologische instrumenten  I  Weer A tot Z  
 
Web Design