On the measurement of sky radiation

Summary

Equipment for the continuous registration, at the earth's surface, of the vertical flux of short-wave sky radiation of solar origin was first introduced into South Africa in 1951. This radiation is the energy component which is scattered out of the solar beam and diffused downwards by gaseous molecules, water droplets and solid particles. A contribution to the radiation from cloudless portions of the sky is also provided by the reflection of sunlight at the surfaces of cloud masses.

In this paper the techniques of instrumental measurement and reduction of the records, which have been originated in the Radiation Service of the Union Weather Bureau, are described. In particular, a section is devoted to the problem of correcting for radiation intercepted when shadow bands are employed to screen off the direct solar component. Tabular values of this corrective factor are presented, for a specific screening ring and three standard categories of cloudiness, on a world-wide basis.

At present nine radiation stations (soon to be increased to eleven) in Southern Africa are equipped with the type of sky pyranograph described in the paper; in the Belgian Congo, three more stations are operated with equipment which is very similar. The general method outlined here has been adopted by the joint session of the Radiation Commission of the International Union of Geodesy and Geophysics with the Working Group on Radiation of the World Meteorological Organization (Rome 1954) as a basic principle for the introduction of such measurements within national weather services.

Zusammenfassung

Eine Einrichtung für die Dauerregistrierung des Vertikalstroms der kurzwelligen Himmelsstrahlung solaren Ursprungs am Erdboden wurde in Südafrika 1951 eingerichtet; es handelt sich dabei um die Strahlungsenergiekomponente, die aus dem Sonnenstrahl gestreut und durch Gasmoleküle, Wassertröpfchen und feste Partikel abwärts diffundiert wird. Ein Beitrag zu der Strahlung der wolkenlosen Partien des Himmels wird auch durch die Reflexion des Sonnenlichts an den Wolkenoberflächen geleistet.

In der vorliegenden Untersuchung wird die Technik der instrumentellen Messung und der Reduktion der Registrierungen beschrieben, die im Strahlungsdienst des Unions-Wetterdienstes entwickelt wurde. Ein spezieller Abschnitt ist dem Problem gewidmet, wie die Strahlungswerte zu korrigieren sind, wenn die direkte Sonnenstrahlung durch einen Beschattungsring abgeschirmt wird. Es werden Tabellenwerte dieser Korrektionsgröße für die ganze Erde und für einen speziellen Abschirmungsring und drei typische Bewölkungszustände vorgelegt.

Zur Zeit sind 9 Strahlungsstationen (die in Kürze auf 11 erhöht werden) in Südafrika mit dem hier beschriebenen Modell eines Himmelspyranographen ausgestattet; im Belgischen Kongo werden weitere 3 Stationen mit ganz ähnlichen Einrichtungen betrieben. Die hier skizzierte Methode wurde 1954 in Rom an der gemeinsamen Sitzung der Strahlungskommission der U. G. G. I. und der Arbeitsgruppe für Strahlung der W. M. O. als Grundprinzip für die Einführung solcher Messungen in Landeswetterdiensten angenommen.

Résumé

On a installé en 1951 en Afrique du Sud un dispositif d'enregistrement continu du flux vertical de rayonnement céleste à courte longueur d'onde; il s'agit de la composante de l'énergie radiative solaire diffusée par les molécules gazeuses, les gouttelettes d'eau et les particules solides en suspension. Le ciel serein participe également à ce rayonnement par réflexion de la lumière solaire à la surface des nuages.

On décrit ici l'appareillage de mesure et la réduction de celles-ci développée par le Service du rayonnement du Service météorologique de l'Union de l'Afrique du Sud. On s'applique en particulier à la correction des valeurs de rayonnement dans le cas où le rayonnement solaire direct est arrêté par un anneau protecteur. Des tableaux de cette correction ont été calculés pour la Terre entière et pour un anneau déterminé ainsi que pour trois états typiques de la nébulosité.

Il existe actuellement 9 stations de mesure (11 sous peu) en Afrique du Sud équipées du pyranographe céleste ici décrit; en outre trois stations travaillent au Congo belge avec un appareillage analogue. La présente méthode a été adoptée en 1954 à Rome lors de la session de la Commission du Rayonnement de l'U.G.G.I. et du Groupe de Travail du Rayonnement de l'O.M.M. comme principe de base pour l'introduction de telles mesures dans les services météorologiques nationaux.