Solare und terrestrische Strahlungswechselwirkung zwischen ... - AWI

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Cosinuseffektes max 0; cos 0 cos 0 Edir verringert sich die gemessene Bestrahlungsstärke E + sm, bis schließlich die Sonne unterhalb der Empfängerfläche zu liegen kommt (C
Wert für die horizontale Lage des Sensors bestimmt werden (s. Kap. 4.1). Vorab sind die folgenden Korrekturen notwendig: a) Die Trägheitskorrektur. Die Trägheit eines Pyranometers wird vorwiegend durch zwei Zeitkonstanten bestimmt. Zum einen gibt es eine kurze Anpassungzeit der Thermosäule auf eine geänderte Bestrahlungsstärke von 1 0:1 s, zum anderen existiert eine Wechselwirkung zwischen der Thermosäule und dem Gehäuse mit 20 5 s. Das aufgezeichnete Signal entspricht einer Faltung zwischen der einfallenden Bestrahlungsstärke mit der Antwortfunktion des Instrumentes. In klaren Atmosphären ist die Bestrahlungsstärke proportional zum Fluglageparameter C; das Antwortverhalten des Instrumentes kann durch den Faltungssatz der Fouriertransformation berechnet werden. Da die Daten mit 10 Hz aufgezeichnet werden, kann der trägheitskorrigierte Wert nach der Newton’schen Methode berechnet werden: E + sm = E+ smt + d dt E+ smt : (4.13) Die Vernachlässigung der langfristigen Wechselwirkung zwischen Thermosäule und Gehäuse führt zu einem maximalen Fehler von 2 W m ,2 . Mittelwerte sind von diesem Fehler nicht betroffen. b) Die Korrektur der Flugzeuglage ermöglicht es, die globale Bestrahlungsstärke zu berechnen und in einen mit der Flugbewegung korrelierten Anteil Edir sowie in einen von der Flugzeuglage unabhängigen Anteil Ediff aufzuspalten (Abb. 4.3). Dazu wird die Zeitreihe des Pyranometersignals in 15 s Intervalle unterteilt. Aufgrund unvermeidlicher Variationen der Flugzeuglage nimmt das Pyranometer unterschiedliche Positionen zur Sonne ein, so daß der Fluglageparameter C und die gemessene und trägheits- korrigierte Bestrahlungsstärke E + sm miteinander korreliert sind. Es wird eine lineare Re- gression für jedes Zeitintervall unabhängig berechnet, wobei die Summe der Regressions- koeffizienten der Globalstrahlung E + s entspricht (Regressionsmethode). Bei einer geringen Sonnenhöhe kann der Achsenabschnitt in guter Näherung als diffuser Anteil und die Steigung als direkter Anteil der Globalstrahlung identifiziert werden [Freese und Kottmeier, 1998]. Zur Prüfung der Aufspaltung von direkter und diffuser Strahlung wurden Messungen genutzt, bei denen das Leitwerk des Flugzeuges die direkte Strahlung abschattete. Dieses Verfahren bestätigt die Interpretation der Regressionskoeffizienten als diffuse und direkte Komponenten der Globalstrahlung. c) Die Einbaufehlerkorrektur. Die Differenz der Neigung zwischen der Empfängerfläche des Pyranometers und der horizontalen Ebene des INS-Navigationssystems wird als Einbaufehler bezeichnet. Das INS bezieht sich auf die mittlere Fluglage bei Reisefluggeschwindigkeit und die Instrumente sind horizontal justiert bei Meßgeschwindigkeit. Die Korrektur des Einbaufehlers macht die mit der linearen Regression berechneten Strahlungsflußdichten unabhängig von der Flugrichtung. Zur Bestimmung der Einbaufehler wurden Quadrate (Boxmuster) mit Kanten parallel und senkrecht zur Sonnenrichtung geflogen. Für ein solches Flugmuster sind die Einbaufehler für den Roll- sowie den Nickwinkel des Flugzeuges unabhängig voneinander bestimmbar. Abbildung 4.4 zeigt das Ergebnis dieses
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Sinne der kleinsten Quadrate) ergib
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