Solare und terrestrische Strahlungswechselwirkung zwischen ... - AWI

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