Meteorological Measurements Radiation

7/25/2019 Meteorological Measurements Radiation

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ICS 07.060, 13.040.01 VDI-RICHTLINIENOktober 2015October 2015

VEREINDEUTSCHERINGENIEURE

Umweltmeteorologie

Meteorologische Messungen

Strahlung

Environmental meteorology

Meteorological measurements

Radiation

VDI 3786Blatt 5 / Part 5

Ausg. deutsch/englischIssue German/English

Der Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankündigung im Bundes-anzeiger einem öffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen.

Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.

The draft of this standard has been subject to public scrutinyafter announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette).

The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the Englishtranslation.

r i e b l i c h e Z w e c k e – n i c h t g e s t a t t e t / R e p r o d u c t i o n – e v e n

f o r i n t e r n a l u s e – n o t p e r m i t t e d

F r ü h e r e A u s g a b e n : V D

I 3 7 8 6 B l a t t 1 0 : 1 9 9 4 - 0 4 ;

V D I 3 7 8 6 B l a t t 5 : 1 9 8 6 - 0 8 ; 2 0 1 4 - 0 7 E n t w u r f , d e u t s c h

V e r l a g G m b H ,

1 0 7 7 2 B e r l i n – A l l e R e c h t e v o r b e h a l t

e n / A l l r i g h t s r e s e r v e d ( a ) ©

V e r e i n D e u t s c h e r I n g e n i e u r e e . V . ,

D ü s

s e l d o r f 2 0 1 5

Inhalt Seite Contents Page

Vorbemerkung................................................................... 2

Einleitung .......................................................................... 2

1 Anwendungsbereich ....................... ........................ ... 3

2 Normative Verweise ........................ ........................ ... 4

3 Begriffe ....................................................................... 4 4 Formelzeichen, Abkürzungen und Indizes ............... 9

5 Standortwahl und Aufstellung ......................... ....... 11

6 Messgeräte ...............................................................12

6.1 Pyrheliometer................................................... 136.2 Pyranometer ........................ ........................ ..... 166.3 Pyrgeometer ........................ ........................ ..... 186.4 Strahlungsbilanzmesser ......................... .......... 20

6.5 Spektralradiometer ..................... ...................... 226.6 Messung der Sonnenscheindauer ..................... 246.7 Zusatzeinrichtungen ....................... .................. 276.8 Lichttechnische Messgeräte ...................... ....... 28

7 Durchführung der Messung, Überprüfung undWartung .................................................................... 29 7.1 Installation von Strahlungsmessgeräten ........... 297.2 Kalibrierung von Strahlungsmessgeräten ........ 297.3 Überprüfen und Warten ......................... .......... 317.4 Prüfung der Datenqualität ..................... ........... 32

8 Messaufgaben und Auswerteverfahren .................. 34

8.1 Zeitlich hoch aufgelöste Messungen –Tagesgang ....................... ........................ ......... 35

8.2 Klimatologische Strahlungsauswertung ........... 358 3 Strahlung auf geneigte Flächen 35

Preliminary note ................................................................ 2

Introduction ....................................................................... 2

1 Scope ....................... ........................ ........................ ... 3

2 Normative references ................................................ 4

3 Terms and definitions ....................... ........................ . 4 4 Symbols, abbreviations and indices ......................... 9

5 Site selection and installation ................................. 11

6 Measuring equipment ....................................... ....... 12

6.1 Pyrheliometer ........................ ........................ ... 136.2 Pyranometer ....................... ........................ ...... 166.3 Pyrgeometer ....................... ........................ ...... 186.4 Net radiation meter ....................... ................... 206.5 Spectral radiometer ....................... ................... 226.6 Measurement of sunshine duration .................. 246.7 Supplementary equipment ....................... ........ 276.8 Optical instruments ....................... ................... 28

7 Performing the measurement, checking andservicing ...................... ........................ ..................... 29

7.1 Installation of radiation measuring equipment . 297.2 Calibration of radiation measuring equipment . 297.3 Checking and servicing ..................... ............... 317.4 Verifying data quality ....................... ............... 32

8 Measurement tasks and evaluation methods ......... 34

8.1 Measurements with high temporalresolution – daily plot ................................... ... 35

8.2 Climatological radiation analysis ..................... 358.3 Radiation on tilted surfaces...................... ........353

7 8 6



– 2 – VDI 3786 Blatt 5 / Part 5 Alle Rechte vorbehalten © Verein Deutscher Ingenieure e.V., Düsseldorf 2015

Vorbemerkung

Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unterBeachtung der Vorgaben und Empfehlungen derRichtlinie VDI 1000.

Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derÜbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstän-dig, sind vorbehalten.

Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung

des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die inden VDI-Merkblättern geregelt sind, möglich.

Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserRichtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.

Eine Liste der aktuell verfügbaren Blätter dieserRichtlinienreihe ist im Internet abrufbar unterwww.vdi.de/3786.

Preliminary note

The content of this standard has been developed instrict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000.

All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying),storage in data processing systems and translation,either of the full text or of extracts.

The use of this standard without infringement of

copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in theVDI Notices.

We wish to express our gratitude to all honorarycontributors to this standard.

A catalogue of all available parts of this series ofstandards can be accessed on the Internet atwww.vdi.de/3786.

Einleitung

Der meteorologisch bedeutsame Spektralbereichder Sonnenstrahlung umfasst den sogenanntenkurzwelligen Bereich von 0,3 µm bis 3 µm, auf denetwa 96 % der gesamten extraterrestrischen Son-nenstrahlung entfallen. Das Maximum der spektra-len Verteilung der Sonnenstrahlung liegt bei

0,5 µm. Die Sonne strahlt dabei nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz mit einer Temperatur von ca.6000 K. Die Erde emittiert ebenfalls Strahlung beieiner Strahlungstemperatur von ca. 255 K an derObergrenze der Atmosphäre, die sogenannte ter-restrische oder langwellige Strahlung im Spektral-

bereich von etwa 3 µm bis 100 µm. In Bild 1awerden beide spektralen Bereiche dargestellt.

Die Schwächung der Sonnenstrahlung währendihres Durchgangs durch die Atmosphäre, aber auchder emittierten langwelligen Strahlung, erfolgt imWesentlichen durch folgende Prozesse (Bild 1bund Bild 1c):

Introduction

The meteorologically significant spectral range ofsolar radiation comprises the shortwave range from0,3 µm to 3 µm, which is approximately 96 % ofthe entire extra-terrestrial solar radiation. The max-imum of the spectral distribution of solar radiationis at 0,5 µm. The sun’s radiation follows the Stef-

an-Boltzmann law with a temperature of approxi-mately 6000 K. The earth also emits radiation, at aradiation temperature of approximately 255 K atthe upper limit of the atmosphere, referred to asterrestrial or longwave radiation, in the spectralrange from approximately 3 µm to 100 µm. Fig-ure 1a shows both spectral ranges.

The attenuation of the solar radiation during its passage through the atmosphere, but also of theemitted longwave radiation, proceeds essentially

by the following processes (Figure 1b and Fig-ure 1c):



All rights reserved © Verein Deutscher Ingenieure e.V., Düsseldorf 2015 VDI 3786 Blatt 5 / Part 5 – 3 –

Bild 1. Strahlungsprozesse in der Atmosphäre(nach [1], geändert)

a) plancksches Strahlungsgesetz für die Temperatu-ren des solaren und terrestrischen Strahlungs-spektrums an der Obergrenze der Atmosphäre(auf gleiche Flächen normierte Darstellung)

b) Absorption in % der Absorptionsbanden ver-schiedener Luftbeimengungen in 11 km Höhe

c) Absorption in % der Absorptionsbanden verschie-dener Luftbeimengungen an der Erdoberfläche

Die Richtlinie umfasst Messgeräte für alle Strah-lungsbereiche im thermisch-optischen Bereich undderen Anwendung.

Strahlungsphysikalische Grundgrößen sind inDIN 5031-1 definiert. Formelzeichen für Meteoro-logie und Geophysik sind in DIN 1304-2 enthalten.

Figure 1. Radiation processes in the atmosphere(according to [1], revised)

a) Planck’s radiation law for the temperatures of thesolar and terrestrial radiation spectra at the upperlimit of the atmosphere (normalised for equal ar-eas)

b) absorption in % of the absorption bands of vari-ous atmospheric pollutants at 11 km altitude

c) absorption in % of the absorption bands of vari-ous atmospheric pollutants at the earth’s surface

This standard covers measuring equipment for allradiation ranges in the thermal-optical range andits applications.

Fundamental physical variables associated withradiation are defined in DIN 5031-1. Symbols usedin meteorological and geophysical formulae can befound in DIN 1304-2.

1 Anwendungsbereich

Meteorologische Messungen für Zwecke der Luft-reinhaltung sind sowohl zur Beurteilung von Emis-

1 Scope

Meteorological measurements designed for the purpose of air pollution control are necessary for

0,1 0,150,2 0,3 0,5 1 2 3 5 10 15 20 30 50 1001,5

λ in µm

11 km

a)

b)

c)

5788 K 255 K

0,1 0,150,2 0,3 0,5 1 2 3 5 10 15 20 30 50 1001,5

λ in µm

11 km

a)

b)

c)

5788 K 255 K



– 4 – VDI 3786 Blatt 5 / Part 5 Alle Rechte vorbehalten © Verein Deutscher Ingenieure e.V., Düsseldorf 2015

Messungen der Strahlungsbilanz können zur Ab-schätzung des vertikalen Austauschs und der Aus-

breitung von Luftbeimengungen verwendet werden(z. B. Ausbreitungsklassen) [4; 5].

Diese Richtlinie wendet sich an Betreiber vonMessstationen zur Messung der Strahlung undihrer Komponenten sowohl für Zwecke der Luft-reinhaltung als auch für die Bedürfnisse vonLandwirtschaft, Energietechnik, Bau- und Gebäu-detechnik und der Meteorologie, insbesondere der

Strahlungsklimatologie. Eingeschlossen sind auchUntersuchungen der Wirkung der Strahlung imtechnischen und biologischen Bereich.

Bei Fragen, die über den Anwendungsbereich die-ser Richtlinie hinausgehen, wird auf Lehrbücherund weiterführende Literatur [1; 4; 6; 7] verwiesen.Auf lichttechnische Größen wird nicht im Einzel-nen eingegangen, stattdessen sei auf DIN 5032-1

verwiesen.

Measurements of the net radiation can be used toestimate the vertical exchange and the dispersion

of air pollutants (e.g. dispersion classes) [4; 5].

This standard is addressed to the operators omeasuring stations used to measure the radiationand its components, both for the purpose of air pollution control and to meet the needs of agricul-ture, energy generation, building and constructiontechnology and meteorology, in particular radiation

climatology. It also covers investigations into theeffects of radiation in the technical and biologicalfields.

For topics that go beyond the scope of this stand-ard, refer to textbooks and further literature [1; 4;6; 7]. Photometric variables are not discussed indetail; refer to DIN 5032-1.

2 Normative Verweise /Normative references

Die folgenden zitierten Dokumente sind für dieAnwendung dieser Richtlinie erforderlich: /

The following referenced documents are indis- pensable for the application of this standard:

DIN 1304-2:1989-09 Formelzeichen; Formelzei-chen für Meteorologie und Geophysik (Lettersymbols for physical quantities; symbols to beused in meteorology and geophysics)

DIN 5031-1:1982-03 Strahlungsphysik im opti-

schen Bereich und Lichttechnik; Größen,Formelzeichen und Einheiten der Strahlungs- physik (Optical radiation physics and illumina-

ting engineering; quantities, symbols and unitsof radiation physics)

DIN 5031-3:1982-03 Strahlungsphysik im opti-schen Bereich und Lichttechnik; Größen,

Formelzeichen und Einheiten der Lichttechnik(Optical radiation physics and illuminating en-gineering; quantities, symbols and units of il-luminating engineering)

DIN 5032-1:1999-04 Lichtmessung; Teil 1: Pho-tometrische Verfahren (Photometry; Part 1: Me-thods of measurement)

VDI 3786 Blatt 1:2013-08 Umweltmeteorologie;Meteorologische Messungen; Grundlagen (En-vironmental meteorology; Meteorological mea-surements; Fundamentals)

Documents

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