Kipp&Zonen BSRN Scientific Solar Monitoring System - Manual (Page 9)

VII
C 3. Annex 2 to the Diffuse Geom etry W G Report: Optim ization of Diffusom eters to
Pyrheliom eters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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C 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
C 3.2 Basic considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
C 3.2.1 Sky functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
C 3.2.2 The pyrheliom eters and pyranom eters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
C 3.2.3 Existing diffusom eters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
C 3.2.4 Optim al system s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
C 3.3 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
C 4. Annex 3 to Diffuse Geom etry W G Report: Exam ination of shading m echanism s for
diffuse sky irradiance m easurem ent for use in the BSRN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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C 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
C 4.2 Irradiance in the instrum ent: Num erical solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
C 4.3 Sun at zenith . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
C 4.4 Sun at an arbitrary zenith angle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
C 4.5 Analytical solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
C 4.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
C 4.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Annex D Pyrheliom eters and Pointing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
D 1. On the Pointing Error of Pyrheliom eters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
D 1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
D 1.2 The m ethod of calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
D 1.2.1 Radiance along the solar disk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
D 1.2.2 Radiance along the circum solar sky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
D 1.2.3 The penum bra functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
D 1.3 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
D 1.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
D 1.5 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
D 2. Effect of Clouds on the Pyrheliom etric Measurem ents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
D 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
D 2.2 The geom etry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
D 2.2.1 Cloud edge scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
D 2.2.2 Cloud side reflectance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
D 2.3 Measurem ents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
D 2.4 The applied radiance distributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
D 2.5 The pyrheliom eters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
D 2.6 The effect of clouds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
D 2.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
D 2.8 Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
Annex E Suppliers of Solar Tracking Instrum ents (Partial Listing) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Annex F Suppliers of Data Acquisition System s (Partial Listing) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
F 1. Data Acquisition Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
F 2. Data Acquisition Suppliers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
Annex G Sam ple log sheets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
Annex H Com m on Term s and Form ulas used in Uncertainty Determ inations . . . . . . . . . . . . . . . 158
H 1. Com m on Term s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
H 2. Com m on Form ulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
H 2.1 Type A Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
H 2.2 Type B Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
Annex I Solar Position Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
Annex J BSRN Data Managem ent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174