Meteorología y climatología de Navarra
Insolación
Se define tiempo de insolación o insolación como la suma de intervalos de tiempo durante los cuales la radiación solar directa (normal al sol) supera el umbral de 120 W/m². Otra definición basada en la medida de la radiación solar global, delimita la insolación como la suma de intervalos de tiempo durante los cuales la radiación solar global es 0,4 veces mayor que la radiación solar potencial en el exterior de la atmósfera terrestre, medidas ambas en el plano horizontal.
La insolación se mide en horas.
Cálculo de las horas de insolación en base a la radiación solar global medida por un piranómetro
La reciente definición por parte de la Organización Mundial de Meteorología (OMM) del concepto de insolación ha permitido el desarrollo y fabricación de instrumentación automática para la medición de las horas de insolación.
Se define tiempo de insolación o insolación, como la suma de intervalos de tiempo (en horas) durante los cuales la radiación solar directa (normal al sol) supera el umbral de 120 W/m².
Los sensores más complejos y precisos para este fin son los llamados pirheliómetros traccionados, que valiéndose de un colimador son capaces de seguir la trayectoria del sol. Estos sensores miden la radiación solar normal y las medidas de los mismos que superan 120 W/m² cumplen con la definición del párrafo anterior. Pero la solución del pirheliómetro es muy costosa.
Seguidor solar
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Pirheliómetro
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Una solución más simple es la de tratar de estimar la insolación en base a medidas de radiación solar global tomadas
con piranómetros, de los que sí están dotadas la mayoría de las estaciones meteorológicas automáticas. En este caso
no podemos utilizar la definición de la OMM, porque los piranómetros están instalados en plano horizontal y no
siguen la trayectoria solar. Por ejemplo, pueden darse días de verano en los que el cielo se encuentre completamente
cubierto de nubes y la componente de radiación difusa sea superior a la radiación directa, en estos días los
piranómetros medirán insolación aunque la radiación directa no sea lo suficientemente alta.
Un algoritmo alternativo ha sido recientemente sugerido por técnicos del Royal Dutch Meteorological Institute (KNMI). Ellos han propuesto y testeado un algoritmo que define la insolación o tiempo de insolación como la suma de intervalos de tiempo durante los cuales la radiación solar global es 0,4 veces mayor que la radiación solar potencial en el exterior de la atmósfera terrestre medidas ambas en el plano horizontal.
Comparativas realizadas entre datos reales y estimados según este último método muestran un error medio inferior a 0,9 horas en el total del día. Aunque en principio pueda parecer un error elevado, ellos consideran que es una precisión aceptable, siempre que este dato de insolación acumulada no sea utilizado científicamente. Se trata de utilizar los piranómetros diseñados para tomar medidas de radiación solar global de calidad científica para la estimación de la insolación, sin grandes sobrecostes en inversiones y mantenimiento.
La radiación solar potencial en la parte externa de la atmósfera terrestre para una superficie perpendicular a los rayos del sol está perfectamente definida y se conoce como constante solar. Aunque fluctúa algo durante el año, puede considerarse que su valor medio es de 1373 W/m².
La radiación solar potencial (S0) en un punto del planeta y en un momento determinado se calcula del modo siguiente:
El ángulo de elevación del sol se calcula del modo siguiente:
La declinación solar ( δ ) se define como el ángulo que forman el plano ecuatorial de la tierra y la línea imaginaria que une los centros del sol y de la tierra. Por el método de Cooper:
La hora del mediodía del sol del lugar ( t0 ) es igual a:
Ecuación del tiempo. Es la diferencia entre el tiempo solar medio (medido por un reloj) y el tiempo solar aparente (medido con un reloj de sol). Su formulación es igual a:
siendo
La diferencia entre la hora solar o tiempo solar medio (medido por un reloj preciso) y el tiempo solar aparente (medido con un reloj de sol) es debida a la órbita elíptica de la tierra alrededor del sol según las leyes del movimiento planetario descritas por Kepler, que hace que la tierra cambie de velocidad de traslación en su trayectoria alrededor del sol, mas lenta en la parte mas lejana y mas rápida en la mas cercana. Por otra parte también está influenciada por la oblicuidad de la elíptica (Eratóstenes) o inclinación del eje de la tierra con respecto a la elíptica.
Un algoritmo alternativo ha sido recientemente sugerido por técnicos del Royal Dutch Meteorological Institute (KNMI). Ellos han propuesto y testeado un algoritmo que define la insolación o tiempo de insolación como la suma de intervalos de tiempo durante los cuales la radiación solar global es 0,4 veces mayor que la radiación solar potencial en el exterior de la atmósfera terrestre medidas ambas en el plano horizontal.
Piranómetro
Comparativas realizadas entre datos reales y estimados según este último método muestran un error medio inferior a 0,9 horas en el total del día. Aunque en principio pueda parecer un error elevado, ellos consideran que es una precisión aceptable, siempre que este dato de insolación acumulada no sea utilizado científicamente. Se trata de utilizar los piranómetros diseñados para tomar medidas de radiación solar global de calidad científica para la estimación de la insolación, sin grandes sobrecostes en inversiones y mantenimiento.
Cálculo de la Radiación Solar Potencial
La radiación solar potencial en la parte externa de la atmósfera terrestre para una superficie perpendicular a los rayos del sol está perfectamente definida y se conoce como constante solar. Aunque fluctúa algo durante el año, puede considerarse que su valor medio es de 1373 W/m².
La radiación solar potencial (S0) en un punto del planeta y en un momento determinado se calcula del modo siguiente:
S0 = 1373 . sen Φ
siendo
1373 W/m² - la constante solar
Φ - ángulo de elevación del sol
El ángulo de elevación del sol se calcula del modo siguiente:
sen Φ = sen δ . sen l + cos δ . cos l . cos {360/24 . (t - t0)}
siendo
Φ ángulo de elevación del sol
δ declinación solar
l latitud del lugar
t hora solar actual del lugar
t0 hora del mediodía del sol del lugar
La declinación solar ( δ ) se define como el ángulo que forman el plano ecuatorial de la tierra y la línea imaginaria que une los centros del sol y de la tierra. Por el método de Cooper:
δ = -23,45 . cos {360/365 . (j + 10)}
siendo
δ declinación solar
-23,45 ángulo de inclinación del eje polar con respecto a la normal al plano
elíptico (generado en modo imaginario por la tierra en su giro
anual alrededor del sol)
j día juliano
j+10 la ecuación es referenciada al 21 de diciembre o perihelio
La hora del mediodía del sol del lugar ( t0 ) es igual a:
t0 = 12 - lc - Et
siendo
t0 hora del mediodía del sol del lugar
lc el corrector de la longitud del lugar
Et la ecuación del tiempo (en horas)
lc = (ls - l ) /15
15 = 360 / 24
siendo
ls la longitud del meridiano estándar del lugar (en el caso de Navarra
igual a 0 por el meridiano de Greenwich)
l la longitud del lugar
Ecuación del tiempo. Es la diferencia entre el tiempo solar medio (medido por un reloj) y el tiempo solar aparente (medido con un reloj de sol). Su formulación es igual a:
Et = {-7,655 . sen (2 . π. j / 365,242) + 9,873 . sen {2 . (2 . π. j / 365,242) + 3,588}}/60
(los ángulos en este caso están en radianes)
siendo
Et la ecuación del tiempo (en horas)
j día juliano
La diferencia entre la hora solar o tiempo solar medio (medido por un reloj preciso) y el tiempo solar aparente (medido con un reloj de sol) es debida a la órbita elíptica de la tierra alrededor del sol según las leyes del movimiento planetario descritas por Kepler, que hace que la tierra cambie de velocidad de traslación en su trayectoria alrededor del sol, mas lenta en la parte mas lejana y mas rápida en la mas cercana. Por otra parte también está influenciada por la oblicuidad de la elíptica (Eratóstenes) o inclinación del eje de la tierra con respecto a la elíptica.
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