Handboek waarnemen -  Straling
 
Metingen van straling betreffen een aantal relevante spectraalgebieden. Twee hoofdgebieden worden hierbij onderscheiden: kortgolvige straling en langgolvige straling. De grens ligt ongeveer bij 4µm {= 4000 nanometer (nm)}. Het zogeheten kortgolvige gebied wordt ruwweg bepaald door het spectrale energiegebied van de zon. Feitelijk gaat het hierbij om de met het menselijke oog zihtbare straling plus een deel van de ultraviolette
(UV)-straling en een deel van de nabije infrarode (IR)-straling. Het langgolvige gedeelte wordt bepaald door het spectrale energiegebied van het aardoppervlak en de atmosfeer.

Meer specifiek worden de metingen gericht op de volgende golflengte gebieden:
a) kortgolvige straling
- het grootste deel van het hele kortgolvige gebied heeft een spectraal venster van 0,305–2,800µm.
- UV-A straling: gol. engte: 0,315 ( of 0,32) - 0.4µm.
- UV-B straling: gol. engte: 0,28 - 0,315µm.
b) langgolvige straling met een golflengtevan:  4 -100 µm in het Infrarood gebied.

Kortgolvige straling

In de meteorologie en de klimatologie gaat het bij de grootheid kortgolvige straling om straling van de zon die direct of indirect het aardoppervlak bereikt. Langgolvige straling is de straling die vanuit het aardoppervlak of de aardatmosfeer wordt uitgezonden. In het kader van de grootheid kortgolvige straling worden de volgende subgrootheden onderscheiden: “globale straling", “directe straling", “diffuse straling" , “uitgaande kortgolvige straling" en “netto kortgolvige straling". De sub grootheden “zonneschijnduur" en “relatieve zonneschijnduur" worden afgeleid uit de “directe straling".

- globale straling

De globale straling is de totale inkomende kortgolvige straling die het aardoppervlak bereikt (= de som van de directe en de diffuse straling).
Bedoeld wordt de totale inkomende kortgolvige stralingsenergie . ux door een horizontale oppervlakte-eenheid. Deze grootheid wordt in de regel uitgedrukt in de hoeveelheid energie per tijdseenheid per oppervlakte-eenheid (W/m2).

- directe straling

De directe straling is de inkomende kortgolvige straling, die het aardoppervlak rechtstreeks bereikt. De overgedragen energie wordt bij de meting bepaald in een hoeveelheid energie per tijdseenheid per oppervlakte-eenheid in een vlak loodrecht op de invalsrichting van de zon (W/m2).
Gebruik makend van de invalshoek van de directe straling op het aardoppervlak kan de gemeten waarde directe straling worden herleid tot de hoeveelheid energie per tijdseenheid per oppervlakte-eenheid (W/m2) in het horizontale vlak, zodat de samenhang van de directe straling met de globale en diffuse straling kan worden gevalideerd.

- diffuse straling

De diffuse straling is de inkomende kortgolvige straling, die het aardoppervlak door verstrooiing en reflectie in de atmosfeer bereikt. De overgedragen energie wordt in de regel uitgedrukt in een hoeveelheid energie per tijdseenheid per oppervlakte-eenheid (W/m2) in het horizontale vlak.

- uitgaande kortgolvige straling

De uitgaande kortgolvige straling is een gedeelte van de globale straling, dat aan het aardoppervlak wordt gere. ecteerd of verstrooid in de richting
van de atmosfeer. De overgedragen energie wordt in de regel uitgedrukt in een hoeveelheid energie per tijdseenheid per oppervlakte-eenheid (W/m2)
in het horizontale vlak.
 
- netto kortgolvige straling
De netto kortgolvige straling is de globale straling minus de uitgaande kortgolvige straling, feitelijk dus de door het aardoppervlak geabsorbeerde straling

Het KNMI gebruikt instrumenten van de fa.Kipp & Zonen B.V. te Delft voor de metingen van de stralingscomponenten. De CM11 pyranometers die
in het KNMI meetnet operationeel worden gebruikt voor metingen globale c.q. diffuse straling worden niet geventileerd en zijn niet verwarmd. Onderzoek heeft uitgewezen dat een en ander geen noemenswaardige bijdrage levert aan verbetering van de meetresultaten.

Meetgrootheden per spectraalgebied

De subgrootheden directe straling, globale straling en diffuse straling zijn specifiek van toepassing onder operationele meetgebieden.
We krijgen aldus de volgende relevante specifieke meetgrootheden:
 
CM11 Pyranometer
 
• het grootste deel van het hele kortgolvige gebied: 0,305–2,800 µm
- globale straling
- directe straling
- diffuse straling
• UV-A: 0,315 ( of 0,32) - 0.4 µm
- globale UV-A straling
- directe UV-A straling
- diffuse UV-A straling
•UV-B : 0,28 - 0,315 µm
- globale UV-B straling
- directe UV-B straling
- diffuse UV-B straling
 
De uitgaande kortgolvige straling wordt niet operationeel door het KNMI gemeten. Daarmee kan ook de netto kortgolvige straling niet uit de metingen worden herleid. De componenten langgolvige straling, te weten de inkomende langgolvige straling en de uitgaande langgolvige straling, worden niet operationeel door het KNMI gemeten. Daarmee kunnen ook de netto langgolvige straling ( = inkomend - uitgaand ), alsmede de netto straling
(= netto langgolvige + netto kortgolvige straling) niet uit de metingen worden herleid

Zonneconstante en extraterrestrische straling

Een grootheid die in diverse berekeningen omtrent de ontvangen zonneenergie een rol speelt is de zogeheten zonneconstante. Deze constante is een maat voor de energiesterkte van de zon. Deze vertegenwoordigt de ontvangen hoeveelheid stralingsenergie per tijdseenheid van de zon bij afwezigheid van de atmosfeer op een willekeurige vlak in de ruimte loodrecht op de invalsrichting van de zonnestralen. De afstand van dit vlak tot het middelpunt van de zon is gelijk aan de gemiddelde afstand tussen de middel punten van de aarde en de zon. Bij gemiddelde afstand bedraagt de waarde van de constante ca. 1367 W/m 2. Mede op basis van de zonneconstante kan berekend worden wat de inkomende stralingsenergie per tijdseenheid per oppervlakte-eenheid op het horizontale vlak aan de rand van de atmosfeer is. Men spreekt hierbij van de extraterrestrische straling.

Eenheden

De gebruikte standaard eenheid voor straling als energie. ux (irradiantie) is conform SI en is als volgt: W/m = Js-1m.
In toepassingen wordt ook straling als energiestroom gebruikt, zoals bij de berekening van verdamping. De standaard eenheid bij deze stralingsparameter is J/m. Omdat dit bij deze eenheid veelal resulteert in bizar grote getallen wordt door het KNMI voor straling als energiestroom
de eenheid J/cm. (W = Watt, J = Joule, s = seconde, m = meter,  cm = centimeter).

Beschrijving van de variabelen

Bij de operationele metingen globale straling, directe straling en diffuse straling met betrekking tot de grootheden gehele kortgolvige spectrum c.q. UV-A c.q. UV-B worden de volgende variabelen geregistreerd:

Maximum straling

De maximum straling in een bepaald tijdvak (10-minuten, uur, dag) betreft de hoogste 12 seconde waarde in dit tijdvak (W/m).

Minimum straling

De minimum straling in een bepaald tijdvak (10-minuten, uur, dag) betreft de laagste 12 seconde waarde in dit tijdvak (W/m).

Gemiddelde straling
De gemiddelde straling in een bepaald tijdvak (10-minuten, uur, dag) betreft het gemiddelde van alle metingen in dit tijdvak (W/m).

Stralingssom

De stralingssom in een bepaald tijdvak (10-minuten, uur, dag) betreft het product van de gemiddelde straling en de duur van dat tijdvak in seconden, uitgedrukt in J/m,of dit getal gedeeld door 10000 en dan uitgedrukt in J/cm.
 
Opstellingseisen en omgevingscondities 
 
Globale straling
De CM11-sensoren voor de metingen globale straling worden gemonteerd op een vertikaal statief en bevinden zich op een hoogte van 1,5 m boven vlak terrein, in principe kortgemaaid gras. Er zijn in de omgeving van de meetlocatie geen obstakels die 5 graden of meer uitsteken boven de horizon bekeken vanuit de sensor. In de directe omgeving van de meetlocatie, dat wil zeggen binnen een straal van 200 meter vanaf de sensor, bevinden zich geen obstakels van welke aard dan ook die door uitstraling de metingen kunnen beïnvloeden.

Het horizontale vlak van de instrumenten voor de metingen globale straling is waterpas. De glazen bollen van de instrumenten zijn vrij van stof en rijpaanslag. De beheerder van het meetterrein heeft in principe dagelijks toezicht en draagt zorg voor het schoon zijn van de instrumenten.
Rond het instrument zijn ter afstoting van vogels draden gespannen. 
 
Zonnevolger De Bilt  (foto: Willem Hovius)
  Overige stralingscomponenten
Voor de overige stralingscomponenten (directe kortgolvige straling,
diffuse kortgolvige straling, globale UV-A straling, directe UV-A straling, diffuse UV-A straling, globale UV-B straling, directe UV-B straling, diffuse UV-B straling), die alleen in De Bilt operationeel worden gemeten, geldt als basisvoorwaarde dat in het hemelgewelf vanaf 5 graden boven de horizon
de lijn tussen de zon en de meetlocatie niet wordt onderbroken door een obstakel.

De instrumenten voor de metingen zijn gemonteerd op een plateau van de zonnevolger, dat waterpas is. Hoogte plateau: 20,97 meter ten opzichte van maaiveld.

De instrumenten voor de metingen directe straling (incl. UV-componenten) zijn door een mechanisme in de zonnevolger te allen tijde op het
middelpunt van de zon gericht, dat wil zeggen in de periode dat de zon boven de horizon staat. Het zelfde mechanisme draagt er zorg voor dat de instrumenten voor de metingen diffuse straling (incl. UV-componenten) zich te allen tijde in de schaduw van een bol bevinden die op de volger is gemonteerd. 
 
Bron: KNMI handboek waarnemen