Acta Univ. Agric. Silvic. Mendelianae Brun. 2004, 52(5), 13-28 | DOI: 10.11118/actaun200452050013

Využití denních teplotních extrémů a úhrnu srážek k odhadu globálního slunečního záření

Miroslav Trnka
Ústav krajinné ekologie, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Česká republika

V rámci této práce byly testovány dvě metody odhadu denní globální radiace s použitím hodnot teplotních extrémů a denního úhrnu srážek. Všechny parametry nezbytné pro aplikaci obou metod byly odvozeny z literatury, případně na základě běžně dostupných dlouhodobých klimatických charakteristik pro jednotlivé meteorologické stanice. Je nutné zdůraznit, že pro parametrizaci metod nebyly použity měřené hodnoty RG. K otestování obou metod byla sestavena databáze zahrnující deset meteorologických stanic na území České republiky a Rakouska obsahující celkem 41 640 pozorovacích dní, pro které byly k dispozici hodnoty pozorované denní sumy RG, denní maximální a minimální teplota a úhrn srážek. Obě metody byly srovnávány s pomocí koeficientu determinace, hodnoty směrnice regresní přímky, průměrné odchylky (MBE) a odmocniny průměrné kvadratické chyby (RMSE). Metoda navržená Winslowem et al. (rovnice (1)) je schopná vysvětlit 86 % variability pozorovaných denních hodnot RG, přičemž hodnota systematické chyby v ročním průměru vyjádřená jako MBE činí 0,19 MJ.m-2.den-1 a průměrná velikost nesystematické chyby vyjádřená hodnotou RMSE ve stejném období činí 3,09 MJ.m-2.den-1. Výpočty s použitím metody publikované Thorntonem a Runningem (rovnice (2)) jsou zatíženy větší systematickou i nesystematickou chybou, a proto lze pro území střední Evropy (do nadmořské výšky 600 m n. m.) doporučit rovnici (1). I když hodnoty relativní MBE během některých měsíců překračují 10 % a hodnoty RMSE přesahují 30 %, lze rovnici (1) doporučit pro odhad denních a měsíčních sum RG pro stanice, na nichž nejsou k dispozici měřené hodnoty RG, slunečního svitu případně oblačnosti, které umožňují přesnější určení hodnot RG.

globální sluneční radiace, empirické modely

Estimates of daily global solar radiation based on the daily temperature extremes and precipitation sums

Two methods for estimating daily global solar radiation (RG) based on the daily temperature extremes and precipitation sum are compared in the study. All parameters necessary for application of both methods were derived either from literature or from climatic characteristics easily available at the given meteorological stations excluding need for measured RG data. The performance of both methods was assessed with a help of meteorological database including 4 stations in the Czech Republic (data were provided by the Czech Hydrometeorological Institute) and 6 in Austria (data provided by the Austrian Weather Service) containing in total 41 640 observational day. For each day in the database observed daily sum of RG, daily maximum and minimum temperatures and precipitation sum were available. Coefficient of determination, slope of regression line forced through origin, mean bias error (MBE) and root mean square error (RMSE) were used as performance indicators. The first method proposed by Winslow et al. (2001) - Eq. (1) is capable to explain 86% of daily RG variability, with systematic error represented by MBE equaling to 0.19 MJ.m-2.day-1 and random error indicated by RMSE reaching up to 3.09. The second method published by Thornton and Running (1999)-Eq. (2) was found to be in almost all parameters inferior to the Eq. (1) and thus the Eq. (1) is recommended to be used in the Central European region (up to 600 m above the sea level). This method might be recommended for stations where neither measured RG or sunshine duration hours exist. However, one should take into consideration that relative MBE and RMSE are in some months higher than 10% and 30% respectively, which may compromise results of subsequent calculations made with use of estimated solar radiation data and alter the order of the method suitability.

Keywords: global solar radiation, empirical models
Grants and funding:

Tato studie byla uskutečněna s finanční podporou projektu Grantové Agentury ČR č. 521/03/D059.

Received: January 22, 2004; Published: April 21, 2015  Show citation

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
Trnka, M. (2004). Estimates of daily global solar radiation based on the daily temperature extremes and precipitation sums. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis, 52(5), 13-28. doi: 10.11118/actaun200452050013
Share...
Download citation
  • BibTeX (.bib)
  • Bookends (.ris)
  • EasyBib (.ris)
  • EndNote (.enw)
  • EndNote 8 (.xml)
  • ISI WoS (.isi)
  • Medlars (.medlars)
  • Mendeley (.ris)
  • MODS (.xml)
  • Papers (.ris)
  • RefWorks (.txt)
  • RefManager (.ris)
  • RIS (.ris)
  • MS Word (.xml)
  • Zotero (.ris)
    • Open full article

    References

    1. ALLEN, R. G., PEREIRA, L. S., RAES, D., SMITH, M.: Crop evapotranspiration: Guidelines for computing crop requirements., Irrigation and Drainage Paper No. 56, FAO, Rome, Italy, 1998, 300 pp.
    2. ALMEIDA, A. C., LANDSBERG, J. J.: Evaluating methods of estimating global radiation and vapor pressure deficit using a dense network of automatic weather stations in coastal Brazil, Agric. For. Meteorol., 2003, 118, 237-250 DOI: 10.1016/S0168-1923(03)00122-9 Go to original source...
    3. ANGSTŐM, A.: Solar and terrestrial radiation. Q.J.R. Meteorol. Soc. 50, 1924, 121-125 DOI: 10.1002/qj.49705021008
    4. BRISTOW, K., CAMBELL, G. S.: On the relationship between incoming solar radiation and daily maximum and minimum temperature, Agric. For. Meteorol., 1984, 52, 275-286 Go to original source...
    5. DAVIES, J. A., McKAY, D. C.: Evaluation of selected models for estimating solar radiation on horizontal surfaces, Solar Energy, 1989, 43, 3, 153-168 DOI: 10.1016/0038-092X(89)90027-3 Go to original source...
    6. De JONG, R., STEWART, D. W.: Estimating global solar radiation from common meteorological observations in western Canada, Can. J. Plant. Sci., 1993, 73, 509-518 DOI: 10.4141/cjps93-068 Go to original source...
    7. DONATELLI, M., CAMBELL, G. S.: A simple method to estimate global radiation, Proceedings of the 5th ESA conference, Nitra, 1998, 133-134
    8. DUFFIE, J. A., BECKMAN, W. A.: Solar Engineering of Thermal Processes, Wiley, New York, 1980, 109 pp.
    9. FROLICH, C.: Observations of the solar constant and its variations - a summary. In : Boulder CO (Ed.) A collection of extended abstracts presented at the symposium on the solar constant and the distribution of solar irradiance. Source: Burman R & Pochop LO (1994) Evaporation, evapotranspiration and climatic data. Developments in Atmospheric science 22.Elsevier, Amsterdam, 1982, 278 pp.
    10. GUEYMARD, C. A.: The sun's total and spectral irradiance for solar energy applications and solar radiation models, Solar Energy, 2003, (in print) Go to original source...
    11. KASTEN, F., CZEPLAK, G.: Solar and terrestrial radiation dependent on the amount and type of cloud, Solar Energy, 1980, 177-189 DOI: 10.1016/0038-092X(80)90391-6 Go to original source...
    12. KLABZUBA, J., BUREŠ, R., KOŽNAROVÁ, V.: Model výpočtu denních sum globálního záření pro použití v růstových modelech, Proceedings of the "Bioklimatologické pracovné dni 1999 Zvolen", 1999, 121-122
    13. LINDSEY, S. D., FARNSWORT, R. K.: Sources of solar radiation estimates and their effect on daily potential evaporation for use in streamflow modelling, J.Hydrol., 1997, 201, 348-366 DOI: 10.1016/S0022-1694(97)00046-2 Go to original source...
    14. LLASAT, M. C., SNYDER, R. L.: Data error effect on net radiation and evapotranspiration estimation, Agric. For. Meteorol., 1998, 91, 209-221 DOI: 10.1016/S0168-1923(98)00070-7 Go to original source...
    15. LIU, D. L., SCOTT, B. J.: Estimation of solar radiation in Australia from rainfall and temperature observations, Agric. For. Meteorol., 2001, 106, 41-59 DOI: 10.1016/S0168-1923(00)00173-8 Go to original source...
    16. OESTERLE, H.: Reconstruction of Daily Global Radiation for Past Years for use in Agricultural Models, Phys. Chem. Earth, 2001, 26, 3, 253-256 DOI: 10.1016/S1464-1909(00)00248-3 Go to original source...
    17. PRESCOTT, J. A.: Evaporation from a water surface in relation to solar radiation. Trans. R. Soc. South Australia, 1940, 64, 114-118
    18. SUPIT, I., van KAPPEL, R. R.: A simple method to estimate global radiation, Solar Energy, 1998, 63, 147-160 DOI: 10.1016/S0038-092X(98)00068-1 Go to original source...
    19. THORNTON, P. E., HASENAUER, H., WHITE, M. A.: Simultaneous estimation of daily solar radiation and humidity from observed temperature and precipitation: an application over complex terrain in Austria, 2000, 104, 255-271 Go to original source...
    20. THORNTON, P. E., RUNNING, S. W.: An improved algorithm for estimating incident daily solar radiation from measurements of temperature, humidity and precipitation, Agric. For. Meteorol., 1999, 93, 211-228 DOI: 10.1016/S0168-1923(98)00126-9 Go to original source...
    21. THORNTON, P. E., RUNNING, S. W., WHITE, M. A.: Generating surfaces of daily meteorological variables over large regions of complex terrain, J.Hydrol., 1997, 190, 214-251 DOI: 10.1016/S0022-1694(96)03128-9 Go to original source...
    22. TRNKA, M., EITZINGER, J., KAPLER, P., ŽALUD, Z., FORMAYER, H., DUBROVSKÝ, M., SEMERÁDOVÁ, D.: Comparison of various methods for estimating daily global solar radiation, Bioklimatologické pracovní dny Račková Dolina 2003: s.6, plné znění CD ROM2003, ISBN 80-8069-244-0
    23. VANÍČEK, K.: Použití nepřímých výpočetních metod k určení některých základních charakteristik pole slunečního záření, Meteorologické zprávy, 1985, 38, 72-75
    24. WINSLO, J. C., HUNT, E. R., PIPER, S. C.: A globally applicable model of daily solar irradiance estimated from air temperature and precipitation data, Ecol. Modelling, 2001, 143, 227-243 DOI: 10.1016/S0304-3800(01)00341-6 Go to original source...
    25. ŽALUD, Z, DUBROVSKÝ, M.: Modelling climate change impacts on maize growth and development Theor Appl Climatol 72, 2002, 1 - 2, 85-102 DOI: 10.1007/s007040200015 Go to original source...

    This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License (CC BY NC ND 4.0), which permits non-comercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original publication is properly cited. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.


    Return to the content