La mesure de l’ensoleillement et de la couverture nuageuse

4- Résultats obtenus et conclusion

(avec ancien capteur changé le 29 septembre 2016)

Exemple d’une journée bien ensoleillée avec passages de cumulus entre 12 h et 16 h et passage d’un nuage à 19 h 45.

La courbe bleue est la température du capteur solaire.

La courbe rouge est la température sous abri.

La courbe rose est la différence entre les deux.

Pour afficher cette différence sur les graphiques il faut cocher « sonde de mesure foliaire 2 » dans « station météo / sondes disponibles ».

Je le fais chez moi mais pas sur mon site, sur lequel je préfère afficher seulement la température solaire.

Les barres verticales oranges sont les périodes de 5 minutes où l’ensoleillement est supérieur à 80%

Danses les zones 1 et 2 (nuit) la température solaire est pratiquement égale à la température sous abri.

En 3, environ 10 mn après le lever du soleil une différence de température d’environ 2°C permet déjà de détecter un ensoleillement supérieure à 80%, ce qui veut dire qu’on serait capable de donner l’état du ciel (s’il y avait eu des nuages).

En 4, à 19 h 45, une très faible variation de température permet encore de détecter le passage d’un nuage.

Extrait de la page actuelle (mise à jour sur mon site toutes les 10 minutes ou trois fois par jour) :

1 – un gif animé correspondant à chaque état du ciel actuel (tag : %sungif%)

2 - l’état du ciel actuel (tag : %suntxt%) et la valeur d’ensoleillement actuelle (tag : %sunproz%)

3 - l’état du ciel moyen de la dernière heure (tag : %sun1htxt%) et la valeur d’ensoleillement correspondante (tag : %sun1hproz%)

4 - la puissance solaire théorique hors nuage actuelle (tag : %sunintenscur%)

- la puissance solaire théorique hors nuage maximum du jour et l’heure correspondante (soleil au zénith) (tag : %sunintensmax%)

5 – la durée d’ensoleillement (soleil supérieur à 80%) pendant la dernière heure (tag : %curminmaxhour[4,1,37]%)

6 - la durée d’ensoleillement du jour en cours depuis le lever du soleil (tag : %sunday%)

- la durée actuelle du jour depuis le lever du soleil et la durée totale du jour (tag : %ws_daylength%)

ou, la nuit, l’indication « soleil couché » (avant minuit) ou « soleil pas encore levé » (après minuit).

- le pourcentage de durée d’ensoleillement depuis le lever du soleil.

(ceci est fait par une combinaison de tags faite par Chriss, je peux éventuellement vous la fournir sur demande)

7 - la durée d’ensoleillement des dernières 24 h (tag : %sunday24h%)

8 - la durée d’ensoleillement de la semaine en cours (tag : %sunweek%)

9 - la durée d’ensoleillement du mois en cours (tag : %sunmonth%)

10- la durée d’ensoleillement de l’année en cours (tag : %sunyear%)

Conclusion

L’enregistrement sur les graphiques et dans les statistiques de la durée d’ensoleillement (voir : mon site ) et la fourniture en direct sur la page actuelle de la couverture nuageuse sont vraiment des paramètres météo indispensables.

Cela permet de voir au premier coup d’œil s’il « fait beau ».

Et cela ouvre la voie à tout un domaine d’études passionnantes.

Cette réalisation vous a paru compliquée ?

En fait ce n’est que l’explication qui est compliquée, car il est finalement relativement simple d’obtenir des mesures fiables à condition de comprendre ce que l’on fait.

Je suis toujours très impressionné par l’exactitude des mesures : « ensoleillé, partiellement nuageux, nuageux… » par rapport à la réalité observée.

Je vous engage vraiment à essayer, et/ou à me faire vos commentaires.

Remarque sur la mesure avec un pyranomètre à surface horizontale (Davis ou autres)

Le pyranomètre Davis donne directement des watts / m², Wswin32 pourrait donc directement utiliser ces valeurs pour enregistrer les heures d'ensoleillement (en fixant simplement un seuil, par exemple à 120 watts / m²)

Mais ceci ne permettrait pas de mesurer la couverture nuageuse avec un soleil bas sur l'horizon.

Pour ce faire Wswin32 se réfère à l'ensoleillement théorique maximum possible (hors nuage), à chaque instant, et a chaque point du globe, par un calcul connaissant la position GPS (qu'on lui a entré dans "Météo / Emplacement").

Pour mesurer directement des watts / m² (un pyranomètre mesure des watts) Davis utilise un capteur à surface horizontale.

Ceci a l'inconvénient que le capteur ne délivre qu'un signal très faible quand le soleil est prés de l'horizon (et en hiver notamment).

Alors que Wswin32 pourrait le faire précisément par le calcul avec un pyranomètre global (surface hémisphérique mesurant des watts).

Je pense que Wswin32 converti les watts / m² en watts (ou équivalent), il en a besoin pour la mesure de la couverture nuageuse, puis les re-converti en Watts / m² (avec la position GPS) pour les calculs de durées d'ensoleillement.

Cette double conversion est malheureusement source d'erreurs, notamment, comme dit précédemment, pour un soleil bas sur l'horizon (faible signal délivré par la sonde horizontale).

Je pense d'ailleurs que c'est ce qui provoque le défaut de linéarité constaté, près des seuils, sur les courbes, par certains utilisateurs (courbes "en cloche").

D'où, à mon avis la difficulté de n'obtenir des bons résultats qu'avec une longue expérience et en entrant les bons coefficient et les bonnes corrections (voir en refaisant un autre calcul, indépendamment de Wswin32).

A titre d'exemple, mon système par différence de température possède un capteur hémisphérique; il reçoit donc une puissance proportionnellement plus élevée (par rapport au Davis) pour un soleil bas sur l'horizon.

De plus je pense que dans ce cas Wswin32 n'a pas besoin de faire une double conversion.

Pour les possesseurs de station Davis qui utilisent Wswin32, je me demande même s'il ne serait pas plus intéressant d'utiliser un capteur par échauffement (comme celui-décrit ci-dessus) plutôt que le pyranomètre vendu par Davis ?

Le mesure des durées d'ensoleillement (et de la couverture nuageuse) seraient peut-être plus précise ?

Et cela n'empêche pas d'utiliser en plus le pyranomètre pour mesurer les Watts / m².

Mesure du rayonnement nocturne du sol

Pour qu'il soit toujours au soleil (quand il y en a), mon capteur de température solaire est placé en haut du mât de l'anémo-girouette, à environ 10 mètres plus haut que la mesure de température sous abri (voir photo )

Par temps clair et vent faible, le rayonnement nocturne du sol fait que la température sous abri, la nuit, peut être très nettement plus basse que la température 10 m plus haut, comme par exemple le matin et le soir du 27 février 2019 où l'on voit que la température sous abri (en rouge) peut être jusqu'à 5°C plus basse que la température du capteur solaire (en bleu):

Mais ceci ne fausse jamais la mesure de l'ensoleillement pour les raisons suivantes:

- c'est toujours par ciel clair, donc ensoleillé dès le lever du soleil, que se produit ce phénomène.

- comme dit précédemment, Wswin32 ne comptabilise du soleil qu'à partir de (et jusqu’à) une hauteur du soleil de 0.83° sur l’horizon, donc, même si la température solaire est nettement plus élevée, Wswin32 ne comptabilisera du soleil qu'à partir du même instant que si les deux températures nocturnes avaient été identiques comme dans l'exemple du 5 septembre 2006 (voir en haut de cette page)

Dans l'exemple ci dessus (du 27/02/2019), Wswin 32 mesure une journée entièrement ensoleillée (10 h 35 de soleil pour 10 h 53 de jour) ce qui est toujours le cas dans ces conditions (fort rayonnement nocturne et peu de vent).

Le phénomène est même suffisamment reproductible pour que, de nuit, une température solaire plus élevée que la température sous abri indique un ciel sans nuage.

Un autre bel exemple de rayonnement nocturne:

Juste au milieu d'une période calme et complètement nuageuse (anticyclone d'hiver), le 15 décembre 2021 vers 20h30 est apparu un creux de froid isolé, avec la température solaire (mât à 10m, en bleu) légèrement supérieure à la température sous abri (10m plus bas, en rouge).

1- temps très nuageux dans la journée (pour un temps ensoleillé la courbe bleu serait montée au moins à 18.6°C).

2- de nuit, après le coucher du soleil (16h55), les deux températures sont pratiquement identiques; le ciel est toujours couvert.

3- à 19h30 la température chute brusquement, sans pluie et sans vent, la différence des température atteint 1.3°C.

4- les deux températures redeviennent identiques; le ciel est encore couvert.

En 3 je n'ai pas vu l'éclaircie; mais la chute passagère de température a été confirmée par toutes les stations de la région (sud de Paris) et l'éclaircie a été confirmée par au moins trois observateurs de cette même région (voir éventuellement sur le forum "Observations" d'Infoclimat: https://forums.infoclimat.fr/f/topic/56909-suivi-du-temps-en-%C3%AEle-de-france-d%C3%A9cembre-2021/?do=findComment&comment=3488073 )

Le phénomène est bien dû au passage de l' éclairci (ciel sans nuage).

Je pourrais suggérer à Werner de rajouter cette fonction dans le programme et d'indiquer, dans ce cas (avec une bonne probabilité): "ciel clair" (au lieu de "sombre" comme indiqué toutes les nuits dans la page actuelle).

dernière mise à jour de cette page le 5 juin 2023

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