Une paramétrisation de la luminance énergétique du ciel clair en fonction de la turbidité

Résumé

En se limitant au cas du ciel clair, la luminance énergétique de courtes longueurs d'onde en un point du ciel a été paramétrisée empiriquement en fonction de l'angle zénithal du soleil (ou de la masse atmosphérique) et du coefficient de turbidité d'Angström, après normalisation par l'éclairement diffus au sol. Dans la zone circumsolaire située à moins de 3° d'arc du soleil, les mesures expérimentales du Lawrence Berkeley Laboratory ont été utilisées. Il apparaît que la luminance normalisée est fortement fonction de la turbidité dans cette zone. Pour le reste du ciel, une autre paramétrisation a été obtenue à partir de différentes séries de mesures. La radiance normalisée est alors très peu fonction de la turbidité.

Une bonne concordance d'ensemble est observée entre le modèle ainsi obtenu et divers résultats théoriques et expérimentaux. Dans le cas d'un angle de diffusion inférieur à 10° environ, le modèle manque encore de précision puisqu'il ne prend pas en considération les propriétés optiques des aérosols, du fait de son souci de simplicité. Cependant, ce modèle permet de représenter l'anisotropie du ciel de façon plus réaliste que les modèles empiriques actuellement en usage. Il semble donc être approprié pour réaliser les intégrations partielles requises par diverses applications pratiques, par exemple en radiométrie et en énergie solaire (rayonnement reçu par les plans inclinés).

Abstract

In the specific case of clear skies, the short‐wave sky radiance (normalized by the diffuse irradiance) has been empirically formulated as a function of the sun's zenith angle (or the air mass), and the Angström turbidity coefficient. In the circumsolar zone within 3° of the sun, the experimental measurements obtained by the Lawrence Berkeley Laboratory were used. In this zone, the normalized radiance is a strong function of turbidity. For the rest of the sky, a parametrization of the normalized radiance was obtained after an analysis of different experimental data sets, showing it is only very weakly related to turbidity.

The proposed model appears consistent with various theoretical and experimental results. However, inside a zone within 10° of the sun, the proposed model still lacks accuracy because it does not take the aerosol optical characteristics into consideration. Even so, this parametrization makes a more realistic allowance for sky anisotropy than empirical models in present use. The proposed model appears appropriate in cases where partial integrations are necessary for practical applications, e.g. radiometry and solar energy (radiation received by inclined planes).

Notes

Une grande partie de ce travail a été réalisée alors que l'auteur était au Département de Génie mécanique, École Polytechnique de Montréal.