Three of the leading computer daylighting simulation programs are compared with physical modeling techniques as a means of predicting daylighting performance of interior spaces. Lumen-Micro, Adeline and Lightscape are compared with physical model experiments under clear sky conditions. The comparative evaluations are conducted on analysis of daylight illuminance ratio(%) depending on model types. The estimated average errors are analyzed on 9.4% in Lumen-Micro, 6.3% in Adeline and 3.4% in Lightscape. Therefore, it is proved that three programs are useful for evaluating daylighting performance in our clear sky condition.
The use of daylighting has been increased recently due to energy and visual comfort. The aims of interior daylighting are to adequately illuminate visual tasks, to create an attractive visual environment, and to save electrical energy. Lightpipe can improve the distribution of light to interior spaces. This study aims to evaluate the comparative daylighting performance of lightpipe under different sky conditions with mock-up model, sized $6m{\times}6m{\times}4m$ ($w{\times}d{\times}h$). For the purpose, perpendicular lightpipe system was designed as 650 diameter, with an aspect ratio of 2. Totally 49 measuring points of and two of outdoor illuminance on the horizontal plane were monitored from 09:00 to 18:30 on April 29 and May 15 2008. Agilent data logger and photometric sensor were used. Light factor were used to analyse daylight performance under different sky condition. Under overcast sky condition and clear sky condition, the lightpipe system is suitable for KS recommendation level of illuminance.
Spectral solar irradiances were observed using a visible and UV Multi-Filter Rotating Shadowband Radiometer on the rooftop of the Science Building at Yonsei University, Seoul ($37.57^{\circ}N$, $126.98^{\circ}E$, 86 m) during one year period in 2006. 1-min measurements of global(total) and diffuse solar irradiances over the solar zenith angle (SZA) ranges from $20^{\circ}$ to $70^{\circ}$ were used to examine the effects of clouds and total optical depth (TOD) on enhancing four solar irradiance components (broadband 395-955 nm, UV channel 304.5 nm, visible channel 495.2 nm, and infrared channel 869.2 nm) together with the sky camera images for the assessment of cloud conditions at the time of each measurement. The obtained clear-sky irradiance measurements were used for empirical model of clear-sky irradiance with the cosine of the solar zenith angle (SZA) as an independent variable. These developed models produce continuous estimates of global and diffuse solar irradiances for clear sky. Then, the clear-sky irradiances are used to estimate the effects of clouds and TOD on the enhancement of surface solar irradiance as a difference between the measured and the estimated clear-sky values. It was found that the enhancements occur at TODs less than 1.0 (i.e. transmissivity greater than 37%) when solar disk was not obscured or obscured by optically thin clouds. Although the TOD is less than 1.0, the probability of the occurrence for the enhancements shows 50~65% depending on four different solar radiation components with the low UV irradiance. The cumulus types such as stratoculmus and altoculumus were found to produce localized enhancement of broadband global solar irradiance of up to 36.0% at TOD of 0.43 under overcast skies (cloud cover 90%) when direct solar beam was unobstructed through the broken clouds. However, those same type clouds were found to attenuate up to 80% of the incoming global solar irradiance at TOD of about 7.0. The maximum global UV enhancement was only 3.8% which is much lower than those of other three solar components because of the light scattering efficiency of cloud drops. It was shown that the most of the enhancements occurred under cloud cover from 40 to 90%. The broadband global enhancement greater than 20% occurred for SZAs ranging from 28 to $62^{\circ}$. The broadband diffuse irradiance has been increased up to 467.8% (TOD 0.34) by clouds. In the case of channel 869.0 nm, the maximum diffuse enhancement was 609.5%. Thus, it is required to measure irradiance for various cloud conditions in order to obtain climatological values, to trace the differences among cloud types, and to eventually estimate the influence on solar irradiance by cloud characteristics.
We compare insolation results calculated from two well-known empirical formulas (Socket and Beaudry's SB73 formula and the original Smithsonian (SMS) formula) and a radiative transfer model using input data predicted from meteorological weather-forecast models, and review the accuracy of each method. Comparison of annual mean daily irradiance values for clear-sky conditions between the two formulas shows that, relative to the SMS, the SB73 underestimates spring values by 9 W $m^{-2}$ in the northern Adriatic Sea, although overall there is a good agreement between the annual results calculated with the two formulas. We also elucidate the effect on SMS of changing the 'Sun-Earth distance factor (f)', a parameter which is commonly assumed to be constant in the oceanographic context. Results show that the mean daily solar radiation for clear-sky conditions in the northern Adriatic Sea can be reduced as much as 12 W $m^{-2}$ during summer due to a decrease in the f value. Lastly, surface irradiance values calculated from a simple radiative transfer model (GM02) for clear-sky conditions are compared to those from SB73 and SMS. Comparison with iu situ data in the northern Adriatic Sea shows that the GM02 estimate gives more realistic surface irradiance values than SMS, particularly during summer. Additionally, irradiance values calculated by GM02 using the buoy meteorological fields and ECMWF (The European Centre for Medium Range Weather Forecasts) meteorological data show the suitability of the ECMWF data usage. Through tests of GM02 sensitivity to key regional meteorological factors, we explore the main factors contributing significantly to a reduction in summertime solar irradiance in the Adriatic Sea.
청천복사휘도는 히마와리-8호 정지궤도 기상위성에서 제공되는 주요 산출물 중의 하나로서, 자료동화 과정을 통해 수치예보 정확도 향상에 기여한다. 특히, 청천복사휘도는 대기운동벡터와 함께 대기 상층에서 자료동화의 효과를 보인다. 본 연구에서는 히마와리-8호 청천복사휘도의 편차 특성 분석과 평가를 통해 자료를 활용하는 사용자에게 정보를 제공해주고, 효과적으로 자료를 사용할 수 있도록 수치예보모델자료를 활용한 편차와 불확실성을 계산하였다. 일본 기상청에서 제공되는 청천복사휘도를 관측 자료로 사용하였고, 17 km 공간해상도의 기상청 전구 모델 Unified Model(UM) 자료와 복사전달모델 RTTOV-v11.2를 이용하여 청천복사휘도를 모의하였다. 먼저, 관측자료의 특성을 파악하고 관측자료와 모의된 청천복사휘도의 채널별 편차특성을 분석하였다. 전반적인 결과는 히마와리-8호 위성의 세 개의 수증기 채널(6.2, 6.9, $7.3{\mu}m$)에서는 양의 편차를 보인 반면에 대기창 적외 채널(10.4, 11.2, $12.4{\mu}m$)에서는 음의 편차를 보였다. 또한 분석결과는 계절과 영역에 따라 상이하게 나타났으며, 특히 사막이나 고지대 지역의 편차 특성이 뚜렷하게 나타났다. 이를 통해 청천복사자료를 활용할 때 시공간적인 특성을 고려해야 함을 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과는 히마와리-8호 AHI의 청천복사휘도를 자료동화 할 때 전처리 과정에서 유용하게 활용될 수 있을 것이며, 2018년에 발사된 천리안-2A호의 산출물 활용에도 도움이 될 것으로 기대한다.
Determining 'photosynthetically active radiation' (PAR) is a key part of calculating phytoplankton productivity in a biogeochemical model. We explore the daily and seasonal variability in the ratio of PAR irradiance to total irradiance that occurred at Ieodo Ocean Research Station (IORS) in the East China Sea under clear-sky conditions in 2004 using a simple radiative transfer model (RTM). Meteorological data observed at IORS and aerosol optical properties derived from Aerosol Robotic Network observations at Gosan are used for the RTM. Preliminary results suggest that the use of simple PAR irradiance-ratio values is appropriate in calculating phytoplankton productivity as follows: an average of $0.44\;({\pm}0.01)$ in January to an average of $0.48\;({\pm}0.01)$ in July, with average daily variabilities over these periods of about $0.016\;({\pm}0.008)$ and $0.025\;({\pm}0.008)$, respectively. The model experiments demonstrate that variations in the major controlling input parameters (i.e. solar zenith angle, precipitable water vapor and aerosol optical thickness) cause PAR irradiance ratio variation at daily and seasonal timescales. Further, increases (>0.012) in the PAR irradiance ratio just below the sea-surface are positively correlated with high solar zenith angles and strong wind stresses relative to those just above the sea-surface.
In this study, the Slab Ocean Model (SOM) is coupled with an Atmospheric General Circulation Model (AGCM) which developed in University of Kangnung based on the land surface model of Biosphere-Atmosphere Transfer Scheme (BATS). The purposes of this study are to understand radiative role of clouds considering of the atmospheric feedback, and to compare the Clouds Radiative Forcing (CRF) come from the analyses using the clear-cloud sky method and CGCM. The new CGCM was integrated by using two sets of the clouds with radiative role (EXP-A) and without radiative role (EXP-B). Clouds in this two cases show the negative effect $-26.0\;Wm^{-2}$ of difference of radiation budget at top of atmosphere (TOA). The annual global means radiation budget of this simulation at TOA is larger than the estimations ($-17.0 Wm^{-2}$) came from Earth Radiation Budget Experiment (ERBE). The work showed the surface negative effect with $-18.6 Wm^{-2}$ in the two different simulations of CRF. Otherwise, sensible heat flux in the simulation shows a great contribution with positive forcing of $+24.4 Wm^{-2}$. It is found that cooling effect to the surface temperature due to radiative role of clouds is about $7.5^{\circ}C$. From this study it could make an accurate of the different CRF estimation considering either feedback of EXP-B or not EXP-A under clear-sky and cloud-sky conditions respectively at TOA. This result clearly shows its difference of CRF $-11.1 Wm^{-2}$.
Computer simulation is one of the most useful techniques to predict daylighting performance and present visual image. In architectural and interior design practice, the Lightscape is commonly used often to produce persuasive images rather than physically accurate results. Therefore, this study is to validity the Lightscape as daylighting evaluation tool, in particularly performance and realistically visualization. For the purpose, an evaluation test model (12.0m$\times$7.2m$\times$3.0m) of side lighting window with lightshelf was selected. A 1:6 scale plywood physical model was made. Under clear sky condition, illuminance of 84 Interior point were measured. Lightscape was run on a 750 MHz Pentium PC running Windows 2000 under the same sky condition. And a photography image was compared to rendering image. The physical results of interior illuminance were within 8% between the scale model and Lightscape simulation. There were no differences between the photograph image and rendering image by Lightscape in the sight. Lightscape as visualization tool for daylighting performance was validated.
대한원격탐사학회 1998년도 Proceedings of International Symposium on Remote Sensing
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pp.20-25
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1998
Solar irradiation controls the exchange of heat energy between atmosphere and land or ocean, and becomes an important factors to the radiance flux at the surface and the biosphere. In order to estimate solar irradiance and earth albedo In Korea peninsula during 1996, GMS date and paramaterization model was combinationally used. In clear sky, the paramaterization model was used to estimate solar iradiance. Also in cloudy sky, the earth albedo was used to calculate the Interceptive effect of solar irradiance. The hourly solar irradiance [the hourly earth albedo] showed generally very low values with <1.00 MJ/m$^2$hr [high values with >0.65] on the middle part (36.00-36.50$^{\circ}$S) and the Southeastern part (near 34.50$^{\circ}$S) in Korea peninsula, respectively. Satellite estimates (GMS data) with pyramometer measurements (in-situ data) were compared for 21 observed stations. Totally, correlation coefficient showed high values with 0.85. In the monthly variation, correlation coefficient of the spring and summer with rms=about 0.42 MJ/m$^2$hr was better than the autumn and winter with rms >0.5 MJ/m$^2$hr. Generally monthly variations of correlation coefficient between satellite estimetes and pyranometer measurements showed r=0.936 in clear sky during 1 year except only May, June, July and August.
This study examines the influence of fluctuating daylight illuminance on daylight dimming control systems. Field measurements were performed for a full-scale mocked-up model under various daylight conditions in winter. Fluctuating ranges for a partially-shielded photosensor were great when the variation of sky ratio was great. When solar altitude was lower the illuminance and fluctuating range of illuminance were great due to the influence of direct components of daylight and the interrefelction between surfaces in rear area of space. It implies that daylight dimming system would not function effectively, unless the desktop illuminance by daylight is enough. Fluctuation ranges of photosensor illuminance were lower than 50 lx under clear sky conditions, but they were greater than 100 lx under partly-cloudy sky conditions. It means that the fluctuation range of electric light output of lighting fixture would greater under the partly-cloudy conditions and cause potential visual annoyance to occupants. Outdoor vertical illuminance reaching the windows would be an effective factor that can be used to predict the fluctuation of photosensor signals for effective controls of daylight dimming system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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