Medidas de Radiação Solar na Cidade de São Paulo: Calibração de Piranômetros e Aplicações Meteorológicas

Abstract

O projeto "Estação de Radiometria Solar" tem como objetivo desenvolver radiômetros que possam funcionar, com grande precisão, por um longo período de tempo. Para tanto, os protótipos de piranômetro, desenvolvidos pelo Grupo de Radiometria Solar da UNESP (Universidade do Estadual Paulista), estão sendo avaliados através do acompanhamento da variação temporal de suas constantes de calibração. Dois desses protótipos foram instalados no edifício do IAG-USP (Instituto Astronômico e Geofísico da Universidade de São Paulo), na Cidade Universitária em São Paulo e estão desde março de 1994 medindo radiação solar global e difusa com dois piranômetros de referência calibrados. Dois métodos foram usados para estimar a constante de calibração dos protótipos: método do quociente (recomendado pela Organização Meteorológica Mundial, OMM) e método da regressão. As constantes calibrações dos protótipos obtidas pelos dois métodos não apresentaram discrepâncias significativas. Uma análise detalhada da evolução temporal das constantes de calibração dos protótipos indicou a presença de um significativo ciclo diurno, possivelmente associado aos efeitos cosseno e de temperatura. Uma aferição dos piranômetros de referência (PSP2 e PBW) feita, após 11 meses de uso contínuo, com um piranômetro padrão (PSPI) indicou uma redução de 5 % na constante de calibração do piranômetro de referência PSP2 (associada a um possível envelhecimento do sensor) e um aumento entre 4 e 7% na constante de calibração do piranômetro de referência PWB (associado às diferenças na disposição dos elementos sensíveis dos instrumentos ou mesmo a um possível erro de calibração de fábrica). As medidas efetuadas com os parâmetros de referência permitiram detectar uma diminuição da transmitância atmosférica de 18% associada ao aumento da poluição do ar na cidade de São Paulo entre 26 e 30 de junho de 1994 e uma caracterização do eclipse solar parcial ocorrido em 3 de novembro de 1994. Durante o eclipse foram observadas reduções da ordem de 85% na irradiância solar global e de 95% na irradiância solar difusa. Dados de vento e de temperatura indicaram que apesar desse eclipse ser parcial (85%) o seu impacto sobre a camada limite planetária foi similar ao dos eclipses mais intensos.

Palavras-chave: Radiação solar, Piranômetros, São Paulo; Poluição do ar; Eclipse solar.

MEASUREMENTS OF SOLAR RADIATION IN THE CITY OF SÃO PAULO: CALIBRATION OF PYRANOMETERS AND METEOROLOGICAL APPLICATIONS

The main goal of the project "Solar Radiation Station" is to develop radiometers that can be operated with high precision for a long period of time. The pyranometer prototypes, built by the Group of Solar Radiometry, UNESP (Universidade do Estadual Paulista), Botucatu, have been evaluated by following the time evolution of their calibration constants. Two of these prototypes were set at the top of the building of the IAG-USP (Instituto Astronômico e Geofísico da Universidade de São Paulo), in the City of São Paulo, and are measuring solar radiation simultaneously with two calibrated reference pyranometers, since march of 1994. Two methods were used to evaluate the calibration constants of the prototypes: quotient method (recommended by World Meteorological Organization, WMO) and regression method. The calibration constants obtained from both methods did not show any significant discrepancy. A detailed analysis of the time evolution of the calibration constant for the prototypes indicated a diurnal variation that may be due to temperature and cosine effects. It carried out a calibration of the pyranometers used as reference (PSP2 and PBW) after 11 months of continuous use, with a standard pyranometer (PSP1). The results indicated a 5% reduction in the calibration constant for the reference pyranometer PSP2 (associated to a probable aging effect) and an increasing between 4 and 7% in the calibration constant of the reference pyranometer PBW (associated to the differences in the design of its sensitive element compared to PSPI or even associated to a factory calibration problem). Global and diffuse solar radiation measurements carried out between June 26 and 30, 1994, allow to identify a decrease of 18% in the atmospheric transmittance associated with pollution in the City of São Paulo. Reductions of 85% for the global solar radiation and 95% for the diffuse solar radiation were observed during the partial solar eclipse on November 3, 1994. The available surface wind and temperature data indicated similar effects in the planetary boundary layer when compared to other more intense eclipse events.

Key words: Solar radiation; Pyranometer; São Paulo; Air pollution; Solar eclipse.