SPATIAL DIFFERENTIATION OF GLOBAL SOLAR RADIATION IN TORUŃ AND ITS SUBURBAN AREA (CENTRAL POLAND) IN 2012

MAREK KEJNA, JOANNA USCKA-KOWALKOWSKA, ANDRZEJ ARAŹNY, MIECZYSŁAW KUNZ, RAFAŁ MASZEWSKI, RAJMUND PRZYBYLAK

DOI: http://dx.doi.org/10.2478/bgeo-2014-0002

Abstract


This article investigates the spatial distribution of global solar radiation (K↓) in Toruń and its suburbs, observed in 2012. Measurements were taken at 12 points (7 within the city and 5 in the suburban area) using CNR4 net radiometers and automatic weather stations (Vantage Pro+). At all locations, the diurnal and annual courses of K↓ were typically related to the Earth’s rotational movement and changes in the sun’s declination over the year, and disturbed by clouds and atmospheric phenomena that enhance the extinction of solar radiation. A substantial spatial diversity of K↓ was observed in Toruń and its suburbs. The annual sum of K↓ at several urban locations accounted for over 70% of the solar radiation in the open space outside the city. The amount of incoming solar radiation in the urban area was more restricted in winter (<50%) than in summer (approx. 70%). The diurnal courses of K↓ were heavily disturbed by local obstacles which cast shadows (causing a considerable decrease of K↓), but there were instances of increases in K↓ (122%) augmented by radiation reflected from roofs, walls and windows surrounding the measurement point. The spatial diversity of K↓ in the urban area is heterogeneous, due to local meteorological conditions (cloudiness, fog, smog and airborne dust) and the obscuring of the horizon.


Keywords


global solar radiation; urban climate; Toruń; Poland

Full Text:

PDF

References


BOGDAŃSKA B., PODOGRODZKI , J., 2000, Zmienność całkowitego promieniowania słonecznego na obszarze Polski w okresie 1961–1995, Mat. Bad. IMGW, Meteorologia, 30, IMGW, Warszawa, 43 pp.

BOKWA A., MATUSZYK K., 2007, Zmiany promieniowania całkowitego w Krakowie i Gaiku-Brzezowej, Pam. Puławski, 144, 5–12.

BRYŚ K., BRYŚ T., 2007, Zmienność klimatu solarnego Wrocławia w latach 1875–2004, Pam. Puławski, 144, 13–33.

BUDZIK T., 2006, Pomiary promieniowania krótkofalowego i długofalowego w Sosnowcu w latach 2002–2005 z wykorzystaniem bilansomierza CNR-1 (Net Radiometr Kipp & Zonen), Ann. Univ. M. Curie-Skłodowska, Geogr., Sectio B, LXI, 100–106.

CAPUTA Z., LEŚNIOK M., 2009, Struktura bilansu promieniowania na obszarach miejskich i wiejskich - system pomiarowy i wybrane wyniki pomiarów na Wyżynie Śląsko-Krakowskiej, Prace Geogr. UJ., 122, 23–38.

CAPUTA Z., WOJKOWSKI J., 2009, Struktura promieniowania w pełnym zakresie widma na obszarze Ojcowskiego Parku Narodowego, Prądnik, Prace i Materiały Muzeum im. prof. Władysława Szafera, 19, 119–140.

CHRISTEN A., VOGT R., 2004, Energy and radiation balance of a Central European city, Int. J. Climatol., 24, 1395–1421.

CHWIEDUK D., 2010, Solar energy use for thermal application in Poland, Polish J. Environ. Stud., 19 (3), 473–477.

CODATO G. DE OLIVEIRA A.P. ESCOBEDO J.P., 2004, Comparative study of solar radiation in urban and rural areas, Anais do XIII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Fortaleza, Brazil. http://www.iag.usp.br/meteo/labmicro/Georgia_CBMet2004.pdf.

DAS Y., PADMANABHAMURTY B., MURTY A.S.N., 2009, Spatial and temporal distributions of radiation balance components over Delhi, Contributions to Geophysics and Geodesy, 39/4, 355–377.

DOBEK M., GAWRYSIAK L., 2009, Rozkład przestrzenny nasłonecznienia w Lublinie, Prace Geogr., Inst. Geogr. i Gospod. Przestrz. UJ Kraków, 122, 49–53.

DE OLIVEIRA A.P., MACHADO A.J., ESCOBEDO J.F., SOARES J., 2002, Diurnal evolution of solar radiation at the surface in the city of Sao Paulo: seasonal variation and modeling, Theor. Appl. Climatol., 71, 231–249.

FORTUNIAK K., 2003, Miejska wyspa ciepła. Podstawy energetyczne, studia eksperymentalne, modele numeryczne i statystyczne, Wyd. Uniw. Łódzkiego, 233 pp.

FORTUNIAK K., 2010, Radiacyjne i turbulencyjne składniki bilansu cieplnego terenów zurbanizowanych na przykładzie Łodzi, Wyd. Uniw. Łódzkiego, Łódź, 231 pp.

Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation, 2008, WMO No. 8.

HAMILTON I.G., DAVIES M., STEADMAN P., STONE A., RIDLEY I., EVANS S., 2009, The significance of the anthropogenic heat emissions of London’s buildings: A comparison against captured shortwave solar radiation, Build. and Environ., 44, 807–817.

HARTMANN D. L., 1994, Global physical climatology, Academic Press, New York., 408 pp.

HESS M., LEŚNIAK B., OLECKI Z., RAUCZYŃSKA-OLECKA D., 1980, Wpływ krakowskiej aglomeracji miejsko-przemysłowej na promieniowanie słoneczne dochodzące do powierzchni ziemi, Zesz. Nauk. UJ, Prace Geogr., 51, 8–71.

HESS M., OLECKI Z., 1990, Wpływ zanieczyszczenia powietrza na stosunki radiacyjne w Krakowie, Zesz. Nauk. UJ, Prace Geogr., 77, 29−43.

HESS M., OLECKI Z., RAUCZYŃSKA-OLECKA D., 1979, Radiacyjne cechy klimatu na Pogórzu Wielickim, Zesz. Nauk. UJ, Prace Geogr., 49, 7–102.

HII D.J.C., HENG C.K., MALONE-LEE L.C., Z., J., IBRAHIM N., HUANG Y., JANSSEN P., 2011, Solar radiation performance evaluation for high density urban forms in the tropical context, Proceedings of Building Simulation, 12th Conference of International Building Performance Simulation Association, Sydney, 2595–2602.

JAKUBIEC J.A., REINHART C.F., 2012, Towards validated urban photovoltaic potential and solar radiation maps based on lidar measurements, GIS data, and hourly day simulations, Proceedings of SimBuild, Madison, Wisconsin, 1–10.

KAMBEZIDIS H. D., PSILOGLOU B. E., GUEYMARD C., 1994, Measurements and models for total solar irradiance on inclined surface in Athens, Greece, Solar Energy, 53 (2), 177–185.

KEJNA M., USCKA-KOWALKOWSKA J., ARAŹNY A., 2014, Bilans promieniowania w Koniczynce k. Torunia w latach 2011–2012, Przegl. Nauk. Inżynieria i Kształt. Środowiska, 63, 26–42.

KĘDZIORA A., 1999, Podstawy agrometeorologii, Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Poznań.

KONDRACKI J., 2011, Geografia regionalna Polski, Wyd. Nauk. PWN, Warszawa, 444 pp.

KOZŁOWSKA-SZCZĘSNA T., 1973, Promieniowanie pochłonięte na obszarze Polski, Zakład Narodowy im. Ossolińskich, Wyd. PAN, Wrocław, 118 pp.

KUNZ M., USCKA-KOWALKOWSKA J., PRZYBYLAK R., KEJNA M., ARAŹNY A., MASZEWSKI R., 2012, Zróżnicowanie klimatów lokalnych Torunia – założenia projektu i wstępne wyniki badań, Rocz. Geomatyki, X, 3 (55), 85–94.

LORENC H. (ed.), 2005, Atlas klimatu Polski, Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Warszawa, 116 pp.

MATUSZKO D., STRUŚ P., 2007, Przestrzenne zróżnicowanie warunków solarnych Pogórza Zachodniobeskidzkiego (próba metodyczna), Pam. Puławski, 144, 105–113.

MATUSZKO D., 2007, Synchronous and asynchronous periods of cloudiness and sunshine duration in Cracow (over 1884–2003), Prace Geogr. UJ, 115, 39–47.

MIARA K., PASZYŃSKI J., GRZYBOWSKI J., 1987, Zróżnicowanie przestrzenne bilansu promieniowania na obszarze Polski, Przegl. Geogr., 4, 487–509.

MORAWSKA-HORAWSKA M., 2002, Tendencje zachmurzenia i usłonecznienia Krakowa w latach 1861-1990, [in:] G. Wójcik, K. Marciniak (eds.) Działalność naukowa profesora Władysława Gorczyńskiego i jej kontynuacja, UMK Toruń, 341–351.

OLECKI Z., 1973, Wpływ miasta na niektóre elementy bilansu radiacyjnego na przykładzie Krakowa, Zesz. Nauk. UJ, Przegl. Geogr., 32, 105–118.

OLECKI Z., 1975, Oddziaływanie dużego ośrodka miejsko-przemysłowego na dopływ promieniowania słonecznego (na przykładzie Krakowa), Zesz. Nauk. UJ, Przegl. Geogr., 41, 37–86.

OLECKI Z., 1980, Rola dużego ośrodka miejsko-przemysłowego w kształtowaniu promieniowania słonecznego na przykładzie Krakowa, Acta Univ. Lodz., Zesz. Nauk. UŁ, Nauki Mat.-Przyr., ser. II, 28, 105–113.

OLECKI Z., 1986, On the components of the radiation balance in Cracow, Zesz. Nauk. UJ, Przegl. Geogr., 69, 27–38.

PASZYŃSKI J., 1966, Atlas bilansu promieniowania w Polsce. Dok. Geogr. IG PAN, Warszawa, 4, 18 pp.

PASZYŃSKI J., MIARA K., SKOCZEK J., 1999, Wymiana energii między atmosferą a podłożem jako podstawa kartowania topoklimatycznego, Dok. Geogr., IG PAN, Warszawa, 14, 127 pp.

PASZYŃSKI J., NIEDŹWIEDŹ T., 1991, Klimat [in:] Starkel L. (ed.) Geografia Polski. Środowisko przyrodnicze, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa, 296–355.

PETERSEN J.T., STOFFEL T.L., 1980, Analysis of urban-rural solar radiation data from St. Louis, Missouri, J. Appl. Meteorol., 19, 275–283.

PETRENZ N., SOMMER M., BERGER F.H., 2007, Long-time global radiation for Central Europe derived from ISCCP Dx data, Atmos. Chem. Phys., 7, 5021–5032.

PIRINGER M., JOFFRE S., BAKLANOV A., BURZYNSKI J., DE RIDDER K., DESERTI M., KARPPINEN A., MESTAYER P., MIDDLETON D., TOMBROU M., VOGT R., CHRISTEN A., 2005, The urban surface energy budget and the mixing height: some results of recent European experiments stimulated by the cost – action 715, 9th Int. Conf. on Harmonisation within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes, 137–141.

PODOGROCKI J., 1978, Spatial distribution of global solar radiation in Poland, Publ. Inst. Geophys. Pol. Acad. Sci., D5-120, 17–30.

PODOGROCKI J., ŻÓŁTOWSKA K., WIŚNIEWSKA J., GARDYAS B., 1998, Opracowanie metodyki automatyzacji pomiarów aktynometrycznych i optymalizacja przetwarzania danych, Opracowanie M-9.7, IMGW, Warszawa.

PODSTAWCZYŃSKA A., 2007, Cechy solarne klimatu Łodzi, Acta Geogr. Lodz., Folia Geogr. Phys., 7, 294 pp.

PODSTAWCZYŃSKA A., PAWLAK W., 2006, Pomiary wybranych elementów meteorologicznych w kanionie ulicznym Łodzi, Universitatis Annales M. Curie-Skłodowska, LXI, 43B, 370–379.

RADOSZ J., 2010, Topoklimat Katowic na tle charakterystyki środowiska geograficznego, Kształtowanie środowiska geograficznego i ochrona przyrody na obszarach uprzemysłowionych i zurbanizowanych, 42, Uniwersytet Śląski, WBiOŚ, WNoZ, Katowice-Sosnowiec, 60–69.

ROBAA S.M., 2006, A study of solar radiation climate at Cairo urban area, Egypt and its environs, Int. J. Climatol., 26, 1913–1928.

SERBAN C., 2010, Estimating Clear Sky Solar Global Radiation Using Clearness Index for Brasov, Urban Area, Proceedings of the 3rd International Conference on Maritime and Naval Science and Engineering, Constantza, Romania, 150–153.

STEWART I.D., OKE T.R., 2012, Local climate zones for urban temperature studies, Bull. Amer. Met. Soc., 93, 1879–1900, DOI:10.1175/BAMS-D-11-00019.1.

TAHA H., 1997, Urban climates and heat islands: albedo, evapotranspiration, and anthropogenic heat, Energy and Buildings, 25, 99–103.

USCKA J., 2004, Przezroczystość atmosfery w strefie podmiejskiej Torunia w latach 1999-2001, [in:] Kejna M., Uscka J. (eds.) Zintegrowany Monitoring Środowiska Przyrodniczego, Biblioteka Monitoringu Środowiska, 177–186.

USCKA-KOWALKOWSKA J., 2010, The oldest heliographic and actinometric measurements in Poland, Acta Agrophys., Rozpr. i Monografie, 5 (184), 24–34.

WILD M., 2009, Global dimming and brightening: A reviev, J. Geophys. Res., 114, D00D16, doi: 10.1029/2008JD011470.

WOJKOWSKI J., 2007, Modelowanie dopływu promieniowania słonecznego przy użyciu GIS na przykładzie obszaru Ojcowskiego Parku Narodowego, Annales Univer. M. Curie-Skłodowska, B, LXI, Geographia, 468–478.

WOJKOWSKI J., SKOWERA B., 2011, Spatial differentiation in absorbed solar radiation in the Ojców National Park, [in:] Středová W.H., Rožnovský J., Litschmann T. (eds.) Mikroklima a mezoklima krajinných struktur a antropogenních prostředí, Skalní mlýn, 2–4.2.2011, 3–11.

WÓJCIK G., 1983, Promieniowanie globalne na polanie i na dnie lasu w Rezerwacie Piwnickim, Acta Univ. Nic. Copernici, Biologia XXV, 55, 3–21.

WÓJCIK G., 1996, Globalne promieniowanie słoneczne i jego transmisja przez atmosferę w Toruniu, Acta Univ. Nic. Copernici, Geografia XXVII, 97, 65–73.

WÓJCIK G., MARCINIAK K., 2006, Klimat [in:] Andrzejewski L., Weckwerth P., Burak Sz. (eds.), Toruń i jego okolice - monografia przyrodnicza, UMK Toruń, 99–127.








ISSN 2080-7686 (print)
ISSN 2300-8490 (online)

 

 

Partnerzy platformy czasopism