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Mesures d'ensoleillement à Genève : publication No 12 : Asymétries Est-Ouest
RAZAFINDRAIBE, Augustin, GUISAN, Olivier, INEICHEN, Pierre
Abstract
Dans beaucoup de modèles de rayonnements solaires on traite le plan Est de manière symétrique au plan Ouest. Le présent travail a pour but de vérifier la validité de cette hypothèse sur le climat de Genève. En même temps, il est intéressant de relier une asymétrie éventuelle Est - Ouest aux données météorologiques locales. Ainsi la première partie du travail consiste à chiffrer et décrire cette asymétrie Est - Ouest tandis que la seconde partie tente de corréler cette asymétrie aux observations climatiques locales.
RAZAFINDRAIBE, Augustin, GUISAN, Olivier, INEICHEN, Pierre. Mesures d'ensoleillement à Genève : publication No 12 : Asymétries Est-Ouest. Genève : 1984
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1 / 1
LU Z LU CM O
CM CD
GROUPE DE PHYSIQUE APPLIQUEE
SECTION DE PHYSIQUE
CENTRE UNIVERSITAIRE D'ETUDE DES PROBLEMES DE L'
MESURES D'ENSOLEILLEMENT A GENEVE
PUBLICATION No 12
Asymétries Est-Ouest
A. Razafindraibe
G. Guisan P. Ineichen
UNIVERSITE DE GENEVE
SERIE DE PUBLICATIONS DU CUEPE No 24
MESURES D'ENSOLEILLEMENT A GENEVE
PUBLICATION No 12
Asymétries Est-Ouest
A. Razafîndraibe
O. Guisan P.Ineichen
Octobre 1984
£-\lt /
Adresses: GUEPE, 2-4 rue du Lièvre, 1211 Genève 24, tél. 022/43 92 42
Groupe de physique appliquée. Section de physique 24 quai Ernest Ansermet, 1211 Genève 4
tél. 022/21 93 55
6 Zo. f
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1.
ASYMETRIES EST - OUEST
I. Introduction
Dans beaucoup de modèles de rayonnements solaires on traite le plan Est de manière symétrique au plan Ouest. Le présent travail a pour but
de vérifier la validité de cette hypothèse sur le climat de fieneve.En même temps, il est intéressant de relier une asymétrie éventuelle
Est - Ouest aux données météorologiques locales. Ainsi la première
partie du travail consiste à chiffrer et décrire cette asymétrie Est - Ouest tandis que la seconde partie tente de corréler cette asymétrie aux observations climatiques locales.II. Asymétrie des ensoleillements Est Ouest
Nous nous limitons, dans cette étude aux "Jours moyens mensuels"
de Genève, tels qu'ils sont décrits dans la référence [l,No.ll], ainsi qu'aux valeurs des divers rayonnements solaires sur les plans verticaux
Est et Ouest.
Il y a lieu de faire ici une remarque importante :
concernant les mesures d'ensoleillement, nous avons introduit une correction tenant compte de défauts d'orientation des solarimètres
(cf. réf. 1, No. 4 ). Autrement dit, la validité des résultats que nous présentons ici est partiellement conditionnée par celle de la correction (effectuée avec le plus grand soin).
IK |nso2e^l2en!ents horaires_(jours moyens mensuels)
Examinons tout d'abord les valeurs horaires présentées aux figures 1 à 4 qui illustrent les 12 jours moyens mensuels respectivement pour les années Juillet 79 - Juin 80, Juillet 80 - Juin 81, Juillet 81 - Juin 82, et pour la moyenne de ces trois années. V sont représentés par mois,les rayonnements moyens global (SL), direct (DIR), diffus (DIF) horaires sur les plans verticaux Est et Ouest.
On remarque que mis â part quelques mois d'hiver 80/81 (Fig. 2),
la dissymétrie des rayonnements diffus est peu prononcée. La différence des rayonnements globaux est plutôt liée â celle des rayonnements directs reçus par les plans. En parcourant les Fig. 1 â 3, il est difficile d'identifier des heures qui présentent systématiquement une asymétrie.
Aussi bien en été (Août 79) qu'en hiver (Fev. 81) on remarque une
asymétrie assez nette des heures par rapport au midi vrai.
La tendance générale moyenne sur 3 ans est visualisée â la Fig. 4.
La différence Est-Ouest est plus marquée en hiver, elle semble liée â l'intensité du rayonnement direct différente entre le matin et le soi Té
Aucun effet prononcé ne correspondant aux valeurs horaires des jours moyens mensuels*n0US allons nous concentrer sur les intégrales
journalières de ces jours moyens mensuels (autrement dit, les valeurs
Les valeurs d'ensoleillements détaillées de Juillet 79 â Juin 82 â Genève sont disponibles dans la référence il,No.lliàinsi que dans un
"Atlas des Jours moyens" également décrit dans la réf. fi. No. 111.
2.
2._Erisolei21ementsjiien£ueU Est et_Oues^t
Les ensoleillements mensuels (en moyenne journalière) Est et Ouest sont représentés sur la Fig. 5 suivant leurs composantes (direct, diffus et global) pour les trois années individuelles de Juillet 79 à Juin 82 ainsi que pour la moyenne de ces trois années. Les graphiques des rayonnements diffus confirment ce qui était déjà observé en valeurs
horaires : la différence Est - Ouest n'est pas significative.
Par contre la différence des rayonnements directs et globaux (0 - E)
est positive pour la période hivernale et négative pour la période
estivale, ces périodes étant arbitrairement définies par les mois deSeptembre à Février pour la première, et les mois de Mars à Août pour
la seconde.
Les valeurs des ensoleillements Est et Ouest sont groupées dans la Table 1 pour les Jours moyens mensuels des 3 années considérées et leur moyenne. Les valeurs correspondant aux périodes hivernale et estivale airisi que la moyenne annuelle y sont également indiquées.
!•_ As^é^trie Est ^ Ouest
Nous quantifions l'asymétrie Est-Ouest, en définissant toujours en
moyenne journalière mensuelle,- la référence =(E + 0)/2 = (Est + Ouest)/2 - l'effet =(0 - E)/2 = (Ouest - Est)/2
La Figure 6 montre les allures de la référence et de l'effet pour
les ensoleillements direct, diffus et global. La moyenne des 3 années montre bien la tendance de l'effet à rester positif en hiver pour le global et le direct.
La Table 2 regroupe les valeurs de la référence et de l'effet rapporté
à la référence pour les rayonnements global, direct et diffus, pour chaque mois des années Juillet 79 à Juin 82 et pour la moyenne,mois par mois, des 3 années. En bas du tableau sont reportés les effets saisonniers et annuels correspondant aux 3 années et à leur moyenne;
ils sont calculés à partir des rayonnements cumulés sur les périodes
correspondantes. Typiquement on trouve les effets d'asymétrie suivants
(pour la moyenne sur 3 ans)DIF DIR GL
Hiver : 2 % 17 % 8 %
Eté : -1 % -2 % -1 %
Annuel : 0 % 3 % 2 %
Compte tenu de la précision des données qui est de l'ordre de 5 %,
on en déduit que l'effet d'asymétrie est peu prononcé en valeurs annuelle et estivale. En hiver, s'il est toujours négligeable pour le diffus, il est significatif en ce qui concerne le direct et le global (cet effet relatif correspond, en période hivernale, à un effet absolu réduit).3.
III. Corrélations entre ensoleillements et observations météorologiques
Comme l'effet d' asymétrie Est-Ouest provient principalement de la diffé rence d'intensité directe entre le matin et le soir, on tentera ici de corréler cet effet avec les observations météorologiques matin - soir.
J^n._l^ Ob^erv^tj^ojisjné^téoro^ogi^ues
On dispose comme observations météorologiques [2] à Cointrin :
- de la couverture nuageuse N: observée instantanément à 7H du matin
et à 19H le soir
- de l'évolution du temps significatif Wentre 7H et 13H le matin, puis entre 13H et 19H l'après-midi.
Il s'agit ici du temps légal.
La couverture nuageuse N est codée en octet entre 0 et 8 puis traduite en pourcent (de 0 à 100%). La précision est de l'ordre de
0.5 octet ou 6%. On utilise ici la valeur moyenne mensuelle de N.
Pour le temps significatif, on définit pour la période d'observation :
NB = le nombre de Jours avec brouillard et/ou brume durant le mois NN = le nombre de Jours avec neige durant le moisNO = le nombre de Jours avec orage seulement durant le mois
NP = le nombre de Jours avec pluie (y compris orage) et/ou bruine
durant le mois
NC = le nombre du Jour du mois avec les phénomènes combinés : NB ® NN ® NP (® = Réunion)
Il s'agit également de valeurs mensuelles, différenciées pour le matin et
1'après-midi.
Les valeurs trouvées pour Cointrin dans la référence [2] sont groupées dans la Table 3 (pendant de la Table 2).
J^symétri^e^ ra^onnOTents_et météo
A la recherche de corrélations entre rayonnements solaires et observations météorologiques, on peut déjà éliminer les paramètres NN (neige)
et NO (orage) par comparaison des Tables 2 et 3.
On définit, dans la Table 4, les grandeurs suivantes :
RAY. 0-E
Météo matin-soir N Météo matin-soir NB
Il II il |ijp NC
= différence des ensoleillements journaliers Ouest-Est pour le jour moyen mensuel du mois et pour les rayonnements directs (DIR) et globaux (RL)
= N (7H) - N (19H)
= NB (7H ^ 13H) - NB (13H t 19H)
= NP ( " ) - NP ( " )
= NC ( " ) - NC ( " )
On définit les valeurs d'observations météorologiques saisonnières et annuelles de manière semblable â celles des rayonnements (en sommant et en ramenant â des valeurs mensuelles).
Un examen de la Table 4 permet de déceler déjà des corrélations entre asymétrie des rayonnements et asymétrie de la météo.
•_3j. Ç.orrélat20jis_entre_ asymétries ensoleil^lements et météo Pour estimer qualitativement les corrélations entre différence
d'ensoleillements 0 - E et différence météo matin-soir, les histogrammes
de la Fig. 7 et 8 permettent de voir que les corrélations avec le brouillard ou la pluie sont moins évidentesque celles avec la couverture nuageuse ou les effets météo combinés. On quantifiera ces rnrrélations par régression
linéaire sur les 36 mois de mesures comme suit : Y = a X + b
avec leur écart standart a et leur coefficient de corrélation r Corrélations Y(O-E) X(matin-soir) a b a r
(1) GL N 0.063 0.13 0.44 0.78 •»
(V) DIR N 0.045 0.14 0.46 0.65
(2) GL NC 0.13 0.09 0.49 0.73
(2') DIR NC 0.11 0.09 0.41 0.73
(3) GL NB 0.10 0.02 0.66 0.37
(3') DIR NB 0.09 0.01 0.56 0.40
(4) GL NP 0.19 0.37 0.52 0.67
(4') DIR NP 0.17 0.34 0.43 0.71
Unités : GL. DIR : HJ/m^-jour
N
«^'NÇ, NB» NP :
%
jours/moi s
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IVK .
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V'. 1^: 1 • \ 'i
5.
La figure 9 illustre ces corrélations, qui sont loin d'être parfaites.
On retiendra néanmoins la corrélation (1), bien que les observations N soient instantannées (7H èt 19H), ainsi que les deux corrélations
(2) et (2').
IV. Conclusions
Cette étude montre une asymétrie des rayonnements solaires Est-Ouest significative essentiellement en hiver. Elle est liée principalement aux différences d'intensité du rayonnement solaire direct entre le
matin et le soir.
Elle est corrélée de façon significative mais pas très précise, à la couverture nuageuse N et à l'indicateur NC de temps significatif
(brouillard ou brume, ou neige ou pluie).
Cette étude est volontairement limitée, les effets mentionnés sont peu
prononcés et suffisamment explicités pour une éventuelle prise en compte dans un contexte d'applications de l'énergie solaire.
Remerciements
Les mesures d'ensoleillement â Genève ont pu être accomplies grâce â un financement du Nationaler Energie Forschungs fonds (NEFF) et aux mesures obtenues auprès du Service de Climatologie de la Suisse romande du Centre Météorologique de l'aéroport de Genève. Cette étude se fait dans le cadre d'une collaboration avec M. A. Zelenka (ISM, Zurich) et avec l'Agence Internationale de l'Energie (OFEN et NEFF).
Références
[1] Mesures d'ensoleillement à Genève
Publication N® 1 Mesures d'ensoleillement à Genève du 1er juillet 1978 au 30 juin 1979 A.M. Felkel, J.M. Gremaud, 0. Guisan,
P. Ineichen et A. Mermoud. Février 1980.
Publication N® 2 : Mesures d'ensoleillement à Genève. Vol. II Période du 1.7.79 au 30.6.80
J.M. Grenmud, 0. Guisan, P. Ineichen, A, Mermoud
Avril 19iû
Publication N® 3 : Mesuras d'ensolêillement â Genève. Vol. III Études divefses.
P. Ineichèn» 0. Guisan, J.M. Gnenmud.
Publication N" 4 :
Publication N° 5 :
Publication N° 6
4 années de mesures d'ensoleillement à Genève.
Thèse de P. Ineichen, Faculté des Sciences, Université de Genève. Juillet 1983.
Analyse et comparaison de deux modèles de
transposition plan horizontal => plan quelconque A. Razafindraibe, P. Ineichen, 0. Guisan.
Février 1984.
Atlas et fichiers, mesures de 1978 à 1982 A. Razafindraibe, P. Ineichen, 0. Guisan.
Février 1984.
Corrélations diverses sur le rayonnement infrarouge du ciel.
P. Ineichen, 0. Guisan, A. Razafindraibe.
Février 1984.
Publication N° 7 :
Publication N° 8 :
Publication N° 9 :
Publication N° 10 :
Publication N° 11 :
Connaissance du rayonnement solaire en Suisse : besoins présents et futurs.
0. Guisan Avril 1984
Indice de clarté
P. Ineichen, 0. Guisan, A. Razafindraibe Juin 1984
Corrélation entre les rayonnements solaires global, diffus et direct et la durée
d'insolation.
P. Ineichen, G. Guisan, A, Razafindraibe Juillet 1984
Jours moyens mensuels.
A. Razafinfraibe, G. Guisan, P. Ineichen
Août 1984 Publication N" 12 : Ce document.
[2] Données Météo Cointrin, Tableaux mensuels de l'ISM (juillet 1979 â juin 1982).
Figure 4 Jours moyens mensuels ; moyenne des 3 années (Jun/79 à Juin 82)
Ensoleillements horaires moyens Est et Ouest GL = global; DIR = direct; DIF = diffus
Vertical Est Vertical Ouest
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Figure 1 Jours moyens mensuels; Juillet 79 - Juin 80 Ensoleillements horaires moyens Est et Ouest GL = global; DIR = direct; DIF = diffus
Vertical Est Vertical Ouest
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Figure 2 Jours moyens mensuels ; Juillet 80 - Juin 81 Ensoleillements horaires moyens Est et Ouest GL = global; DIR = direct;
Vertical Est Vertical Ouest
DIF = diffus
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^ Jours moyens mensuels ; Juillet 81 - Juin 82
Ensoleinements horaires moyens Est et Ouest GL = global; DIR = direct; DIF = diffus
Vertical Est Vertical Ouest
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Figure 5 Ensoleillements Est et Ouest (moyennes mensuelles)
Vertical Est Vertical Ouest
GLOBAL EST ET OUEST
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DIRECT EST ET OUEST
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DIFFUS EST ET OUEST
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Figure 6 Assymétrie Est-Ouest (moyennes mensuelles) 12.
Référence Effet
(E + 0)/2 (0 - E)/2 E : vertical est 0 : vertical ouest
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Figure 7 Ensoleillements et Météo (moyennes ou valeurs mensuelles)
[MJ/m^.Jour] : différence Ouest-Est en global(—)/en direct (...)
[Jours/mois] : différence de Jours avec brouillard/brume matin-soir
[Jours/mois] : différence de Jours avec pluie/bruine matin-soir
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Figure 8
[MJ/m^.jour]
[ % ]
[Jours/mois]
Ensoleillements (0-E) et Météo (matin-soir) (moyennes ou valeurs mensuelles) différence Ouest-Est en global(-)/ en direct (...)
différence matin-soir de la couverture nuageuse 14.
différence de Jours avec phénomènes météo combinés matin-soir
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Figure 9
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NC,NB,NP
Corrélations Ensoleillements (0 (sur 36 valeurs mensuelles) :[MJ/tn2.Jour]
: [%]
: [Jours/mois]
- E) et Météo (matin-soir)
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Table1.EnsoleinementssurplansverticauxEstetOuest. Jour]JUL/79-JUN/80iUL/80-JUN/81iUL/811•JUN/82NOTENNEDES3ANS1 OIEOXR6LDIEDIR6LOIEOIR6LOIEOIR6L1 JUL
I 1ENSOL.EST6.016.8412.854.615.009.615.424.6710.095345.5110.851 I 1ENSOL•OUEST5.946.2012.144.585.389.975.384.429.795305.3310.f31 Aati1ENSOt«EST4.725.8310.554.605.5110.125.295.0610.354875.4710.341 1 1ENSOt•OUEST4.544.128.664.305.9010.215.465.4710.934775.179.93X SEPlENSOL.EST4.113.557.664.173.938.105.912.116.024063.197.261 1 1ENSOL.OUEST3.854.688.513.895.629.513.782.806.583834.378.201 OCT1ENSOL.EST2.32.953.282.521.514.022.601.894.492481.453.93X 1 tENSOL.OUEST2.271.713.982.422.434.852.551.884.432412.014.42I nm1ENSOL.EST1.521.152.671.35.802.141.771.052.821551.002.541 1 tENSOL.OUEST1.501.583.081.381.012.391.881.963.841591.523.101 DECIENSOL.EST1.11•721.831.16.511.671.27•461.74118.571.751 I tENSOL.OUEST1.14.972.111.89.802.691.28•401.68144•722.161 iftH1ENSOL.EST1.18•591.771.44.471.911.25•441.69129•501.791 1 1ENSOL.OUEST1.18•711.891.991.063.051.27-.•581.85148•782.261 rEV1ENSOL.EST2.06n443.501.87.822.692.21•983.192051.083.121 I 1ENSOL.OUEST2.051^733.783.101.584.682.261.353.622471.564.031 HARXENSOL.EST3.091.834.923.041.904.953.362.555.913172.095.26I I 1ENSOL.OUEST2.992.025.012.982.025.013.302.605.903092.225.311 AVRIENSOL.EST.4.913.398.315.323.3.28.645.006.14J1.145084.289.361 I 1ENSOL.OUEST4.893.818.705.183.A58.945.065.8010.865054.459.50X NRl1ENSOL.EST5.513.849.365.242.969.205.975.0811.055573.969.541 1 IENSOL.OUEST5.593.609.195.293.168.455.924.5310.455603.779.36I JUNIENSOL.EST5.853.439.295.395.4011.795.744.3810.125994.4010.40I 1 IENSOL.OUEST5.772.898.665.975.0711.045.833.859.685863.949.791 HIV
I 1ENSOL.EST2.051.403.452.081.343.422.171.153.322101.303.401 1 1ENSOL.OUEST2.001.903.892.452.084.532.171.503.672201.834.03X ETE1ENSOL.EST5.024.199.214.874.028.895.134.659.785004.299.291 I IENSOL.OUEST4.953.778.734.724.229.935.164.449.604944.159.09X AN 1 1ENSOL.EST3.532.806.333.482.686.153.652.906.553552.796.351 1 I
ENSOL.OUEST3.482.946.313.583.156.733.662.976.633572.996.56I HIV=Sept,àFév.ETE=MarsàAoût
JUL ftOU SEP OCT nm DEC JAN FEV NAR AVR NAl JUN HIV ETE AN
Table2.AssymétriedesensoleinementssurplansverticauxEstetOuest. mlUL/79-JUII/SO Oir01R€L iUt/80•JUII/81 DirOIR61 iUL/81-JUN/82 Olf81R61 1MOYENNEDES 1 1DIFDIR 3ANS 6L CE♦01/25.976.9212.494.605.199.795.404.549.94
t 15.325.4210.74 C0-EI/2:CE40)/2•5.-3.9.4.2.0.-3.-2.1 ff0.-2.-1. CE♦01/24«634.989.604.455.7110.165.385.2610.64
1 14.825.3210.14 C0*6l/2:CE^0l/2-2a-17.-10.-3.3.0.2.4.3.1 ff-1.-3.-2. CE^OI/23.974.118.084.034.778.813.842.466.30
1 I3.953.787.73 CO«EI/2:CE^OI/2-A.14.5.-3.18.8.-2.14.4.1 f-3.16.6. CE^OI/22..301.333.632.471.974.442.581.884.46
A I2.451.734.18 CO-E>/2:CE^O>/2-1.28.10.-2.23.9.-1.0.-1.I ff-1.16.6. CE♦01/21.S11.362.881.37.902.271.821.513.33
I I1.571.262.82 CO*EI/2:CE^OI/2-1.16.7.1.12.5.S.30.15.1 ff1.21.10. CE^OI/21.13.851.971.53.662.181.28.431.71 1 11.31.641.95 CO-EI/2:CE^O}/22.14.7.24.22.23.0.-8.-2.1 •10.12.11. CE♦or/21.18.651.831.72.762.481.26.511.77
1 11.39.642.03 CO«Er/2:CE^OI/20.9.3.16.39.23.1.-'-'14.5.X ff7.22.12. CE^0)/22.0S1.593.642.481.203.682.241.173.40
1 I2.261.323.58 C0-E)/2:CE^0>/20.9.4.25.32.27.1.16.6.1 ff9.18.13. CE40I/23.041.924.973.011.964.983.332.575.91
1 13.132.155.28 CO-EI/2:CE^O)/2-2.5.1.-1.3.1.-1.1.0.I ff-1.3.0. CE40)/24.903.608.515.253,^38.795.035.9711.00 1 15.064.379.43 CO«E)/2:CE^O)/20.6.2.-1.6.2.1.-3.-1.1 •0.2.1. CE^0>/2S.5S3.729.275.263.068.335.944.8110.75
1 15.593.869.45 CO-E)/2:CE^O)/21.-3.-1.0.3.1.0.-6.-3.1 •0.-3.-1. CE^0)/25.813.168.976.185.2411.415.784.129.90
1 I5.924.1710.10 C0-E>/2:CE^6|/2-1.1.—6.-2.1 1-1.-6.-3. CE^0)/22.021.653.672.271.713.982.171.333.50 1 I2.151.563.71 C0-E)/2:CE40)/2-1.15.6.8.22.14.0.13.5.1 •.2.17,8. CE«0)/24.993.988.974,794.128.915.144.559.69
1 14.974.229.19 CO*E)/2:(E^O)/2-1.-5.•3.-2.2.0.0.-2.-1.1 1
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