Astronomin möter meteorologin

Solskenstiden är faktiskt ett fantastiskt exempel på när astronomin och meteorologin möts. Tiden, som solen kan visa sig på himlen, begränsas nämligen både av astronomiska och meteorologiska fenomen. Medan solskenstiden under en ständig och jämt mulen himmel drar iväg mot noll, så skulle en permanent klar himmel förstås inte leder till oändlig mycket sol – även om det kanske skulle kunna kännas så.

Solskenstiden begränsas ganska exakt mellan noll och den astronomisk möjliga solskenstiden.
Detta kan man inte säga av så många andra meteorologiska parametrar.
Tänk dig t.ex. vindstyrkan eller nederbördsmängd. Båda har en klar undergräns, nämligen noll. Men hur stor kan vindstyrkan eller nederbördsmängden bli som mest?
Det kanske finns teoretiska gränser som troligtvis aldrig nås. Men vem utesluter att de kanske en vacker dag regnar 1 mm mer eller att det då blåser 1 m/s mer än det har gjort hittills som mest?
Däremot har solskenstiden en absolut övre gräns som dessutom också skulle kunna nås – tänk dig öknen och inte ett moln på himlen i flera veckor – då hamnar du nära det som är maximalt möjligt. Dessutom innebär extremerna i detta fall inga stora hinder för mätinstrument.
Däremot vågar man inte tänka på hur det går för meteorologisk utrustning när man försöker fånga extrema vindstyrkor eller extrema nederbördsmängder. Det blåser eller spolas bort eller så går elen…

Definitioner solskenstid

Solskenstid enligt världsmeteorologiska organisationen är den tid då den direkta solstrålningen är större än 120 W/m2 (det är känsligheten för klassiska heliografer. Mer om detta kan du läsa på SMHI:s hemsida

Astronomisk möjlig solskenstid är den absolut maximal möjliga solskenstiden och avser tiden från soluppgång till solnedgång, alltså från solens första strålar på morgonen till kvällens sista solstråle. Förutsättning är en fri horisont utan hinder, det vill säga en ideal matematisk horisont som ligger på samma höjd som dina ögon. Den astronomisk möjliga solskenstiden är i princip enbart beroende av observatörens latitud.
2014-11-01 Soluppgång och solnedgång sett från Kiruna
Grafiken visar solens position på himlen i Kiruna den 1 november precis vid upp- och nedgången. Den astronomisk möjliga solskenstiden är alltså differensen mellan tiden för solnedgången och soluppgången, i detta fall drygt 7 timmar.

Terrestrisk möjlig solskenstid är enligt SMHI den tiden som solen befinner sig över den lokala horisonten. Det är lite oklart enligt denna definition om det bara tas hänsyn till fjälltoppar och liknande som skymmer den ideala horisonten. För mig är det lite oklart om även byggnader och träd ingår enligt denna definition, vilket dock skulle vara konsekvent. I så fall är den terrestrisk möjliga solskenstiden olika för i princip alla observatörer. Tänk dig då grannens hus som skymtar solen hos dig på morgonen medan ditt hus då kanske skymtar kvällssolen för grannen…och är era hus tillräckligt höga, så skymmer de middagssolen för er granne som har tomten norr om era tomter…
Du förstår kanske redan nu att du aldrig kommer att hitta dessa uppgifter utom kanske i det fallet då t.ex. en mäklare ha tagit fram dessa tider för att kunna visa hur pass förmånligt just detta hus, han försöker sälja, ligger i förhållande till solen jämförd med andra hus…
2014-11-01 Solen sett från Kiruna mitt på dagen för en fiktiv observatör
Grafiken visar solens bana på himlen den 1 november 2014. Solens position är inritad vid kl. 12:20. Tänk dig en fiktiv observatör som har lite buskar och träd i vägen mot söder. Observatören kan då bara se en del av solens bana på himlen. Så även om solen kan lysa upp till drygt 7 timmar denna dag, så ser han solen kanske bara i fyra timmar mellan alla hinder – trots att solen har lyst hela dagen. För honom skulle det däremot inte ha någon betydelse som helst om molnen hade skymt solen på morgonen i två timmar och på kvällen i en timme. Han skulle då fortfarande få 100 % av sin möjliga solsken medan en granne med en ideal horisont utan buskar och träd i vägen bara skulle få 57 % av sin möjliga solskenstid – trots att båda fick sol i 4 timmar…

Uppmätt solskenstid är alltså den tiden som har uppmäts med hjälp av instrument och här har man som sagt satt en gräns för hur mycket solen måste strålar (för att vara så att säga bakåtkompatibel med enklare mätinstrument). Även den uppmätta solskenstiden är egentligen beroende av platsen där mätinstrumentet befinner sig. I regel försöker man dock att hitta platser med en fri, nästan ideal horisont. Men den viktigaste faktorn är förstås molnigheten och till viss del även diset i atmosfären. Ingen sol på grund av moln betyder ingen solskenstid – så klart.
2014-11-01 Uppmätt solskenstid
Grafiken visar solens bana över horisonten i Kiruna den 1 november (2014). Solskenstid kan bara uppmätas när solen inte skyms av molnen – alltså den delen av solens bana som tydligt i gul färg. Den del som göms bakom tätare moln räknas inte. Du får alltså bara en bråkdel av den möjliga tiden som solskenstid.

Relativ solskenstid är enligt definitionen (som du kan läsa om på SMHI:s hemsida) den uppmätta solskenstiden dividerad med den astronomisk eller terrestrisk möjliga.
Jag har nog ärligt talat aldrig hittat uppgifter om den relativa solskenstiden. Fastän det faktiskt är den som intresserar mig mest.
Hur mycket har solen visat sig i förhållande till den skulle kunna ha visat sig maximalt? Är det nya rekordet nära den maximala tiden eller ligger den fortfarande ganska långt ifrån extremvärdet?
Om ett nytt rekord ligger långt ifrån maximalvärdet så är det nästan givet att det kan bli snart nya rekord.

Nya rekordet för solskenstid i Kiruna i november

I år har det gamla novemberrekordet för Kiruna på 40 timmar slagits med två timmar.
Enligt SMHI brukar solen visa sig 18 timmar i snitt i Kiruna. Som värst kan det bli noll timmar (som det teoretiskt kan bli även på alla andra platser runtom i landet om det skulle vara mulet under en hel månad). Detta värde har faktiskt nåtts i Kiruna året 1967 enligt SMHI. Men även längre söderut är som sagt noll timmar fullt möjliga, vilket man ha lyckats få i Växjö i december 2007 – utan att det rådde astronomisk polarnatt…
Men hur mycket är egentligen drygt 40 soltimmarna för Kirunaborna. Självklart är det förhållandevis många timmar med tanke på att man en vanlig novembermånad brukar hamna under tjugo timmar. Men skulle de kunna ha fått ännu mer?
Du förstår vad jag är ute efter. Var går den teoretiska gränsen och hur nära den har vi kommit i år?

Hur många soltimmar kan vi egentligen få i november?

Den astronomisk möjliga solskenstiden, som samtidigt alltså är det maximal möjliga antal timma man skulle kunna få, ligger i Kiruna på hela 151(!) timmar. Jag vart faktiskt lite snopen när jag räknade fram denna siffra (för att det också verkar vara svårt att hitta en sådan uppgift på nätet).
Detta skulle betyda att vi med 42 timmar inte ens är uppe i 30% av den maximal möjliga tiden. För Malmö får man förresten 250 timmar som solen skulle kunna visa sig som mest (Stockholm 231, Umeå 198).
Astronomisk möjlig solskenstid i timmar för norra Europa för november
Grafiken visar den astronomisk möjliga solskenstiden i timmar för norra Europa i november. Antal timmar anges till höger och för ett antal utvalda platser har värdet angetts explicit.

Men vänta, vad innebär 120 Watt per kvadratmeter?

Denna fråga ställde jag mig när jag körde mina beräkningar. När solens första strålar precis kryper över horisonten då kan man väl knappast nå detta värde för solen dämpas ju en hel del närmast horisonten. Men hur mycket dämpas den? Här kommer det in en massa problem. Mycket beror på om himlen verkligen är klar eller om det finns dis nära horisonten. Det finns inget exakt värde på hur högt solen måste ha kommit upp över horisonten för att dess direkta strålning ska kunna uppnå åtminstone 120 W/m2. Men någon eller några grader är det. I samband med den stora solförmörkelsen i maj 2003 fick jag några mätdata från SMHI:s mätstation i Norrköping. Här nådde solen det definierade gränsvärdet när den hade kommit 1,6 grader över horisonten (solens mittpunkt och ingen refraktion). När jag nyss gick genom några mätserier från Kiruna så verkade det som att solen fick kommen ytterligare en bit högre upp på himlen för att mätaren skulle börja reagera (>120 W/m2). Så ett antagande på 2 grader som minimihöjd för solens mittpunkt kan vara en bra första gissning.
Kör man om beräkningar med detta krav, så minskar den astronomisk maximalt möjliga solskenstiden på 151 timmar till enbart 80(!) timmar som kan anses vara ungefär det, som mätinstrumentet skulle fånga in som mest (Malmö 225, Stockholm 201 och Umeå 159 timmar).
Tid i timmar som solen befinner sig 2 grader eller högre över horisonten sett från norra Europa i november
Grafiken visar den tiden som solen befinner sig 2 grader eller högre över horisonten. Antal timmar anges till höger och gäller längs de horisontella linjerna. Orter på samma breddgrad får alltså lika många timmar. För ett antal utvalda platser har värdet angetts explicit. De här värdena kan anses vara de maximalvärdena för solskenstid som registreras enligt WMO:s regler.

2014-11-01 Solen står 2 grader över horisonten
Grafiken visar tidpunkterna då solen hamnar 2 grader över horisonten sett från Kiruna den 1 november (2014). Man tappar alltså nästan 1,5 timmar solskenstid på grund av mätinstrumenten troligtvis inte reagerar på strålningen eller den helt enkelt underskrider kravet på åtminstone 120 W/m2.
Framåt slutet av månaden blir det värre, för solen når inte ens mer två grader över horisonten efter den 21:e.
2014-11-30 Solupp- och nedgång sett från Kiruna
Grafiken visar solens bana den 30 november. Solen syns teoretiskt i mer än 2,5 timmar men någon solskenstid kommer aldrig att registreras för att den direkta solstrålningen är för lågt. Solens ljus dämpas för mycket när den kryper längs med horisonten.

Men varför minskar då antalet soltimmar i Kiruna med hela 71 timmar medan det i Malmö bara blir en skillnad på 25 timmar?
2014-11-01 Differenser i solskenstiden på grund av breddgraden
Orsaken är solens bana. Redan i Malmö är den ganska flack i början på november och i Kiruna drar solen en ännu lägre bana. En timme efter soluppgången i Malmö har solen kommit upp ungefär dubbelt så högt på himlen än en timme efter soluppgången i Kiruna.
Efter den 22 november når solen inte ens mer 2 grader upp över horisonten sett från Kiruna (räknad på solens mittpunkt och utan refraktion).

Relativ solskenstid

Om vi nu jämför de rekord för solskenstid för olika platser i landet så får vi följande resultat:

Relativ solskenstid vid uppmätta rekord i förhållande till den mätbar möjliga tiden
Grafiken visar antalet möjliga mätbara timmar med solsken i november (2014) under förutsättning att en strålning på åtminstone 120 W/m2 först kan nås när solen har kommit 2 grader upp över horisonten. Antal timmar anges i timmar till höger och gäller längs de horisontella linjerna – man får alltså i princip samma antal soltimmar på alla orter som befinner sig på samma breddgrad. För en del utvalda platser har hittills uppmätta rekord för solskenstiden satts i förhållandet till den maximal möjliga tiden. Värdet anges i procentenheter och förtydligas genom solens grå fyllning.
Med det nya rekordet på 42 timmar solsken i Kiruna når man nästan upp till 53 % av den teoretisk möjliga (enligt kriterierna ovan mätbara) solskenstiden. Rekordet med flest soltimmar i november har Norrköping (enligt SMHI:s öppna data) med 98 timmar. Men eftersom solen skulle kunna visa sig i november i 207 timmar, så blir det bara en relativ tid på 47 %.
Det som man kanske reagerar på är att rekorden i norr generellt sätt hamnar närmare det maximalt möjliga värdet. Förklaringen till detta är helt enkelt att solen befinner sig betydligt kortare tid över horisonten i norr och därmed behöver också himlen vara klar under en kortare tid (vid rätt tillfälle förstås). Skulle det bara bli av en enda ynka soltimme i hela landet under hela månaden, så hade Kiruna direkt fått den högsta relativa solskenstiden. För att man i Malmötrakten ska kunna komma upp i 53 % av den mest möjliga solskenstiden behöver man nästan 120 timmar med sol medan Kiruna bara behöver få ihop 42 timmar som nu denna november…

Begrepp

Refraktion: Ljusstrålar bryts i atmosfären och gör att objekt verka stå en bit högre över horisonten en de gör i verkligheten. Effekten ökar kraftigast närmast horisonten och gör att t.ex. solen lyfts upp med ungefär en diameter. Så när du tittar på en vacker solnedgång hade den redan gått ned på en jord utan atmosfär.

André Franke