Vypustenie družiceGOES-R ( prevádzkovanej NASA a NOAA) poskytlo modelárom slnečnej energie skvelú príležitosť využívať kvalitnejšie satelitné snímky. Výsledkom je, že teraz môžu získať kvalitnejšie údaje o slnečnom žiarení.
V tomto článku sa delíme o niektoré výzvy, ktoré integrácia GOES-R znamenala pre náš tím pre satelitné údaje, a o to, ako bol model upravený a vylepšený.
Od roku 2018, po dosiahnutí geostacionárnej dráhy a miesta, pre ktoré bola plánovaná (0º zemepisnej šírky a 75,2° západnej dĺžky), začala družica GOES-R poskytovať stabilné vstupné údaje pre modely slnečného žiarenia.
Na družici GOES-R je nainštalovaný súbor nových prístrojov využívajúcich najmodernejšie technológie. Mimoriadne dôležitý pre modelovanie slnečného žiarenia je jej pokročilý základný zobrazovací prístroj (Advanced Baseline Imager - ABI), ktorý dokáže zobraziť Zem v 16 spektrálnych pásmach vrátane dvoch viditeľných kanálov, štyroch kanálov v blízkej infračervenej oblasti a desiatich infračervených kanálov.
Tento nový ABI poskytuje trikrát viac spektrálnych informácií, štyrikrát väčšie priestorové rozlíšenie a viac ako päťkrát rýchlejšie pokrytie ako predchádzajúca satelitná technológia.
Po prvej integrácii údajov GOES-R, ktorú sme vykonali pred niekoľkými rokmi, náš tím pre satelitné údaje pracoval na ďalších vylepšeniach naprieč modelom slnečného žiarenia, ktorý sa používa pre miesta pokryté týmto satelitom. To, že máme k dispozícii dlhšie obdobie údajov, nám pomohlo lepšie pochopiť niektoré obmedzenia pôvodného modelu a riešiť ich v novej metodike.
Celá táto práca sa zhmotnila v novej verzii modelu Solargis 2.2.35, ktorá je teraz k dispozícii pre všetky dodávky údajov v Amerike (a východnom Pacifiku).
Vylepšenia sa týkajú týchto oblastí:
Integrácia vstupov z novej družice znamená prispôsobenie celého reťazca spracovania údajov, a to od začiatku.
Surové satelitné údaje si vyžadujú spracovanie od okamihu, keď ich dostaneme. Najmä v prípade údajov GOES-R náš tím implementoval pokročilejší algoritmus predbežného spracovania. To pomohlo prekonať priestorový "šum" a dosiahnuť hladšie prechody po opätovnom premietnutí údajov.
Geostacionárne družice obiehajú okolo Zeme v "pevnej" polohe, približne 36 000 km nad zemou, pričom každých desať minút získavajú informácie pre mimoriadne veľkú oblasť (celú pologuľu alebo zemský disk). Oblasti vzdialenejšie od stredu disku (napr. severné zemepisné šírky) však družica "vidí" pod veľkým pozorovacím uhlom, čo spôsobuje skreslenie signálu, zníženie priestorovej podrobnosti a v prípade hornatých oblastí aj posun polohy.
Na riešenie tohto problému náš tím pre satelitné údaje implementoval algoritmus reprojekcie, ktorý dokáže korigovať skreslenie terénu a zabezpečiť lepšiu polohovú presnosť. Pozrite si obrázok nižšie.
Model ožiarenia sa pri charakterizovaní oblakov spolieha najmä na viditeľný kanál satelitného prístroja.
Keďže oblaky aj sneh sú jasné vo viditeľnom spektre, jednou z najväčších výziev pre algoritmus je úspešne rozlíšiť tieto dva typy prvkov a správne odhadnúť vlastnosti oblakov. Na zlepšenie odhadov v zasnežených podmienkach sme použili pomocné informácie z infračervených kanálov a iných zdrojov údajov. Podobným spôsobom sa zaobchádza aj s inými povrchmi s vysokou hladinou, ako sú ľadovce, svetlé púšte a soľné panvy.
Ďalšou výzvou je modelovanie situácií s rozbitými mrakmi, keďže satelitný pixel zaznamenáva zmes vlastností oblakov a povrchu. Tieto situácie sú v niektorých regiónoch bežné, a preto im tím Solargis venoval osobitnú pozornosť.
Na obrázku môžete vidieť príklad detekcie oblakov nad zasneženými oblasťami pozdĺž hranice USA a Kanady. V starej verzii modelu má reprezentácia oblakov časté diery a vysokokontrastné škvrny v dôsledku nadmernej a nedostatočnej korekcie indexu oblačnosti nad snehovým povrchom. V novom modeli sú oblaky konzistentnejšie, homogénnejšie a presnejšie vďaka vylepšenej korekcii.
Stará verzia modelu (denný priemer GHI 2. marca 2023):
Nová verzia modelu (denný priemer GHI 2. marca 2023):
V niekoľkých krokoch modelu sa používajú výpočty presnej polohy Slnka. Vďaka implementácii zložitejšej parametrizácie môžeme získať presnejšiu polohu Slnka. To umožnilo o niečo viac zlepšiť výsledky.
Zapracovali sme aj vplyv zatmení. Tie nemusia byť dôležité pre dlhodobé výpočty vo fáze prieskumu solárneho projektu, ale budú užitočné pri pohľade na monitorovacie alebo predpovedné aplikácie.
V dôsledku začlenenia družice GOES-R a modernizácie našich modelov solárnych údajov (ako aj novej infraštruktúry na spracovanie, aby sme skrátili čas dodania) sme teraz schopní poskytovať súbory údajov s 10-minútovým rozlíšením od roku 2019 (na rozdiel od predchádzajúceho 15-minútového rozlíšenia).
Celková výkonnosť modelu sa zlepšila, čo dokazujú validačné štatistiky - viac informácií nájdete v nasledujúcej časti.
V prípade niektorých oblastí viedla aktualizácia modelu k mierne odlišným dlhodobým hodnotám (pozri mapu nižšie). Dôvod? Nové zmeny implementované v spracovateľskom reťazci GOES-R (od roku 2018) a dodatočné opravy modelu za predchádzajúce obdobie.
Prepočet validačných štatistík odráža aj zlepšené výsledky nového modelu Solargis pre Ameriku.
Po porovnaní hodnoty ožiarenia Solagis s údajmi nameranými na zemi na viac ako 60 miestach sme dospeli k niekoľkým záverom:
Viac informácií a výsledky validácie sú k dispozíciitu.
Na udržanie čo najlepšej kvalityúdajov o slnečnom žiarení vypočítaných zo satelitných pozorovaní je potrebné neustále úsilie o prispôsobovanie procesov spracovania údajov a modelov. Hoci to môže byť niekedy náročné, tešíme sa, že úspechy, ktoré dosiahol náš tím pre družicové údaje v regióne GOES, pomôžu odomknúť čoraz viac príležitostí pre slnečnú energiu pomocou kvalitnejších dátových služieb o slnečných zdrojoch.
Ak máte akékoľvek otázky o tom, ako nová generácia satelitov pomáha zlepšiť odhady energetických zdrojov pre vaše solárne projekty,kontaktujte nás.
