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    AAS: 風云4衛星在太陽能估算及短臨預報中的應用

      碳中和目標背景下,中國未來將顯著增加光伏等新能源在能源結構中的占比(Yang et al., 2022)。光伏太陽能的間接性和不穩定性是太陽能并網利用中的重大挑戰之一。除了發展新能源儲能等技術之外,發展太陽能短臨預報技術是提高太陽能利用率經濟有效途徑。我國新一代靜止氣象衛星風云四號的發射給太陽能短臨預報(<3小時)提供了新的觀測手段。

      近日,中國科學院大氣物理研究所夏祥鰲研究員課題組聯合哈爾濱工業大學能源科學與工程學院和國家衛星氣象中心研究人員,利用風云四號(FY-4A)多通道反射率數據建立了地表太陽輻射(SSI)估算和短臨預報系統。該系統由兩個關鍵部分組成,第一部分為基于物理晴天模型和經驗云天模型構建的混合SSI估算方法;第二部分為SSI短臨預報模型,其核心是通過塊狀匹配法預測云運動矢量(CMV),進而預報未來3小時內SSI場。驗證結果表明:該系統SSI估算值標準均方根誤差(nRMSE)為22.4%。30-180分鐘時間內SSI預測值nRMSE在25.1-30.8%之間。預測值和觀測值在時間和空間上都十分接近(圖1和圖2)。SSI估算結果的準確度取決于云的出現頻率,春夏較低,秋冬較高。本研究工作表明新一代靜止氣象衛星在地表太陽輻射短時臨近預報中的廣闊應用前景,將顯著促進我國光伏太陽能能源發展和利用。

      該系統在華北地區具備良好的性能,未來進一步改進將側重于對SSI估算模型的校準并推廣其在整個中國地區的適用性,此外,云的生消過程也需要在短臨預報中加以考慮。

      上述研究成果收錄在《Advances in Atmospheric Sciences》組織的碳中和???。??陉懤m更新中,歡迎點擊http://www.iapjournals.ac.cn/aas/en/virtualTopic?id=0dd926a0-0d87-4043-a3ca-c35960430059查看最新接收文章。

      論文第一作者為大氣所客座博士生來自哈爾濱工業大學黃春林,通訊作者為中國科學院大氣物理研究所夏祥鰲研究員和哈爾濱工業大學袁遠教授。

      文章信息

      Chunlin, Huang, Hongrong Shi, Ling Gao, Mengqi Liu, Qixiang Chen, Disong Fu, Shu Wang, Yuan Yuan, Xiangao Xia. 2022: Fengyun-4 Geostationary satellite based solar energy nowcasting system and its application in North China. Adv. Atmos. Sci., https://doi.org/10.1007/s00376-022-1464-0

      Dazhi Yang, Wenting Wang, and Xiangao Xia. 2022: A concise overview on solar resource assessment and forecasting. Adv. Atmos. Sci., https://doi.org/10.1007/s00376-021-1372-8

    圖1. 2018年12月1日華北地區云指數(CI)、GHI和DNI一小時預測值(a-c)和實際觀測值(d-f)的空間分布以及對比。

    圖2. 2018年12月香河站GHI(a)和DHI(b)1h預測值的準確性驗證。

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