风云卫星驱动地表太阳辐射遥感反演和短临预报

【作者】 黄春林； 阮朝辉； 施红蓉； 夏祥鳌；

【机构】 河南省科学院光资源与环境科学研究所； 扬州大学电气与能源动力工程学院； 中国科学院大气物理研究所大气环境与极端气象全国重点实验室； 中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测实验室；

【摘要】 在"双碳"战略的实施下,中国正在快速进行能源转型,光伏市场也经历了指数级增长,但中国光伏的进一步大规模快速部署仍面临着许多挑战,基于此,建立高精度和高分辨地表太阳辐射反演方法,发展高精度短临预报技术是能源气象领域迫切需要发展的研究方向。卫星遥感技术是提供时空完整性强且精度高的地表太阳辐射遥感反演以及短临预报的最重要手段。我国很大程度上仍依赖国外卫星如日本Himawari-8和欧洲Meteosat系列发布的太阳辐射产品。但受限于静止气象卫星的定位点位置,国际太阳辐射产品无法完整覆盖中国全域,即使可将不同数据产品进行空间"缝合",也会出现数据产品时空异质性等一系列问题。然而,上述数据问题只是次要的,地表太阳辐射自主遥感反演和短临预报发展不成熟才是真正困扰国内相关产业进一步发展的核心问题。我国最新一代地球静止气象卫星风云四号(FY-4)搭载的先进成像仪具备和国际同类仪器一致的观测能力,可提供区域分钟级、空间亚公里级、14个通道的观测数据,在太阳能资源相关领域的研究中具备极大潜力。风云二号(FY-2)系列卫星已累计在轨运行二十年,其获取的长时间跨度观测数据已被广泛用于气象、水文、生态、空间环境科学等领域,可以作为FY-4在中国太阳能资源方面的重要补充。鉴于我国已经具备国土全覆盖的长时序静止卫星观测数据,基于国产风云静止气象卫星构建长时序高分辨时空无缝地表太阳辐射气候产品,并进一步发展短临预报技术,有望成为推动我国太阳能相关产业发展的有效途径。本文发展了一种基于Heliosat-2模型的区域适应性半经验反演算法,并利用FY-4单个可见光通道观测值反演了百米级地表太阳辐射,在空间分辨率和准确性上均优于日本Himawari-8辐射产品。在此基础上将高分辨反演算法迁移至FY-2系列卫星,进而构建了中国全域长时序(2011-2022年)高分辨(1.25公里)时空无缝地表太阳辐射卫星遥感数据产品,该产品能够提供比现有大多数产品更精细的太阳能资源空间分布信息。基于上述长时序自主数据产品,对中国近十余年太阳能资源的时空分布及稳定性进行了评估,与此同时发展了地表太阳辐射短临预报技术,并结合精细化光伏模型链实现了区域性的光伏输出功率短临预报。现有研究结果表明,国产风云卫星能够满足太阳能应用和大气科学基础研究对高精度和高分辨地表太阳辐射时空分布和变化信息的迫切需求,构建完全基于中国风云静止气象卫星系列的长时序高分辨时空无缝地表太阳辐射气候产品,能够提升我国高精度和高分辨太阳能资源自主评估能力,促进中国风云气象卫星在能源气象领域的应用。更多还原