Confronto fra le misure di DNI a Terra                        e                 quelle satellitari   Manuel Floris        ...
Introduzione●   Linterazione della radiazione    solare con latmosfera●   I modelli per lestrapolazione    delle misure de...
Interazione Radiazione-Atmosfera
Interazione Radiazione-Atmosfera●Scattering di Rayleigh: interazione con le molecole d’aria●Scattering di Mie: interazione...
Interazione Radiazione-Atmosfera               ●   Allaumentare della copertura                   nuvolosa:               ...
Misura della DNI●   Misura Diretta:                     ●   Misura Indiretta:    con campagne di misure a                a...
DNI dalle misure satellitari                               Costruzione del Modello                               a) Modulo...
DNI dalle misure satellitari    Le misure raccolte a terra sono state confrontate    con le misure ricavate dal:●   SoDa, ...
Il modello clear-sky ESRA  Modello ESRA: modello semiempirico che parte dalla Legge  empirica di Lambert-Beer Legge empiri...
Il modello clear-sky ESRA                                     Modello ESRA                                                ...
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Il modello clear-sky di Bird & Hulstrom●   Input satellitari diretti    ●   Ozono: NASA/AURA-OMI●   Input satellitari otti...
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La copertura nuvolosa: il metodo Heliosat-2                                               ●     Meteosat 2°generazione    ...
DNI dalle misure satellitariCalcolo DNI                    −10⋅nDNI = DNI clear sky e
Confronto fra le misure a terra e satellitari●   I dati del modello del SoDa sottostimano    ampiamente il valore della DN...
Confronto fra le misure a terra e satellitariConfronto fra i modelli per lanno 2005
Confronto fra le misure a terra e satellitari Non potendo confrontare le misure del 2009/2010 con quelle ricavate dal mode...
Confronto fra le misure a terra e satellitari                                             OttanaMacchiareddu
Conclusioni●   Dal confronto fra le misure a terra e le misure    del modello SoDa si vede che il modello    sottostima la...
Sviluppi futuri●   Il CRS4 ha stipulato a fine gennaio una convenzione    triennale con il Ministero della Difesa per lacc...
Sviluppi futuri●   Si auspicano ulteriori campagne di misura in vari siti della    Sardegna, in modo da permettere la real...
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Confronto fra le misure di DNI a Terra e quelle satellitari

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Presentation by Manuel Floris, March 16th 2011 for EstateLab

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Confronto fra le misure di DNI a Terra e quelle satellitari

  1. 1. Confronto fra le misure di DNI a Terra e quelle satellitari Manuel Floris Cagliari, 16 marzo 2011Ricerca co-finanziata con fondi a valere sul PO Sardegna FSE 2007-2013 sulla L.R.7/2007“Promozione della ricerca scientifica e dell’innovazione tecnologica in Sardegna”
  2. 2. Introduzione● Linterazione della radiazione solare con latmosfera● I modelli per lestrapolazione delle misure della DNI dalle misure satellitari: ✔ i modelli clear-sky ✔ Il metodo Heliosat-2 ● Confronti fra le misure a terra e quelle satellitari: ➢ Anno di misura ➢ Serie storiche ● Conclusioni e sviluppi futuri
  3. 3. Interazione Radiazione-Atmosfera
  4. 4. Interazione Radiazione-Atmosfera●Scattering di Rayleigh: interazione con le molecole d’aria●Scattering di Mie: interazione con le polveri e gli inquinanti atmosferici, chiamati Aerosol●Assorbimento molecolare dovuto alla presenza di: O , H O, O , CO 3 2 2 2●Fenomeni di riflessione a livello di atmosfera Tutti questi processi dipendono dalle condizioni atmosferiche e dalla massa daria
  5. 5. Interazione Radiazione-Atmosfera ● Allaumentare della copertura nuvolosa: ➔ diminuisce la radiazione solare diretta ➔ diminuisce la radiazione solare globale orizzontale ➔ aumenta la radiazione diffusa
  6. 6. Misura della DNI● Misura Diretta: ● Misura Indiretta: con campagne di misure a attraverso un modello che utilizza terra, realizzate utilizzando le misure satellitari sulle densità centraline meteo-solari di colonna di O3, H2O, O2, CO2,● Vantaggi: Aerosol e della copertura nuvolosa. elevata precisione ● Vantaggi:● Svantaggi: i. ampia copertura geografica misure valide solo per il sito in esame e per il periodo ii. realizzazione di serie storiche temporale della campagna ● Svantaggi: i. minor precisione delle misure ii. non comprende le variazioni dovute al microclima locale
  7. 7. DNI dalle misure satellitari Costruzione del Modello a) Modulo Clear-Sky: implementazione di un modello che descriva linterazione fra la radiazione e latmosfera in assenza di nuvole b) Calcolo della copertura nuvolosaInput del Modelloa) Clear-Sky: misure satellitari densità di colonna dellozono, vapor dacqua, aerosol (O2, CO2 ed N2, si assumono costanti)b) Copertura nuvolosa: immagini METEOSAT e GOES
  8. 8. DNI dalle misure satellitari Le misure raccolte a terra sono state confrontate con le misure ricavate dal:● SoDa, database HelioClim per il 2009/2010: ● Modello clear-sky ESRA (2000) ● Copertura nuvolosa ricavata con il metodo Heliosat-2● SOLEMI (DLR), per gli anni fra il 1996 ed il 2005: ● Modello clear-sky di Bird & Hulstrom (1981) ● Copertura nuvolosa ricavata con il metodo Heliosat-2
  9. 9. Il modello clear-sky ESRA Modello ESRA: modello semiempirico che parte dalla Legge empirica di Lambert-Beer Legge empirica di Lambert − Beer − IT=I0 e Massa daria m: è il rapporto tra il Legge modificata di Lambert − Beer −m ⋅cammino percorso da un raggio di sole I T= I 0 ei inell’atmosfera ed il cammino minimoallo zenit, quando il raggio solare incidenormalmente alla superficie terrestre.m=0 assenza di massa dariam=1 massa daria allo zenith 1m∝ ;  z= angolo zenitale cos z
  10. 10. Il modello clear-sky ESRA Modello ESRA −0,8662 m⋅ Linke m a =2  r  m a DNI clear sky =I 0 e  Linke =torbidità di Linke r m a = profondità ottica di Rayleigh●La torbidità di Linke è un coefficiente ricavato sperimentalmente, da misuresatellitari e terrestri, descrive lassorbimento e lo scattering causato dagliaerosol, dal vapor dacqua e dalle molecole dellaria .●τLinke =1 per cielo estremamente trasparente; τLinke =6-7 per cielo inquinato● Valori della profondità ottica di Rayleigh al variare della massa daria:
  11. 11. Il modello clear-sky ESRA Pregi ● La τLinkeè disponibile su celle di 10Kmx10Km ● La τLinke è confrontabile con le misure dirette a terra Difetti ● La τLinkeè calcolata effettuando la media mensile sui valori mensili di 7 anni di riferimento, dunque non tiene conto delle variazioni giornaliere degli aerosol e del vapor dacqua
  12. 12. Il modello clear-sky di Bird & HulstromModello di Bird & Hulstrom: modello parametrico ottenuto dalconfronto di misure a terra con vari modelli di trasporto radiativo Il modello di Bird − Hulstrom DNI clear sky=0,9751 I 0⋅rayleigh ozono  gas vapor d acqua aerosol
  13. 13. Il modello clear-sky di Bird & Hulstrom● Input satellitari diretti ● Ozono: NASA/AURA-OMI● Input satellitari ottimizzati con modelli: ● Vapor dacqua: NCEP- NCAR reanalysis project ● Aerosol: GACP, MATCH, Aerocom
  14. 14. Il modello clear-sky di Bird & Hulstrom Pregi● E un modello che tiene conto di tutti i fenomeni di interazione radiazione-atmosfera Difetti● Le misure in input hanno basse risoluzioni spaziali: ● Vapor dacqua 275Kmx275Km ● Aerosol 110 Km x 110 Km ● Ozono 110 Km x 110 Km● Un confronto preciso con i dati a terra può essere fatto solo con misure spettrofotometriche
  15. 15. La copertura nuvolosa: il metodo Heliosat-2 ● Meteosat 2°generazione Risol. Spaziale: 2,5 Km x 2,5 Km Risol. Temporale: 15 minuti Bande principali esaminate: ● VIS (0,5 - 1) μm ● IR (10,5 - 12,5) μm ● WV (5,7 - 7,1) μmIndice di nuvolosità 0n1 c t , x , y− suolo t , x , y n t , x , y= max t , x , y−suolo t , x , yc =albedo del pixel esaminato suolo= albedo del suolomax =albedo massimo per uno strato di nubi intenso
  16. 16. DNI dalle misure satellitariCalcolo DNI −10⋅nDNI = DNI clear sky e
  17. 17. Confronto fra le misure a terra e satellitari● I dati del modello del SoDa sottostimano ampiamente il valore della DNI per Macchiareddu
  18. 18. Confronto fra le misure a terra e satellitariConfronto fra i modelli per lanno 2005
  19. 19. Confronto fra le misure a terra e satellitari Non potendo confrontare le misure del 2009/2010 con quelle ricavate dal modello del Solemi, abbiamo confrontato landamento dei giorni limite per i due siti OttanaMacchiareddu
  20. 20. Confronto fra le misure a terra e satellitari OttanaMacchiareddu
  21. 21. Conclusioni● Dal confronto fra le misure a terra e le misure del modello SoDa si vede che il modello sottostima la radiazione solare diretta di circa il 10% in un anno● Dal confronto dei giorni limite, si deduce che il modello del Solemi tende a sottostimare i valori massimi della DNI nelle condizioni di clear-sky nei mesi primaverili ed estivi● Entrambi i modelli analizzati sottostimano la radiazione solare diretta nei due siti sardi esaminati
  22. 22. Sviluppi futuri● Il CRS4 ha stipulato a fine gennaio una convenzione triennale con il Ministero della Difesa per laccesso ai dati Meteosat, storici ed in tempo reale, questo permetterà: ● Sviluppo di entrambi i modelli esaminati ● Determinazione accurata della torbidità di Linke per i siti in esame e implementazione di modelli correttivi del modello ESRA per i siti in esame ● Confronto delle misure del modello Solemi con le misure a terra e selezione dei migliori valori di input (aerosol) per i siti in esame ● Creazione di accurate serie storiche di DNI per i siti in esame, utilizzando le ulteriori misure a terra
  23. 23. Sviluppi futuri● Si auspicano ulteriori campagne di misura in vari siti della Sardegna, in modo da permettere la realizzazione di mappe accurate della DNI per la Sardegna● La presenza di un maggior numero di centraline di rilevamento potrà permettere lo sviluppo di modelli previsionali su scala giornaliera della DNI, basati sugli attuali modelli predittivi meteorologici

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