Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Confronto fra le misure di DNI a Terra e quelle satellitari

1,345 views

Published on

Presentation by Manuel Floris, March 16th 2011 for EstateLab

  • Be the first to like this

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

×