对于我们的北美客户来说，这是一个好消息。从现在起，Solargis 预测平台将对太阳能发电厂最具破坏性的天气灾害之一发出预警：冰雹。
冰雹是在强大的雷暴天气中形成的固体冰粒。强大的上升气流将雨滴带到冰点以上，并在那里长成坚硬的冰石。一旦这些冰弹变得太重，风暴无法承受，它们就会落下。
美国中部尤其容易频繁发生冰雹事件。来自墨西哥湾的温暖潮湿空气与来自北美内陆的干燥不稳定空气相碰撞，为强烈的雷暴天气创造了理想的条件，使该地区成为全球冰雹的热点地区。
这就是为什么我们首先在美国大陆推出这一更新，并计划在不久的将来扩大覆盖范围。
冰雹本来就很难预测，但某些大气条件，如强烈的不稳定性、深度对流和强烈的上升气流，明显预示着冰雹形成的可能性很大。
Solargis Forecast 专注于足以严重损坏光伏组件的冰雹。根据 IEC 61215 标准，使用高速推进的 25 毫米（约 1 英寸）冰球对标准光伏组件进行测试。该测试代表的是对中等冰雹的抗击能力，而非极端事件。1.5 英寸（约 38 毫米）左右的冰雹会在钢化玻璃上产生微裂缝，导致潜在的性能损失。2 英寸（约 50 毫米）或更大的冰雹通常会超过认证阈值，并可能击碎玻璃，立即毁坏标准光伏组件。
图 1：2025 年 9 月 23 日 22:00UTC 时美国中部的 Solargis 冰雹预测数据可视化。左侧的地图显示了 25 毫米（1 英寸）大小冰雹事件的可能性[%]，右侧的卫星图像来自 GOES-E GeoColor（美国国家航空航天局 GIBS），记录了大范围的大气气旋。图表显示了地图上标注位置的 25 毫米、38 毫米和 50 毫米大小冰雹预报信号的时间序列。
Solargis 冰雹预报基于NOAA 高分辨率快速刷新（HRRR）模式。这是一个允许对流的实时大气模型，空间分辨率为 3 公里，每小时更新一次，使用雷达数据实时捕捉风暴。然后，我们利用时间和空间聚合对原始网格级输出进行后处理，以更好地描述冰雹风险。
当多个预报周期在同一时间窗口内持续出现冰雹预报，且附近的网格单元集群都预报出明显的冰雹大小时，冰雹风险被认为较高。由于冰雹很难精确定位，我们将风险区域扩展到半径约 50 公里（31 英里）的范围内，将最高概率分配给冰雹核心区，并逐渐向外围降低概率。
冰雹预报可通过Solargis Forecast平台（专业版和企业版软件包）获取，适用于 CONUS（美国大陆，不包括阿拉斯加和夏威夷）地区。根据 HRRR 模式域，范围还包括加拿大南部和墨西哥北部。订阅地点的预报每小时更新一次，提前期长达 48 小时。
Solargis 冰雹预报给出了三种冰雹大小临界值的百分比[%]：
由于冰雹事件具有高度的局部性，因此百分比表示冰雹事件发生在距离地点大约 3-10 公里范围内的可能性，在极少数情况下可达到 50 公里。
报告的冰雹大小代表冰雹事件的预期严重程度。实际上，最大的冰雹通常局限在很小的范围内，而较小的冰雹则可能影响更广的区域。最大冰雹的确切撞击点无法以很高的空间精度进行预测。
许多重大风暴的发生都没有目击者，而且往往没有报告。NOAA 的风暴预测中心 (SPC) 收集并存档了全美冰雹事件的观测数据，这些报告构成了观测到的冰雹发生率和大小的主要参考数据集。
报告密度在空间和时间上各不相同，而且主要偏向于人口密集地区、城市和主要运输通道。一些地区对冰雹的记录要比其他地区详细得多。尽管存在这些局限性，但 SPC 记录还是有力地证实了冰雹的发生，并为报告的冰雹大小提供了有用的基准。
图 2：30 年内（2004-2023 年）观测到的冰雹事件的 SPC 记录。报告的观测密度与城市地区和交通走廊的模式相关。
我们将冰雹预测与 2021-2023 年 SPC 官方冰雹报告进行了比较。结果显示在二维分档直方图中（图 3）。在此期间，SPC 数据库记录了 20905 次冰雹事件，冰雹大小至少为 1 英寸。
在±3 小时窗口和 50 千米半径范围内，该模式至少在一次预报运行中检测到了约 94% 的冰雹事件。实际上，这意味着几乎所有破坏性冰雹事件都会在 Solargis 冰雹预报中触发预警。
图 3：2021-2023 年期间冰雹大小大于 1''的 SPC 事件与经 Solargis 方法后处理的 HRRR 模型输出结果的比较，以密度图表示。详细解释见文章。
考虑到冰雹形成的复杂性，这种性能水平被认为是非常好的，为光伏运营商启动缓解措施提供了宝贵的时间。约有 3.5% 的冰雹事件被预测为较小的、无破坏性的冰雹，只有约 2.5% 的冰雹事件被完全错过。
预测和观测到的冰雹大小差异更为明显。模型提供了保守的估计值；对于中等冰雹事件（1-3 英寸），图表上的大多数点都位于 1:1 线以上，这意味着模型预测的冰雹通常比 SPC 报告的要大。对于特大冰雹（3 英寸以上），模型往往会低估冰雹的大小，但这主要是受该范围内数据点数量有限的影响，因为此类事件非常罕见。
2023 年 6 月 23 日，一场强烈的晚间风暴袭击了内布拉斯加州西部的 Scottsbluff。当地时间晚上 9 点左右（UTC 时间 6 月 24 日 02:00），直径达 4 英寸的冰雹击中了一个装有单轴跟踪器的 5.2 兆瓦光伏电站，造成大部分光伏组件大面积损坏。
图 4：内布拉斯加州西部 Scottsbluff 的光伏电站在遭受破坏性冰雹袭击后的情况。图片来源：内布拉斯加州公共供电区，摘自《可再生能源世界》（renewableenergyworld.com）
下图和图表显示了 Solargis 冰雹预测模型如何提前数小时捕捉到这一事件。预报信号在冰雹影响高峰前约三小时开始上升，在影响最大时，25 毫米（约 1 英寸）冰雹的可能性达到 95%，50 毫米（约 2 英寸）冰雹的可能性达到 35%。在工厂东北方向约 20 千米的区域，模型最大值达到 25 毫米冰雹的 100% 潜力值和 50 毫米冰雹的 58% 潜力值。
图 5：2023 年 6 月 23-24 日重建的 Solargis 冰雹预测。地图上标出了 Scottsbluff 光伏电站的位置。预测当地时间晚上 9 点（UTC 02:00）冰雹可能超过 25 毫米（左）和 50 毫米（右）。图表显示了电站位置冰雹预报信号的时间序列。
该案例显示了 如何获取短期冰雹风险信息，从而为操作人员提供足够的时间，通过调整跟踪器位置来降低损坏的严重程度。报道称，内布拉斯加州 Scottsbluff 光伏基地的光伏组件必须更换，电站才能在 2024 年初恢复运行。
对于光伏资产来说，冰雹是一种严重的机械风险。就硬件成本、生产损失和运营中断而言，它也是成本最高的天气风险之一。要降低风险，首先要 进行系统设计，并获得可靠的冰雹预报，以便在风暴来临前及时发出警告，尤其是在美国等强风暴频繁的地区。
与冰雹相关的组件损坏是光伏资产成本最高的天气风险之一，包括硬件成本、生产损失和运营中断。通过Solargis Forecast 中的冰雹警报，您可获得一个预警层，帮助您在暴风雨来临前采取行动，保护您的组件，减少计划外停机时间，最终保障资本支出和收益。
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