地表太阳辐射（SSR），或者换句话说，全球水平辐照度（GHI），是到达地面的太阳光的科学术语。了解太阳表面辐射量随时间的变化不仅对气象学和气候学至关重要，而且对光伏（PV）项目的长期规划和盈利能力也至关重要。
穆尔西亚大学和马拉加大学的研究人员与 Solargis 专家合作，利用 Solargis 数据开展了一项新的同行评审研究，评估了 1994 年至 2054 年整个欧洲过去和预测的地表太阳辐射 (SSR) 趋势。
迄今为止，该研究是对欧洲太阳辐射趋势、驱动这些变化的因素以及我们对未来的预期进行的最全面的评估之一。研究的重点是云和气溶胶的影响，因为它们被认为是太阳辐射热长期趋势的两个主要驱动因素。
该分析利用了一套全面的地面观测数据、五个历史网格数据集和 30 个 CMIP6 气候模式的集合，涵盖了四种强迫情景。这些数据源结合在一起，对整个欧洲的 SSR 随时间和空间发生的变化提供了无缝的、前所未有的描述。
泰晤士报》、《独立报》、《光伏杂志》或《能源期刊》等媒体也对这项研究进行了报道。
从 1994 年到 2023 年的观测数据显示，每十年的增幅为 3.1 W/m²（在这 30 年间，Solargis SSR 的平均值为 143 W/m²），最近十年的增幅最大。 整个欧洲的典型年平均 SSR 水平大致从北部地区的约 100 W/m² 到南部地区的约 200 W/m²。
通过适当的调整，卫星模式可以监测地表太阳辐射的长期增长。研究中评估的所有四个星基模式与观测值的吻合度都在每十年 0.3 W/m2 以内。
在分析的所有四种不同排放情景中，大多数气候模式预测 2024-2054 年地表太阳辐射的变化小于每十年 1 W/m2。
大气中气溶胶的长期减少极大地促进了天空云量的减少和清晰度的提高，因此也提高了到达地表的太阳辐射。
从光伏产业的角度来看，这项研究有几个明确的意义。
首先，欧洲的可用太阳能资源出现了数十年的增长，这种增长是可测量的，也是科学上可靠的。对这些趋势的清晰观察实际上证明，欧洲太阳能资源可用性的长期平均值确实发生了与气候变化相关的变化。
这项研究的另一个重要成果是，ECMWF 的 ERA5 和 CMIP6 等气候模型并不适合用于监测太阳能资源的长期趋势，因为我们发现这些模型与地面站观测到的趋势大相径庭。
相反，经过适当调整的卫星数据集（如 Solargis）则为量化 SSR 提供了准确且空间一致的方法。
图 1.(a)全球陆地观测系统地点和 Solargis-3.2 陆地单元的区域 SSR 平均异常的 12 个月运行平均值；(b)根据全球陆地观测系统观测数据（黑色）和 Solargis-3.2（全球陆地观测系统地点为红色，所有陆地区域为蓝色）评估的历史、近期和观测时段的 SSR 趋势和置信区间。b 面板中的竖条是 95%置信水平的置信区间。(关于本图例中颜色的解释，读者可参阅本文的网络版）。
虽然气候模式是预测未来几十年 SSR 的唯一方法，但必须谨慎解释其结果，因为其 1994-2014 年的结果显示，既低估了观测到的 SSR 趋势的幅度，也错误地考虑了与云有关的起源。
总之，研究结果加强了依靠多来源、质量受控的数据集来了解过去和未来太阳能资源可用性的重要性。对于开发商、投资者和政策制定者来说，这些见解对于确保光伏规划和决策立足于对欧洲不断变化的太阳能气候的科学验证理解至关重要。
下面，我们将详细探讨上述各点。
自 1994 年现代太阳辐照度卫星记录时代开始以来，我们一直在分析太阳资源。在此期间，欧洲大部分地区的地表太阳辐射（SSR）显著增加，1994 年至 2023 年期间的平均趋势为每十年 3.1 瓦/平方米。在 30 年的时间跨度内，这意味着可用太阳能资源的显著增加。对于光伏行业来说，这些变化可以转化为不可忽视的长期能源产出的增加，尤其是在趋势最强劲的地区。
为了说明这一趋势，最好将其与典型的太阳能资源长期平均值联系起来。如果以年平均辐照度表示，欧洲的 GHI 通常从苏格兰等北部地区的约 100 W/m² 到西班牙南部等南部地区的约 200 W/m² 不等。因此，与这些基线值相比，每十年约 3 W/m² 的记录趋势相当于每十年百分之几的变化，这是相当显著的。不过，同样重要的是要注意，这一趋势预计不会以同样的速度无限期地持续下去，很可能会在不久的将来达到顶峰。
注：在 Solargis Prospect 和大多数能源部门的应用中，太阳能资源通常以 kWh/m²/year 而不是 W/m² 表示。两者之间的转换非常简单：
瓦/平方米（年平均值）= GHI_Prospect（千瓦时/平方米/年）÷365 ÷24
换句话说，将年 GHI（千瓦时/平方米/年）除以 8,760 小时，就可以换算成以瓦/平方米为单位的等效平均功率。这有助于缩小气候学领域报告趋势的方式（瓦/平方米/十年）与光伏工程师和开发人员习惯考虑资源的方式（千瓦时/平方米/年）之间的差距。
虽然大陆尺度的趋势是明确无误的，但其空间分布却多种多样。在欧洲中部，特别是法国东北部、比荷卢地区和德国西部，SSR 的增长最为强劲。其他地区，包括英国、斯堪的纳维亚半岛、意大利半岛和巴尔干半岛，也显示出太阳辐射的明显增加，但幅度较小。相比之下，伊比利亚半岛和东欧的个别地区近年来显示出稳定甚至略微下降的 SSR，这凸显了空间分辨率数据集对区域光伏规划的重要性。尽管如此，当汇总到欧洲尺度时，所有数据集都证实整个欧洲大陆的太阳辐射量在统计意义上出现了一致的显著增长。
图 2：欧洲三个不同时期（历史、近期和观测）的 Solargis SSR 趋势图。历史时期和观测时期的主要山区不包括在内，因为它们跨越了气象卫星第一代和第二代卫星的数据，而这两颗卫星并不适合评估山区的 SSR 趋势。图片改编自 Segado-Moreno 等人（2025 年）。
气溶胶对 SSR 有双重影响。首先，在无云地区，气溶胶是消耗太阳辐射的主要大气成分（气溶胶直接效应，ADE），也有助于改变大气的冷热和云的热力学（气溶胶半间接效应）。其次，在多云地区，气溶胶通过 Twomey 和 Albrecht 效应等机制改变云的形成、消散和光学特性（共同称为气溶胶间接效应，AIE）。
尽管气溶胶和云长期以来一直被认为是影响 SSR 长期趋势的两个关键因素，但它们的相对作用仍不明确。
通过使用索拉吉斯模式的柱状版本，并比较基于每日气溶胶光学深度输入的模拟结果和长期气溶胶气候学结果，该研究的作者得以分离出气溶胶直接效应，据估计，自 1994 年以来，气溶胶直接效应占观测到的 SSR 增加量的 ≈20%。
其余≈80%的趋势与云相关过程有关，包括气溶胶/云相互作用（Twomey 和 Albrecht 效应）以及可能与气温上升有关的云覆盖率变化。研究表明，仅凭气溶胶引起的云反照率变化无法解释观测到的 SSR 趋势；相反，云量的减少发挥了同等重要的作用。分析表明，在整个 1994-2023 年期间，太阳辐射的增加大约可以解释为 20% 的 ADE、40% 的第一 AIE 和 40% 的云分变化，尽管这些数值可能会因当前网格气溶胶数据集的不确定性而发生变化。
尽管如此，总体结论仍然是可靠的：部分由气溶胶变化引起的云变化对欧洲 SSR 长期趋势的影响是气溶胶直接影响的两倍。
该研究采用了一种多源方法，对 SSR 的跨时空趋势进行了可靠的描述。分析综合了三种主要数据类型：
地面观测：由 46 个经过质量检查和均质化的地面站组成的网络（来自 GEBA/WRDC 档案）提供了可靠的高精度点测量数据。所使用的地面观测数据通过了严格的质量保证检查，排除了不均匀的站点数据，否则会导致观测趋势不正确。
网格数据集：五个历史数据集，包括四个卫星模型（Solargis-3.2、SARAH-3、CLARA-A3、CEBAF-4.2.1）和ERA5 再分析数据集，由于几乎覆盖了整个大陆，因此被用来分析时间模式，主要是空间模式。为确保网格数据的时间稳定性，将其与地面观测数据进行了比较，并对偏差和均方根偏差进行了量化。对索拉吉斯数据集进行了基准测试，结果表明其性能最佳。
气候预测：利用 30 个 CMIP6 气候模型（涉及近 300 个气候变化预测）分析历史模拟（1994-2014 年），并预测四种不同强迫情景（SSP1-2.6 至 SSP5-8.5）下的未来趋势（2024-2054 年）。
