O lançamento doGOES-R ( operado pela NASA e pela NOAA) deu aos modeladores solares uma grande oportunidade de utilizar imagens de satélite de maior qualidade. Como resultado, podem agora obter dados de irradiância solar de maior qualidade.
Neste artigo, partilhamos alguns dos desafios que a integração do GOES-R representou para a nossa equipa de dados de satélite e a forma como o modelo foi adaptado e melhorado.
Desde 2018, depois de atingir a órbita geoestacionária e a localização para que foi planeado (0º de latitude e 75,2° de longitude oeste), o satélite GOES-R começou a fornecer dados estáveis para os modelos de irradiância solar.
O satélite GOES-R tem instalado um conjunto de novos instrumentos que utilizam a tecnologia mais avançada. De especial importância para a modelação da irradiância solar é o seu Advanced Baseline Imager (ABI), capaz de visualizar a Terra em 16 bandas espectrais, incluindo dois canais visíveis, quatro canais de infravermelhos próximos e dez canais de infravermelhos.
Este novo ABI fornece três vezes mais informação espetral, quatro vezes mais resolução espacial e uma cobertura cinco vezes mais rápida do que a anterior tecnologia de satélite.
Após a primeira integração de dados GOES-R que fizemos há alguns anos, a nossa equipa de dados de satélite tem trabalhado em melhorias adicionais no modelo de irradiância solar utilizado para os locais cobertos por este satélite. Ter um período de dados mais longo ajudou-nos a compreender melhor algumas das limitações do modelo original e a resolvê-las na nova metodologia.
Todo este trabalho foi materializado no novo modelo Solargis versão 2.2.35 que está agora disponível para qualquer entrega de dados nas Américas (e Pacífico Oriental).
As melhorias abrangem áreas como:
A integração de dados provenientes de um novo satélite implica a adaptação de toda a cadeia de processamento de dados, desde o início.
Os dados brutos de satélite requerem processamento a partir do momento em que os recebemos. Particularmente para os dados GOES-R, a nossa equipa implementou um algoritmo de pré-processamento mais avançado. Isto ajudou a ultrapassar o "ruído" espacial e a conseguir transições mais suaves após a reprojecção dos dados.
Os satélites geoestacionários orbitam a Terra numa posição "fixa", a cerca de 36.000 km acima do solo, obtendo informações para uma área extraordinariamente grande (todo o hemisfério, ou disco terrestre) de dez em dez minutos. No entanto, as áreas mais afastadas do centro do disco (por exemplo, latitudes setentrionais) são "vistas" pelo satélite num ângulo de visão elevado, causando distorção do sinal, redução do pormenor espacial e, no caso das regiões montanhosas, também deslocação posicional.
Para resolver este problema, a nossa equipa de dados de satélite implementou um algoritmo de reprojecção que é capaz de corrigir as distorções do terreno e proporcionar uma melhor precisão posicional. Veja a imagem abaixo.
O modelo de irradiação baseia-se principalmente no canal visível do instrumento de satélite para caraterizar as nuvens.
Uma vez que as nuvens e a neve são ambas brilhantes no espetro visível, um dos maiores desafios para o algoritmo é distinguir com sucesso estes dois tipos de caraterísticas e estimar corretamente as propriedades das nuvens. Utilizámos informação auxiliar de canais de infravermelhos e outras fontes de dados para melhorar as estimativas em condições de neve. Outras superfícies com elevado teor de albedo, como glaciares, desertos brilhantes e salinas, são tratadas de forma semelhante.
Outro desafio é a modelação de situações de nuvens partidas, uma vez que o pixel do satélite regista uma mistura de propriedades da nuvem e da superfície. Estas situações são comuns em algumas regiões, pelo que a equipa Solargis prestou especial atenção a elas.
Na imagem, pode ver-se um exemplo de deteção de nuvens sobre áreas cobertas de neve ao longo da fronteira entre os EUA e o Canadá. Na versão antiga do modelo, a representação das nuvens tem frequentes buracos e manchas de alto contraste devido à sobre e sub-correção do índice de nuvens sobre a superfície da neve. No novo modelo, as nuvens são mais consistentes, homogéneas e precisas devido à correção melhorada.
Versão antiga do modelo (média diária do GHI em 2 de março de 2023):
Nova versão do modelo (média diária do GHI em 2 de março de 2023):
Várias etapas do modelo utilizam os cálculos da posição exacta do Sol. Graças à implementação de uma parametrização mais complexa, podemos obter uma posição mais exacta do Sol. Isto permitiu melhorar um pouco mais os resultados.
Incorporámos também o efeito dos eclipses. Estes podem não ser importantes para os cálculos a longo prazo na fase de prospeção de um projeto solar, mas serão úteis quando se trata de aplicações de monitorização ou de previsão.
Como resultado da incorporação do satélite GOES-R e da atualização dos nossos modelos de dados solares (bem como da nova infraestrutura de processamento para manter o tempo de entrega curto), estamos agora em condições de fornecer conjuntos de dados com resolução de 10 minutos desde 2019 (em oposição à anterior resolução de 15 minutos).
O desempenho geral do modelo melhorou, como provam as estatísticas de validação - ver a próxima secção para mais informações.
Para algumas áreas, a atualização do modelo resultou em valores de longo prazo ligeiramente diferentes (ver mapa abaixo). O motivo? Novas alterações implementadas na cadeia de processamento do GOES-R (a partir de 2018) e correcções adicionais do modelo para o período anterior.
O novo cálculo das estatísticas de validação também reflecte a melhoria dos resultados do novo modelo Solargis para as Américas.
Depois de comparar o valor da irradiância de Solargis com os dados medidos no solo em mais de 60 locais, chegámos a várias conclusões:
Mais informações e resultados de validação disponíveisaqui.
Para manter a melhor qualidade dosdados de radiação solar calculados a partir de observações de satélite, é necessário um esforço constante de adaptação dos processos e modelos de dados. Embora isso possa, por vezes, ser um desafio, estamos entusiasmados por ver como os resultados alcançados pela nossa equipa de dados de satélite para a região GOES ajudarão a desbloquear cada vez mais oportunidades para a energia solar com serviços de dados de recursos solares de maior qualidade.
Contacte-nos se tiver alguma questão sobre a forma como a nova geração de satélites está a ajudar a melhorar as estimativas de energia dos seus projectos solares.
