基于新一代静止气象卫星Himawari-8的地表太阳辐射反演研究

Surface solar radiation (SSR) is the important information in fields of surface process studies and photovoltaic solar power field. Retrieval based on remote sensing can be utilized to provide continuous SSR, but the retrieval accuracy is not high based on current geostationary satellite with low spectral resolution. With the emergence of new generation geostationary satellite, it is possibe to obtain high accuracy surface solar radiation. Therefore, this project aims to develop SSR retrieval algorithm based on the geostationary meteorological satellite Himawari-8, which has 16 spectral bands and with temporal resolution of ten minutes, and to obtain high accuracy SSR data. Two key scientific issues to be answered are: (1) how to obtain high accuracy cloud parameters; (2) how to develop fast SSR retrieval algorithm, and improve the accuracy of the SSR retrieval algorithm. To achieve the goal, we are going to study on (1) develop retrieval technology for high accuracy cloud optical depth based on Himawari-8; (2) merge various sources of aerosol and water vapor data, and improve the accuracy of the input data; (3) based on the developed SSR retrieval alogorithm, improve the parameterization scheme for the shortwave radiative properties of clouds, and develop fast SSR retrieval algorithm suitable for Himawari-8; (4) evaluate the accuracy of the retrieval algorithm using ground surface radiation observations. The achievement of this project will be the basis for the development of high accuracy SSR data with high spatiotemporal resolution.

太阳辐射是地表过程研究和光伏发电领域的重要信息。遥感反演可提供连续的地表太阳辐射信息，但基于当前光谱分辨率较低的静止卫星获取的辐射精度不高。随着新一代静止卫星的出现，获取高精度地表太阳辐射将成为可能。因此，本项目拟基于拥有16通道且时间分辨率为十分钟的静止气象卫星Himawari-8发展地表太阳辐射的反演算法，获取高精度地表太阳辐射信息。拟解决的关键问题是：(1)如何获取高精度云参数；(2)如何发展地表太阳辐射的快速反演算法，且提高算法的反演精度。研究内容包括：(1)发展基于Himawari-8高精度云光学厚度的反演技术；(2)融合各种气溶胶和水汽数据源，提高输入数据精度；(3)在已有地表太阳辐射反演算法的基础上，改进云短波辐射参数化方案，发展适合于Himawari-8的快速反演算法；(4)利用地面观测资料评估该算法的精度。本研究的成果将为获取高精度高时空分辨率的地表太阳辐射数据奠定基础。

太阳辐射是地表过程研究和光伏发电领域的重要信息。遥感反演可提供连续的地表太阳辐射信息，但基于当前光谱分辨率较低的静止卫星获取的辐射精度不高。随着新一代静止卫星的出现，获取高精度地表太阳辐射将成为可能。因此，本研究基于拥有16通道且时间分辨率为十分钟的静止气象卫星Himawari-8发展了地表太阳辐射的反演算法，获取了高精度地表太阳辐射信息。研究内容包括：（1）地表太阳辐射快速反演算法的改进；（2）地表太阳辐射反演所需输入数据的制备；（3）改进算法的精度验证；（4）地表太阳辐射产品的生产。本研究的成果将为建立高时空分辨率的辐射驱动数据和太阳能应用奠定基础。具体研究结果如下：.(1)首先，将改进的算法应用于极轨卫星MODIS来估算瞬时地表总辐射，并在全球BSRN（全球辐射基准观测网）站点进行了验证，验证结果表明该新算法的精度和以前的主流算法相比有较大提高。.(2)然后，将改进的算法应用于新一代静止气象卫星Himawari-8，获取了东亚地区高分辨率（5公里，10分钟）准实时的地表太阳总辐射产品，发现其精度和基于上一代静止气象卫星的估算相比有明显提高（Tang et al., 2019, Solar Energy）；.(3)最后，将改进的算法应用于全球最新云产品ISCCP-HXG，生产了全球超过35年（1983.7-2018.12）高分辨率（10公里，3小时）地表太阳总辐射新产品，其精度及空间分辨率和国际上著名全球地表辐射产品CERES、GEWEX-SRB和ISCCP-FD相比有较大提高（Tang et al., 2019, ESSD）。