碳达峰碳中和目标下，绿色清洁可再生太阳能应用前景广阔。地表水平总辐射（Global Horizontal Irradiation，GHI）是太阳能发电预报系统中的首要也是最重要的变量之一。晴空条件下太阳能资源最丰富，GHI的高精度预报对光伏等太阳能大规模化并网利用具有重要意义。

WRF-Solar是第一个明确为太阳能应用而开发的区域预报模式，对辐射过程参数化方案做了大量改进和优化，并具备快速辐射传输计算能力，前人研究证明与标准WRF版本相比，晴空辐照度预报准确度提高了46%。

但WRF-Solar尚未考虑动态气溶胶过程对太阳辐射大气传输的影响，晴空条件下，气溶胶-辐射相互作用是自然沙尘和人为污染源排放区GHI预报结果最大的不确定来源。因此，改善晴空条件下气溶胶光学厚度（AOD）的预报精度对GHI的准确预报至关重要。

图1 试验设计流程图

气溶胶数据同化（DA）是降低气溶胶初始场不确定性的最佳方法，本研究首先将气溶胶化学模块与WRF-Solar中的辐射模块进行了在线耦合（即WRF-Chem-Solar），然后利用新一代静止气象卫星葵花-8号（Himawari-8）AOD观测数据，在WRF-Chem-Solar模型基础上搭建了一个三维变分法（3DVAR）气溶胶同化系统。研究发现，葵花-8号AOD同化可以显著消除模式中AOD的低估，合理地重现AOD的时空分布，使得模拟偏差相对提高51.63%，相关系数相对提高61.29%。与官方版本的WRF-Solar相比，在线计算的气溶胶可以将地表水平总辐射（GHI）的24小时预报偏差减少44.52%，葵花-8号AOD同化有助于将该值进一步减少17.43%。

图2 2021年3月8日至22日(a)官方版本（OR）、(b) WRF-Chem-Solar（FR）和(c) WRF-Chem-Solar-DA版本（DA）试验中，观测与模拟的我国郊区小时晴空GHI的概率密度分布。黑色实线为1:1线，黑色虚线对应1:2和2:1线。

该研究由中国科学院大气物理研究所石广玉院士课题组、黄刚研究员课题组与中国气象局气象探测中心合作完成，成果近期发表于国际学术期刊Remote Sensing，得到了中国科学院国际合作项目（134111KYSB20200006）中国科学院战略性先导科技专项（XDA2006010302）、国家自然科学基金项目（41875133, 41590875, 41605083, 42175186）和中国科学院青年创新促进会（2020078）等项目的联合资助。

原创 石广玉、黄刚等 中国科学院大气物理研究所 

【论文信息】

Wang, S.; Dai, T.; Li, C.; Cheng, Y.; Huang, G.; Shi, G. Improving Clear-Sky Solar Power Prediction over China by Assimilating Himawari-8 Aerosol Optical Depth with WRF-Chem-Solar. Remote Sens. 2022, 14, 4990. https://doi.org/10.3390/rs14194990