[发明专利]基于风云4号卫星反演地表太阳总辐射和直接辐射的方法

说明书

本发明涉及一种基于风云4号卫星反演地表太阳总辐射和直接辐射的方法，该方法包括以下步骤：⑴选取风云4号卫星图像，对卫星云图进行分类识别和处理，将像元图像转换为云指数的像元图像，并以月为单位分别利用Heliosat‑2方法计算云指数，进而得到晴空指数Kc；⑵利用McClear数据，之后分别计算地表总辐射数值GHI和直接太阳辐射DNI；⑶根据冬半年直接辐射反演数值小于观测值的变化规律，按下式对所述直接太阳辐射DNI进行优化，得到直接太阳辐射优化值；⑷根据所述地表总辐射数值GHI和所述直接太阳辐射优化值评估、分析其变化特征即可。本发明计算简便、准确性高。

技术领域

本发明涉及地表太阳能辐射反演技术领域，尤其涉及基于风云4号卫星反演地表太阳总辐射和直接辐射的方法。

背景技术

2019年，尽管中国光伏并网新装机容量同比再次下降，但新增光伏并网容量和累计光伏并网容量仍居世界首位。然而，光伏产业的发展还存在一些障碍，其中之一就是缺乏对光伏并网系统输出功率的准确预测。光伏电站的输出功率较大，输出波动较大，间隔时间较大，因此，对大规模光伏并网安全运行的管理与协调提出了巨大的挑战。而对光伏电量的准确预测可以显著降低光伏电站管理和运行的风险。

预测光电功率的第一步是预测地球表面接收到的太阳辐照度。其中，全球水平辐照度（GHI）适用于光伏系统，直接法向辐照度（DNI）适用于集中太阳能电厂。GHI和DNI信息通常可以通过三种不同的方法获得：地面观测、数值模拟和卫星遥感。每种方法都有其优点和缺点。地面观测可以提供高质量的仪器和维护，同时可以提供基线地表太阳辐照度（SSI）数据，但由于观测站数量少、分布不均，对大面积光伏电站布局的指导作用有限。虽然数值模拟可以生成区域和全球尺度上的连续辐射变化图，这对长期气候监测非常重要，但主要缺点是模型模拟云量的精度较低。遥感数据可以捕获云的动态移动，这为监测和估计辐射提供了独特的手段。

对于太阳辐射预测和光伏研究，每颗卫星和传感器都有一定的局限性。风云四号卫星作为新一代地球静止轨道定量遥感气象卫星，采用三轴稳定控制方案，在功能和性能上实现了跨越式发展。从风云- 2G卫星的5个辐射成像通道增加到14个，覆盖可见光、短波、中波、长波红外波段。风云卫星已经证明了其在中国地区进行辐射研究的可行性。然而，其计算地表辐射的方法多通过ESRA进行计算，并未结合McClear数据，同时由于观测数据较少，并未对直接辐射的反演效果进行订正。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种计算简便、准确性高的基于风云4号卫星反演地表太阳总辐射和直接辐射的方法。

为解决上述问题，本发明所述的基于风云4号卫星反演地表太阳总辐射和直接辐射的方法，包括以下步骤：

⑴选取风云4号卫星图像，对卫星云图进行分类识别和处理，将像元图像转换为云指数的像元图像，并以月为单位分别利用Heliosat-2方法计算云指数，进而得到晴空指数Kc；

⑵利用McClear数据，之后分别按下式计算地表总辐射数值GHI和直接太阳辐射DNI；

式中：为晴空总辐射；为晴空直接辐射；

当晴空指数Kc小于0.35时，将DNI的数值设为0；

⑶根据冬半年直接辐射反演数值小于观测值的变化规律，按下式对所述直接太阳辐射DNI进行优化，得到直接太阳辐射优化值：