碳中和目标背景下，中国未来将显著增加光伏等新能源在能源结构中的占比（Yang et al., 2022）。光伏太阳能的间接性和不稳定性是太阳能并网利用中的重大挑战之一。除了发展新能源储能等技术之外，发展太阳能短临预报技术是提高太阳能利用率经济有效途径。我国新一代静止气象卫星风云四号的发射给太阳能短临预报（<3小时）提供了新的观测手段。

　　近日，中国科学院大气物理研究所夏祥鳌研究员课题组联合哈尔滨工业大学能源科学与工程学院和国家卫星气象中心研究人员，利用风云四号（FY-4A）多通道反射率数据建立了地表太阳辐射（SSI）估算和短临预报系统。该系统由两个关键部分组成，第一部分为基于物理晴天模型和经验云天模型构建的混合SSI估算方法；第二部分为SSI短临预报模型，其核心是通过块状匹配法预测云运动矢量（CMV），进而预报未来3小时内SSI场。验证结果表明：该系统SSI估算值标准均方根误差（nRMSE）为22.4%。30-180分钟时间内SSI预测值nRMSE在25.1-30.8%之间。预测值和观测值在时间和空间上都十分接近（图1和图2）。SSI估算结果的准确度取决于云的出现频率，春夏较低，秋冬较高。本研究工作表明新一代静止气象卫星在地表太阳辐射短时临近预报中的广阔应用前景，将显著促进我国光伏太阳能能源发展和利用。

　　该系统在华北地区具备良好的性能，未来进一步改进将侧重于对SSI估算模型的校准并推广其在整个中国地区的适用性，此外，云的生消过程也需要在短临预报中加以考虑。

　　上述研究成果收录在《Advances in Atmospheric Sciences》组织的碳中和专刊中。专刊正在陆续更新中，欢迎点击http://www.iapjournals.ac.cn/aas/en/virtualTopic?id=0dd926a0-0d87-4043-a3ca-c35960430059查看最新接收文章。

　　论文第一作者为大气所客座博士生来自哈尔滨工业大学黄春林，通讯作者为中国科学院大气物理研究所夏祥鳌研究员和哈尔滨工业大学袁远教授。

　　文章信息

　　Chunlin, Huang, Hongrong Shi, Ling Gao, Mengqi Liu, Qixiang Chen, Disong Fu, Shu Wang, Yuan Yuan, Xiangao Xia. 2022: Fengyun-4 Geostationary satellite based solar energy nowcasting system and its application in North China. Adv. Atmos. Sci., https://doi.org/10.1007/s00376-022-1464-0

　　Dazhi Yang, Wenting Wang, and Xiangao Xia. 2022: A concise overview on solar resource assessment and forecasting. Adv. Atmos. Sci., https://doi.org/10.1007/s00376-021-1372-8

图1. 2018年12月1日华北地区云指数（CI）、GHI和DNI一小时预测值（a-c）和实际观测值（d-f）的空间分布以及对比。

图2. 2018年12月香河站GHI（a）和DHI（b）1h预测值的准确性验证。