中国科学院大气物理研究所陈曦研究员团队在全球高分辨率沙尘预报系统研究上取得重要进展。相关研究成果以"面向新能源应用的全球高分辨率沙尘-天气一体化预报系统iDust"（The Efficient Integration of Dust and Numerical Weather Prediction for Renewable Energy Applications）为题，在线发表于《地球系统模拟进展杂志》（Journal of Advances in Modeling Earth Systems，JAMES）。

沙尘天气对光伏产业影响严重，不仅削弱到达地表的短波辐射，降低太阳能资源的可利用量，还会在光伏板表面沉积，削弱太阳能转换效率，显著降低光伏发电能力。随着我国“沙戈荒”地区新能源开发加速，精准预测沙尘暴对电力系统的影响已成为亟待解决的关键挑战。然而，现有的沙尘预报系统由于计算复杂度高，计算资源消耗是天气预报模式的两倍以上，导致其分辨率低且及时性滞后。例如，欧洲中期天气预报中心（ECMWF）数值天气预报模式的分辨率可达9 km，但其大气成分模式（CAMS）的沙尘预报分辨率仅为40 km，大大限制了对局地极端沙尘过程的解析能力。

针对这些问题，陈曦研究员团队开发了iDust全球沙尘-天气一体化高分辨率预报系统。该系统创新性地通过深度融合的方式将沙尘模块直接写入动力框架，大幅提升计算效率，使高分辨率的沙尘-天气一体化预报成为可能。

相较于代表全球沙尘预报先进水平的ECMWF-CAMS，iDust具有三个优势：一是更精准的大风模拟，从源头提升沙尘预报能力；二是更优的极端沙尘浓度模拟，提高极端事件预报可信度；三是计算更高效，预报更及时。具体而言，iDust仅需在数值天气模式的基础上增加12.5%计算资源，即可实现高分辨率沙尘-天气一体化预报；以00UTC启动的预报为例，iDust可在06UTC提供10 km分辨率、10天时长的逐小时沙尘预报，而CAMS需至10UTC才能提供40 km分辨率、5天时长的预报。

进一步研究表明，考虑沙尘影响的光伏资源估算与传统不考虑沙尘的估算体系相比，最大差异可达25%以上。2024年4月13日，在iDust的沙尘预报指导下，研究团队在巴彦淖尔成功捕捉到一次极端沙尘过程，进一步验证了iDust在预报沙尘输送及其对新能源行业影响评估方面的可靠性。

图1 2023年春季中国西北地区可利用向下短波辐射。(a)未考虑沙尘影响和(b)考虑沙尘影响的可利用向下短波辐射；(c)沙尘干沉降和(d)沙尘消光导致的不可利用的向下短波辐射。

图 2 2024年4月13日，在iDust预报的指导下，陈曦团队与风暴摄影师刘屹靖团队合作在巴彦淖尔地区成功拍摄到一次极端沙尘过程

iDust精准、高效的沙尘模拟能力，将为光伏、电力调度等行业提供强有力的技术支撑，帮助新能源行业更科学地制定运营策略，降低因沙尘天气造成的损失，助力我国新能源行业的高质量发展，为"双碳战略"提供有力支持。未来，iDust预报系统将在全球范围内持续优化，为我国及全球的可持续发展贡献重要力量。

论文信息：

Chen, Xi, Mei Chong, Shian-Jiann Lin, Zhi Liang, Paul Ginoux, Yuan Liang, Bihui Zhang, et al. “The Efficient Integration of Dust and Numerical Weather Prediction for Renewable Energy Applications.” Journal of Advances in Modeling Earth Systems 17, no. 1 (January 2025): e2024MS004525. https://doi.org/10.1029/2024MS004525