Usłonecznienie – EUMETSAT i pomiary

Usłonecznienie – EUMETSAT i pomiary

Porównywaliśmy sobie właśnie dane EUMETSAT z pomiarami na stacjach synoptycznych. Dane usłonecznienia EUMETSAT (zbiór SARAH 2.1) są pozyskiwane z danych satelitarnych na podstawie algorytmów opisanych tutaj. Oczywiście, jak każdy taki algorytm, również ten nie jest doskonały i przed rokiem 1990 (a w szczególności w pierwszych latach) dane te potrafią być dosyć wątpliwe. Przede wszystkim w latach 1983-1987 usłonecznienie pozyskane z danych satelitarnych potrafi być znacznie wyższe, niż to mierzone na stacjach synoptycznych.

Z grubsza efekt takich porównań może wyglądać następująco:

Jak widać dane satelitarne nie odzwierciedlają idealnie pomiarów naziemnych (co zresztą nie jest zaskakujące). Średnia obszarowa suma usłonecznienia różni się o ok. 13% od tej uzyskanej z interpolacji IDW z nieco ponad 50 stacji synoptycznych. Jednakże taki rozkład różnic możemy z powodzeniem zrzucić na niedoskonałości oszacowania usłonecznienia z pomiarów satelitarnych. Problem pojawia się w przypadkach różnic stałych. Takie różnice pojawiają się na przykład w pierwszej połowie lat 90. XX w. w Mławie, głównie w sezonie wiosenno-letnim:

Dodatkowo dane z Mławy odstają tu nie tylko od danych satelitarnych, ale i od danych ze stacji okolicznych. Przyczyną może tu być na przykład przysłonięcie części horyzontu (nie jest tajemnicą, że pomimo stosownych zasad i umów często okolice stacji były zabudowywane). W przypadku Mławy problem pojawia się w roku 1988 i trwa do 1994 włącznie. Być może w roku 1995 stacja została przeniesiona, chociaż nie wskazuje na to średnia różnica ciśnienia zredukowanego i tego na poziomie stacji (zmiana ta wskazuje na zmianę wysokości położenia barometru i widać, że stacja w Mławie najprawdopodobniej była przeniesiona w 1968 r.).

Innym (znanym zresztą) są problemy ze stacją w Warszawie. Zasadniczo do 1994 r. nie budzą one jakichś większych wątpliwości, a potem zaczynają się dziać rzeczy dziwne. Od marca 1995 do sierpnia 1995 usłonecznienie w Warszawie jest znacząco niższe od tła:

Rok później sytuacja odwraca się o 180° i Warszawa stanowi teraz lokalne maksimum, co jest wyraźnie widoczne latem.

Sytuacja ta jest widoczna jeszcze w marcu 1997, natomiast od lipca do września 1997 dane są nieznacznie niższe od tła. W 1998 następuje kolejna zmiana i tym razem usłonecznienie w Warszawie jest od tła znacząco wyższe, przy czym dotyczy to miesięcy z wysokim usłonecznieniem. Od listopada do lutego różnice są niewielkie, lub żadne. W miesiącach letnich, w przypadkach skrajnych, potrafią znacznie przekraczać 120h w stosunku do oszacowania satelitarnego.

W 2003 podobny problem pojawia się w Rzeszowie. Jak wynika z „Biuletynu PSHM” usłonecznienie na tych stacjach pochodziło z lotniskowego systemu Vaisala wykorzystującego czujniki DSU12. W Rzeszowie problem przestaje być widoczny w roku 2009, zaś w Warszawie w roku 2015 – w tym roku dane zgadzają się wyjątkowo dobrze. W 2016 różnice – tym razem na minus w stosunku do tła mamy w Warszawie i ponownie w Mławie.

Znacznie większe różnice pomiędzy danymi satelitarnymi a usłonecznieniem ze stacji pomiarowych mamy w skali roku. Szczególnie duże są one przed 1993, kiedy w uśrednieniu do całego kraju przekraczają 200 godzin. Przyczyny takiego stanu rzeczy mogą być różne. Pierwsza, podstawowa, to różny próg heliograficzny. Dane satelitarne są dostosowane do progu 120 W/m2, a więc próg ten jest niższy, niż w przypadku stosowanego dawniej heliografu Campbella-Stokesa. Inną przyczyną może być częściowe zasłonięcie horyzontu przez przeszkody (czy to sztuczne, czy naturalne). Jeśli taka przeszkoda będzie częściowo przysłaniać horyzont i przez to zasłaniać Słońce przez 10 minut dziennie, usłonecznienie będzie zaniżone o 60 godzin w skali roku. Dodatkowo w latach 80. i na początku lat 90. XX w. znacznie większe było zapylenie atmosfery związane z antropogenicznymi emisjami aerozoli. To mogło nieco zaniżać mierzone usłonecznienie, szczególnie w okolicy wschodów i zachodów Słońca. Analiza satelitarna dodatkowo może niedostatecznie uwzględniać rzeźbę terenu, a stacje położone w obniżeniach terenu mogą doświadczać częstych zamgleń, które nie będą wychwycone na obrazach satelitarnych.

Poniżej: usłonecznienie roczne w 1984 wg danych satelitarnych i synoptycznych.

Dość interesujące jest, że po początkowym spadku różnic na przełomie lat 80. i 90., w 1991 ponownie one wzrosły: z -68h (średnia roczna różnica dla Polski) w 1990 do -128h w 1991 do aż 222h w 1992. W 1993 natomiast ponownie spadły do bardzo niskiego poziomu:  23.6h, przy czym byłyby jeszcze niższe, gdyby nie różnice w Mławie. Teoretycznie można by było próbować zrzucić część tych różnic na zapylenie atmosfery po wybuchu Pinatubo, jednakże jest to mocno naciągane: w 1991 połowa różnicy za ten rok wystąpiła w lutym i marcu, czyli jeszcze przed wybuchem wulkanu. Od 1993 różnice są nieznaczne. Po roku 2000 zasadniczo średnie różnice usłonecznienia rocznego między analizą satelitarną i pomiarami na stacjach nie były duże, poza wspomnianymi przypadkami Rzeszowa i Warszawy:

W 2015 problem przestaje dotykać Warszawę, ale niższa od tła jest Mława.

W 2017 do Mławy dołączyła Warszawa. Problem ten stał się widoczny szczególnie w roku 2018.

W sposób oczywisty mamy więc zerwanie jednorodności przynajmniej kilku serii pomiarowych. W Mławie zerwanie to dotyczy okresu od 1988 do 1994 i najprawdopodobniej po 2016. W Rzeszowie od 2003 do 2008 i w Warszawie od 1995 do 2014 oraz od 2017. Dodatkowo od momentu automatyzacji stacji synoptycznych sporadycznie niektóre z nich potrafiły raportować błędne usłonecznienie, jest to jednak temat na inny wpis. Dane satelitarne przynajmniej od roku 1993 wydają się wiarygodnym i stosunkowo jednorodnym źródłem informacji o usłonecznieniu w Polsce. Do tematu jeszcze z pewnością wrócimy.

Print Friendly, PDF & Email

32 Replies to “Usłonecznienie – EUMETSAT i pomiary”

          1. Moje aktualne kalkulacje wyglądają tak:

            Cena 1kWh = 1,1 zł (netto)
            Cena 1 kW paneli (samodzielny montaż) = 2 tyś zł (netto)
            Szacunkowa produkcja w ciągu roku = 900 kWh

            szacunek bieżącego zużycia energii elektrycznej – 80%

            Czyli teoretyczny zwrot w ciągu 2 lat. W praktyce trzeba pewnie to podzielić przez 2, ale i tak wygląda to całkiem nieźle. Do domu bym się nie zdecydował, ale przy takich cenach prądu dla firm, ewidentnie to się opłaca ;)

          2. @Piołun:
            hmmm… te kalkulacje nie są teoretyczne, a bardzo pobieżne i nie uwględniają wielu technicznych, a więc i ekonomicznych aspektów.
            Tak, jest to podejście bardzo popularne w dzisiejszych czasach. Dlatego napisałem, to co napisałem wyżej: zainstaluj również mierniki energii, a po jakimś okresie, np. roku, podziel się wynikami kalkulacji ekonomicznej opłacalności inwestycji.
            Tak na szybko, czego nie wziąłeś pod uwagę:
            – faktycznej wydajności paneli fotowoltaicznych (zwróć uwagę, że komlet paneli np. 10kW jest od razu sprzedawany w zestawie z falownikiem o mniejszej mocy. Dla 10kW jest to np. 8,5kW falownik. Stosowanie falownika 10kW jest nieuzasadnione, bo panele tyle i tak nie zapewnią)
            – spadek sprawności paneli z czasem (tu również: konieczność konserwacji, mycia chociażby – kolejne koszty)
            – cena en. el.: przyjmujesz cenę, którą płacisz. Aby przełożyło się to na faktyczne zystki, musisz mieć odbiorniki en. el. które tę energię zużyją, kiedy świeci słońce. Cena, którą otrzymasz za sprzedaż to nie cena kupna.
            – jeśli będziesz chciał zmagazynować energię, to trzeba wziąć pod uwagę koszt i żywotność baterii akumulatorów, oraz dostosowania całej instalacji.
            – sprawność przetwornicy/falownika, to również nie 100%, a ok. 90%
            Żywotność falowników też nie powala, tak jak większości dzisiejszych urządzeń elektronicznych.
            – a czy dach masz pod optymalnym kątem i kierunkiem? Można oczywiście zainstalować mechanizm ‚podążający za słońcem’, ale to nie te pieniądze ;-)

            Nie będę się więcej rozpisywał, mimo iż nasłonecznienie to właśnie jeden ze znaczących czynników opłacalności instalacji OZE, które wciąż kosztują sporo…

          3. @Tumi

            Jak pewne plotki okażą się prawdziwe, to może się okazać że ekonomicznie będzie się to opłacać coraz bardziej ;)

          4. oby! :-)
            Jak na razie, to wciąż przypomina drogie hobby. Niestety.
            No i oby nie dodatkowym kosztem nas wszystkich, płacących za energię…

          5. @Tumi, dziękuje za bardzo interesujący wpis.

            To prawda, ta kalkulacja jest bardzo pobieżna. Dlatego w uproszczeniu przyjąłem 50% jako margines błędu. Po prostu, jeżeli coś się ewidetnie opłaca przy bardzo prostych kalkulacjach, to jest sens w to wchodzić.

            Planuje dodać miernik energii by potwierdzić swoje szacunki, jak i dla przyjemności ;)

            W tym prostym wyliczeniu jest już przybliżona faktyczna wydajność paneli fotowoltaicznych w moim regionie – czyli tego, ile uzyskują sąsiedzi z z 1 kW paneli energii w ciągu roku. Teoretycznie nowe panele mają nieco wyższą sprawność, ale z drugiej strony z czasem ona spada, dlatego wolę nie przyjmować górnych wartości, a średnio-dolne.

            Moje odbiorniki energii elektrycznej bardzo dobrze pasują do fotowoltaiki – komputery, oświetlenie, drukarki, wentylacja mechaniczna, pompa ciepła to urządzenia, które zużywają prąd dość liniowo,a przy tym zapotrzebowanie jest głównie w godzinach 7 – 17. Co dobrze się zgrywa z PV.

            Koszty magazynowania energii według mojej wiedzy są na ten moment nieopłacalne – być może bilansowanie na kilkadziesiąt sekund by wygładzić skoki zapotrzebowania ma jakiś sens, ale ja tego nie umiem ocenić. Jak zrobimy pomiary zużycia chwilowego względem czasu, to będzie można to bardziej sensownie ocenić.

            Dach mam pod kątem 25 stopni na południe. Brak drzew itp. To nowy budynek, stąd można było pewne rzeczy dostosować pod fotowoltaikę.

            Przyznam, że przy domku jednorodzinnym, gdzie prąd jest dwa razy tańszy, koszt wykonania instalacji fotowoltaicznej pewnie z dwa razy wyższy, opłacalność drastycznie spada. Wówczas, zamiast opłacalności „na oko” zwrotu w ciągu 2 lat, mamy ich 8, a uwzględniając różne dodatkowe aspekty i problemy pewnie 16 to absolutnie się zgadzam – to się nie opłaca i lepiej można te pieniądze zainwestować ;)

          6. @Piołun
            Produkcję powinieneś mieć nawet większą niż 900kWh z kWp bo te 900kWh to średnia z różnych instalacji z których spory procent ma felery jak zacienienia, dachy skierowane w nieoptymalny sposób do słońca itp itd.
            Samodzielna instalacja to dobry pomysł bo zdzierstwo w branży instalacyjnej jest okrutne :-D

            Bardziej bym się zastanowił nad czymś innym – mianowicie nad użyciem paneli całkowicie niepalnych. Bo niestety czasem (rzadko ale jednak) zdarza się że kabelek się naderwie, powstanie w sprzyjających warunkach łuk elektryczny i okładzina na spodniej stronie panele może zacząć się palić. A z tego może się spalić cały zakład produkcyjny, usługowy lub dom. Wiem że niepalne są Zenshine Gizera, są też w hurcie dużo tańsze od popularnych QCells. Jakie jeszcze to już nie wiem. Mam nadzieję że ten post przejdzie – nie mam żadnej korzyści finansowej z pisania o Zenshine

  1. Tak z ciekawości. Która stacja liczy usłonecznienie dla obszaru od Dubienki na N przez Zamość na W aż po Hrebenne na S? Wszystko jest obliczane na podstawie danych z Zamościa czy wspomaga te dane jeszcze Strzyżów albo RZD Werbkowice?

    1. No mnie np dziwi ten skok od lat 90, przed 1990 prawie wszystkie miesiące bardzo mało słoneczne a teraz wszystko grubo powyżej dawnych norm. Miesiąc wyraźnie poniżej normy 1971-2000 jest miesiącem wyjątkowo pochmurnym, znacznie (naprawdę znacznie) odstajacym od jakichkolwiek współczesnych standardów.

      Raczej jest to niehomogeniczna seria i inne progi czułości. Zwłaszcza dla miesięcy zimowych ten próg ma znaczenie bo jak słońce góruje pod kątem 15 stopni to nasłonecznienie w W na m2 jest nędzne. Grudzień 2018 nie miał 7h słońca, w pierwszej dekadzie było z 20-30h na moje oko. Potem już faktycznie zero ale 30h to nie 7h.

    1. Niedawno czytałem jakiś artykuł naukowy o tym samym (porównaniu pomiarów satelitarnych i stacyjnych usłonecznienia), w skali Europy. Charakterystyczne było to, że z Polski wzięli tylko dwie stacje (zdaje się Zakopane i coś drugiego poza większymi miastami). Najwyraźniej reszta w ogóle się nie nadawała do analizy.

      Nie pamiętam autorów ale jak ktoś chce to poszukam.

        1. @admin

          Wujek Google dobrze wskazuje. Widzę, ze źle zapamiętałem polskie stacje z tego artykułu. Są tam trzy: Zakopane, Belsk i Warszawa. Ta druga to stacja Instytutu Geofizyki PAN. Pozycja geograficzna tej warszawskiej wypada gdzieś na Żoliborzu, dokładnie na północ od budynku fizyki na Pasteura, ale także lotniska Okęcie więc nie wiem czy to nie błąd w podaniu szerokości geograficznej. Ktoś wie gdzie naprawdę jest ta stacja i czyja?

  2. Odnośnie usłonecznienia – ten parametr jest oczywiście jeszcze bardziej dyskusyjny niż pomiary innych parametrów pogodowych, w tym temperatura. Niezależnie od jego problematyczności (wynikającej ze specyfiki pomiarów, w tym homogeniczności danych), jak i okresowych „pogorszeń” aury (miejscami z konwekcją) – końcówka tegorocznego sierpnia poprawia nam wyraźniej usłonecznienie obecnego miesiąca w wielu miejscach Polski.
    Natomiast końcowa anomalia termiczna miesiąca ma coraz większe szanse przebić próg +2K (1981-2010), choć jeszcze około połowy miesiąca mieliśmy „gdybania”, czy utrzyma się dodatnia, czy jednak nie przejdzie na minus… A tu proszę, „ostra jazda” w górę…

  3. Z mojego punktu widzenia, powyższy artykuł ukazał się przedwcześnie. Jako, że badam temat usłonecznienia warszawskiego od dłuższego czasu, miałbym na ten temat wiele do powiedzenia.
    Sęk w tym, że im bardziej się weń zagłębiałem, tym więcej wynikało kłopotów. Sygnalizowałem na tym forum niejednokrotnie, że parametr usłonecznienia jest wyjątkowo trudnym, słabo znormalizowanym, należy więc unikać wyciagania szybkich konkluzji, gdy o nim mowa.
    W związku z powyższym, nie jestem jeszcze gotowy do całościowego podsumowania moich badań kwestii usłonecznienia warszawskiego.
    Jednak (zastrzegając powyższe), z moich dotychczasowych dociekań wynikają pewne wnioski które są raczej bezdyskusyjne, więc mogę je przedstawić już teraz:
    1. Faktycznie, pomiary do roku 1994 wydają się wskazywać, że do tego momentu seria Okęcia jest w miarę jednorodna. Podkreślam – w miarę.
    2. Lata 1995 i 1997 wykazują pewien chaos; być może raportowano na bazie zmiennych progów zapisu usłonecznienia. Jednak margines „błędu” sum rocznych jest o wiele mniejszy, niż dla okresu następnego.
    3. Sumy usłonecznienia ze stacji Okęcie za okres 1998-2014 odbiegają tak bardzo znacznie od wartości okresów poprzednich, że nie ulega wątpliwości, że ich podstawą był niższy dolny próg rejestracji usłonecznienia (pisałem już o tym na forum). Zapewne wynoszący 120 W/m2 zamiast ok. 276 W/m2 progu tradycyjnego-heliograficznego. Oznacza to zerwanie ciągłości serii pomiarowej. Także sumy roku 1996 są wyraźnie „zawyżone”.
    4. Sumy lat 2015 i 2016 wydają się dość prawidłowymi (wg progu heliograficznego). To moja wstępna opinia.
    5. W okresie od 2017 roku do chwili obecnej, pewne dane budzą wątpliwości. Zwłaszcza niskie sumy niektórych miesięcy letnich, osobliwie – lipców.
    6. Możliwe, że zaniżanie części sum letnich trwa dalej. Przykładowo, na podstawie obserwacji wizualnych można mieć wątpliwości, czy usłonecznienie w dniach 26-27 sierpnia br. było aż o ok. 1,5 godziny mniejsze, niż w dniach 23-25. Niemal całkowicie bezchmurnie było tutaj we wszystkie te dni.
    7. Niewątpliwe zerwanie ciągłości serii w roku 1996 i od 1998, czyli „zawyżenie” sum usłonecznienia nastąpiło w nader nieszczęśliwym momencie dla badań ogólnej historycznej ewolucji tego parametru, gdyż z moich badań wynika, że niemal dokładnie zbiegło się ono z rzeczywistym przełomem w kierunku wyraźnego wzrostu usłonecznienia w Warszawie na przełomie XX/XXI stuleci. Dane raportowane ze stacji Okęcie w okresie 1998-2014 wypaczają obraz tego trendu.

    1. Artykuł jest w sam czas, bo o usłonecznienie było już tu trochę kłótni, a niektórzy lubią o tym pisać (miesiąc X w roku 19… był wyjątkowo ciemny – a nie masz racji, bo moim zdaniem ciemniejszy był Y!), tymczasem z tych danych wynika na 100% że powoływanie się na pewne stacje nie ma sensu.

  4. Jedna rzecz jest bezsprzeczna, jeżeli chodzi o bezpośrednią okolicę Mławy – ilość zamglonych poranków jest tu ponadstandardowa.

    1. Jedna rzecz jest bezsprzeczna, jeżeli chodzi o bezpośrednią okolicę Mławy – ilość zamglonych poranków jest tu ponadstandardowa.

      To mi przypomina coś co kiedyś przeczytałem o Koperniku. Z jego notatek wynika, że nigdy nie obserwował planety Merkury z Fromborka. Jest ona jak wiadomo obserwowalna tylko tuż przed wschodem i tuż po zachodzie słońca. Ktoś to próbował tłumaczyć właśnie porannymi mgłami tak częstymi w tym regionie. Ale co z wieczorami? 🤔

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.