Campagne de mesures sur la variabilité à petite échelle du rayonnement solaire : aperçu et premiers résultats

Pour la première fois, des chercheurs allemands ont mesuré l’influence des nuages ​​sur les fluctuations à court terme du rayonnement solaire en Amérique du Nord. Ils ont utilisé un réseau unique au monde de capteurs de rayonnement, conçu et construit à l’Institut Leibniz pour la recherche troposphérique (TROPOS), déployé dans les prairies plates du Midwest des États-Unis du début juin à la fin août. cette année.

Des soi-disant pyranomètres ont enregistré la lumière solaire entrante en 60 endroits répartis sur une superficie de 6×6 kilomètres carrés dans l’État américain de l’Oklahoma avec une précision seconde. Les chercheurs de Leipzig ont effectué des mesures à proximité directe de l’Observatoire atmosphérique des Grandes Plaines du Sud (SGP), l’observatoire le plus grand et le plus complet au monde pour le rayonnement atmosphérique.

La campagne de mesure « Small-Scale Variability of Solar Radiation » (S2VSR) menée par TROPOS, le programme américain de mesure du rayonnement ARM et l’Université d’Oklahoma a permis de collecter avec succès d’importantes données climatiques à la surface de la Terre. L’analyse scientifique prévue de ces données vise à utiliser plus efficacement les dernières générations de satellites météorologiques et environnementaux et de systèmes photovoltaïques, et à rendre les prévisions météorologiques et les modèles climatiques plus précis.

Ces mesures complètent les ensembles de données obtenus lors de six précédentes campagnes de terrain en Allemagne et dans l’Arctique depuis la construction de ce réseau il y a 10 ans.

Pour cette campagne, non seulement les conditions météorologiques dominantes sont intéressantes, mais aussi les vastes possibilités de comparaison avec les mesures de routine sur le site de l’observatoire et dans tout l’État de l’Oklahoma, à savoir les mesures atmosphériques complètes du programme ARM et de l’Oklahoma. MÉSONET.

Le réseau de pyranomètres TROPOS les a complétés par des informations sur les fluctuations à l’échelle seconde et décamétrique, que les mesures de routine ne peuvent pas fournir en raison des distances trop grandes entre les stations.

Les données serviront désormais de base de comparaison avec les dernières observations satellitaires : d’une part, avec le satellite géostationnaire américain GOES-R, qui fournit déjà des observations avec une résolution de 500 m toutes les 5 minutes, similaires à celles des satellites européens METEOSAT de la troisième génération attendue pour la fin de cette année ; et d’autre part, avec la mission européenne Sentinel-2, avec des images jusqu’à 10 mètres de résolution spatiale.

La campagne de terrain s’est appuyée sur le soutien logistique et une très bonne coopération avec le programme américain Atmospheric Radiation Measurement (ARM). L’ARM se concentre sur l’étude de l’atmosphère et de ses interactions avec le rayonnement atmosphérique et exploite l’observatoire de l’Oklahoma depuis 1992. Un autre partenaire important pour la campagne et l’analyse scientifique prévue de ces observations est l’École de météorologie de l’Université d’Oklahoma. .

Il s’agit du plus grand département de météorologie des États-Unis et il est traditionnellement mieux connu pour ses recherches sur les conditions météorologiques extrêmes. Mais il a opéré un changement significatif au cours des huit dernières années vers un programme de recherche atmosphérique plus large. « La collaboration sur la campagne de mesure S2VSR offre d’excellentes opportunités pour notre groupe de recherche CL2EAR (CLouds ClimatE Aerosols Radiation) », déclare le professeur Jens Redemann, directeur de l’École de météorologie.

« Grâce à S2VSR, nos étudiants ont reçu une formation « pratique » sur la manipulation et l’analyse des données de ce réseau unique de pyranomètres qui pourrait fournir la clé de nombreuses questions dans notre domaine de recherche. Nous espérons une collaboration longue et complète entre TROPOS et OU. Météorologie. »

« Au cours de la campagne de 12 semaines, deux stations de mesure ont été endommagées par les activités de tonte et une seule a pu être réparée. Au cours de l’entretien de routine, des altérations occasionnelles des mesures ont été constatées en raison de pyranomètres sales ou inclinés. L’assurance qualité des données collectées montre que la qualité et la disponibilité globales sont très élevées, même par rapport aux campagnes précédentes, et que la campagne a été un grand succès.

« Ici, l’engagement des étudiants de l’Université d’Oklahoma pour l’entretien doit être particulièrement souligné », rapporte le Dr Hartwig Deneke de TROPOS.

L’analyse scientifique des données de la campagne S2VSR (Small-Scale Variability of Solar Radiation), qui va maintenant commencer, visera à mieux comprendre les fluctuations à court terme de la lumière solaire à la surface de la Terre, causées principalement par les nuages.

« A ces échelles, les effets du transfert radiatif atmosphérique sont dominés par la structure tridimensionnelle des nuages, qui jusqu’à présent n’est pas suffisamment prise en compte par les modèles météorologiques et climatiques actuels ainsi que par les produits satellitaires. Nous espérons qu’à moyen terme, À terme, les connaissances acquises contribueront également à améliorer les prévisions à court terme de l’ensoleillement pour une utilisation optimale de l’énergie renouvelable générée par le photovoltaïque », explique le Dr Hartwig Deneke.