-
InsolDia: Càlcul de la radiació solar d'un dia o d'un instant
Accés directe de l'ajuda a Internet: InsolDia
Accés a l'aplicació des del menú: "Eines | Interpolació i anàlisi del terreny | Càlcul de radiació solar"
Presentació
Aquesta aplicació calcula la radiació solar incident (en unitats d'energia, no de potència) en cada punt del terreny al llarg d'un dia determinat de l'any. També permet fer el càlcul en un interval de temps al llarg del dia (no tot el dia) i instantani en un moment concret del dia. Per a fer aquests càlculs utilitza un Model Digital d'Elevacions (MDE). A més de la irradiància solar, la transmitància atmosfèrica, els angles d'incidència, les ombres projectades, la distància de la Terra al Sol i altres paràmetres que s'especifiquen més endavant, l'aplicació té en compte la posició del Sol en intervals temporals definits per la persona usuària (cada hora, per exemple, excepte en el cas instantani, en què l'interval no s'utilitza).
La radiació difusa s'estima com un percentatge de la radiació directa de manera similar al que es proposava amb l'equació de Page (1986), ajustada per Baldasano et al. amb dades de Catalunya el 1994; el percentatge es pot indicar com un valor constant (a través del paràmetre percent_difus de la línia de comanda, aplicant un model simplificat anomenat Condicions Atmosfèriques Constants, CAC) o bé proporcionant un ràster que indicarà el percentatge a cada punt del territori (aplicant un model més sofisticat, anomenat InsolMets, a través del modificador /PERC_DIF_VS_DIRECT=, i aleshores s'ignora percent_difus). La radiació directa respecte de la qual es calcula la radiació difusa correspon a la directa en un dia clar, la qual cosa evita que si la radiació directa és nul·la o molt petita per causa de núvols molt gruixuts, la radiació difusa acabi essent pràcticament inexistent, cosa que no seria realista; a tal efecte s'utilitza el paràmetre tau_0_dia_clar (més endavant se n'indiquen valors orientatius). CAC i InsolMets també es diferencien per la introducció de paràmetres que permeten considerar la Fracció de Coberta Ennuvolada i/o el Coeficient d'extinció, tau_0, en cada punt del terreny (a partir de models digitals ràster), tal com es mostrarà a la caixa de diàleg i s'explicarà a l'apartat de sintaxi.
Cal proporcionar la irradiància espectral exoatmosfèrica solar per a l'interval desitjat de longituds d'ona, en W/(m2·µm) [o bé la irradiància exoatmosfèrica solar, en W/m2], el coeficient d'extinció tau_0 (τ0, o profunditat òptica) (exponent per a calcular la transmitància) i els fitxers d'ombres en intervals predefinits (e.g., una hora) (se suggereix crear un fitxer BAT o PS1 que els escrigui automàticament a partir de l'aplicació Ombra). Si es vol fer el càlcul per a tot l'espectre solar, se suggereix introduir com a irradiància exoatmosfèrica solar 1366 W/m2 (ISO 21348:2007) i, com a tau_0, 0.288 (atmosfera clara forestal mitjana, Rothermel et al. 1986).
La posició solar es calcula per al centre de l'MDE. El resultat de l'aplicació és un fitxer en 10 kJ/(m2·dia·µm) en el cas de proporcionar irradiàncies espectrals, o en 10 kJ/(m2·dia) en el cas de proporcionar irradiàncies, tant per a càlculs al llarg de tot el dia, com en intervals temporals especificats per la persona usuària (en aquest cas les unitats queden documentades per "dia parcial"). En el cas de càlculs instantanis (en realitat es pren el segon de l'hora indicada), les unitats passen a ser J/(m2·s·µm) i J/(m2·s), respectivament per als casos espectral i no espectral. Per a explicitar que les dades d'irradiància proporcionades són espectrals es pot utilitzar el modificador optatiu /IRRAD_ESPEC=1, tot i que no és necessari en ser el criteri per defecte; en cas contrari, cal indicar /IRRAD_ESPEC=0. El fitxer s'emmagatzema, per defecte, en un ràster d'enters de 2 bytes/cel·la; si es desitja que el fitxer sigui de reals de 4 bytes/cel·la cal utilitzar el modificador optatiu /DadesRad=Real_10kJ (que en realitat seran reals en joules en cas de càlcul instantani). Durant el càlcul es carrega en memòria l'MDE, la matriu d'il·luminació i la matriu temporal de càlcul de radiacions.
Nota 1: Típicament, quan la irradiància exoatmosfèrica proporcionada és la constant solar [que inclou tot l'espectre electromagnètic solar] convé indicar que es documenti en 10 kJ/(m2·dia) [o en J/(m2·s) en càlculs instantanis] utilitzant el modificador /IRRAD_ESPEC=0, mentre que quan es vol calcular la radiació en una regió espectral concreta, com ara el vermell, la irradiància exoatmosfèrica proporcionada sol ser espectral [per unitat de longitud d'ona] i convé que les unitats quedin documentades en 10 kJ/(m2·dia·µm). [o en J/(m2·s·µm) en càlculs instantanis], per a la qual cosa no cal indicar res d'especial, o es pot explicitar /IRRAD_ESPEC=1.
Nota 2: Si a latituds properes als pols es demana el càlcul en una data en què el Sol no surt en cap moment del dia es generen valors de radiació zero, excepte en les zones en què hagués sensedades a l'MDE, en què també s'escriu un sensedades.
Nota 3: Si les unitats de l'MDE no són les mateixes que les planimètriques, l'aplicació fa el càlcul correctament igualment, o avisa si no sap efectuar la conversió.
Nota 4: Per a convertir les unitats obtingudes de 10 kJ/(m2·dia) a kWh/(m2·dia) cal dividir els valors entre 360.
Nota 5: En cas d'aplicar el mètode en zones relativament extenses, on la simplificació de considerar la posició solar del centre de l'MDE com a representativa de tota l'àrea d'estudi no sigui assumible, podeu consultar la referència Roca et al. (2022).
Referències:
Mètode CAC: Per a més informació sobre el mètode CAC a què s'ha fet referència abans es pot consultar les següents referències, en què s'exposa i discuteix l'algorisme utilitzat:
També es poden descarregar lliurement les dades calculades amb el mètode CAC per a la Península Ibèrica a https://www.infoambiental.grumets.cat/RadSolarPI/CAC/RadSolar_CAC_eng.htm. A més de ser útils com a dades obertes de radiació solar a la Península Ibèrica, aquestes dades poden servir per a comprovar que s'està comprenent com aplicar els paràmetres de l'aplicació InsolDia quan s'utilitza el mètode CAC (en la pàgina web es troben totes les capes necessàries per a fer els càlculs).
Mètode InsolMets: Per a més informació sobre el mètode InsolMets a què s'ha fet referència abans es pot consultar les següents referències, en què s'exposa i discuteix l'algorisme utilitzat i es demostra la seva elevada exactitud quan es compara amb altres mètodes:
Roca-Fernández C, Pons X, Ninyerola M (2025) A Comparison of Different Solar Radiation Models in the Iberian Peninsula. Atmosphere 16 (5): 590. (DOI: 10.3390/atmos16050590). https://doi.org/10.3390/atmos16050590.
També es poden descarregar lliurement les dades calculades amb el mètode InsolMets per a la Península Ibèrica a https://www.infoambiental.grumets.cat/RadSolarPI/InsolMets/RadSolar_InsolMets_eng.htm. A més de ser útils com a dades obertes de radiació solar a la Península Ibèrica, aquestes dades poden servir per a comprovar que s'està comprenent com aplicar els paràmetres de l'aplicació InsolDia quan s'utilitza el mètode InsolMets (en la pàgina web trobareu totes les capes necessàries per a fer els càlculs).
Altres referències:
Rothermel R, Wilson RA, Morris GA, Sackett SS (1986) Modelling moisture content of fine dead wildland fuels. Input to the BEHAVE fire prediction system. USDA Forest Service, Intermountain Research Station, Research Paper INT-359, Ogden. https://www.fs.usda.gov/rm/pubs_int/int_rp359.pdf
Roca-Fernández C, Ninyerola M, Pons X (2022) Mejoras en el cálculo de los Modelos Digitales de Radiación Solar a partir del tratamiento del MDE y de la incorporación del patrón espaciotemporal de la profundidad óptica atmosférica: resultados preliminares para la Península Ibérica. XIX Congreso de Tecnologías de la Información Geográfica, 12-14 Sep, Zaragoza (Spain). https://ddd.uab.cat/pub/caplli/2022/312214/ROCA_NINYEROLA_PONS_Mejoras_2022.pdf
Caixa de diàleg de l'aplicació
|
| Caixa de diàleg de l'InsolDia. |
Exemples gràfics
|
| Model Digital d'Elevacions d'una zona de la Península Ibèrica i càlcul de la radiació solar el dia 15 de desembre de 2023 amb els paràmetres per defecte. |
Sintaxi
Sintaxi:
- InsolDia MDE directori_ombra fitxer_sortida dia mes any irradiancia_exoatm tau_0 increment_horari tau_0_dia_clar percent_difus [/INSTANT] [/INICI] [/FINAL] [/TAU_0] [/PERC_DIF_VS_DIRECT] [/IRRAD_ESPEC] [/DadesRad] [/CFC] [/TAU_0_CelClar]
Paràmetres:
- MDE
(Model digital d'elevacions -
Paràmetre d'entrada): Model digital d'elevacions en format ràster IMG.
- directori_ombra
(Directori ombra -
Paràmetre d'entrada): Directori on s'han desat els diferents models derivats de l'MDE generats amb l'aplicació Ombra. Cal disposar d'una sèrie de models que continguin el rang de possibles azimuts que es donaran durant el dia triat. Dins aquest rang se'n generaran uns de representatius (p.ex. cada 10 graus) i cal que tinguin per nom el seu corresponent azimut (0.img, 10.img..., ...100.img, 110.img, 120.img...). L'aplicació determina automàticament (a partir dels noms dels fitxers) l'interval angular entre capes d'ombres disponibles (10 graus en l'exemple anterior). El mínim interval admissible és 1 grau (fitxers ...111.img, 112.img, 113.img...), però amb intervals de l'ordre de 10 graus se solen obtenir resultats prou acurats. Si es treballa en una zona on pugui fer falta el fitxer 360.img (per exemple en zones properes al Pol Nord a finals de juny), s'haurà de crear (o bé crear-lo com un duplicat del fitxer 0.img).
- fitxer_sortida
(Fitxer sortida -
Paràmetre de sortida): Ràster IMG resultat del càlcul de radiació solar.
- dia
(Dia -
Paràmetre d'entrada): Dia pel qual es realitza el càlcul de radiació solar.
- mes
(Mes -
Paràmetre d'entrada): Mes pel qual es realitza el càlcul de radiació solar.
- any
(Any -
Paràmetre d'entrada): Any pel qual es realitza el càlcul de radiació solar.
- irradiancia_exoatm
(Irradiància exoatmosfèrica -
Paràmetre d'entrada): Correspon al valor estimat d'irradiància solar que arriba a l'exterior de l'atmosfera terrestre, en W/m2 (o en W/(m2·µm) en càlculs en regions espectrals específiques); se suggereix 1366 en el cas no espectral.
- tau_0
(Coeficient d'extinció -
Paràmetre d'entrada): Coeficient d'extinció; se suggereix 0.288. S'utilitza quan s'executa el model CAC.En cas d'executar el programa amb el modificador /TAU_0=, tau_0 s'ignora ja que el càlcul es fa partir de les dades del ràster indicat amb aquest modificador en cada punt del territori; se suggereix, per pulcritud, indicar un valor -1 a tau_0 en aquest cas.
- increment_horari
(Increment horari -
Paràmetre d'entrada): Increment, en unitats horàries, que s'aplica a la nova posició solar des de la posició de partida i de forma successiva, per a determinar un nou càlcul instantani de radiació potencial que representi en mitjana l'interval definit. Se suggereix 1, però es pot utilitzar, per exemple 0.5 per a càlculs cada 30', o 2 per a càlculs cada 2 h (menys precisos, però més ràpids). En cas d'executar el programa amb el modificador /INSTANT=, l'increment horari s'ignora ja que el càlcul només es fa en el moment demanat; se suggereix, per pulcritud, indicar un valor -1 a l'increment_horari en aquest cas.
- tau_0_dia_clar
(Coeficient d'extinció en dia clar -
Paràmetre d'entrada): Permet un càlcul de la radiació difusa més raonable. Es pot introduir 0.223 per a una atmosfera excepcionalment clara, o 0.288 per a una atmosfera clara forestal mitjana (Rothermel et al. 1986).
- percent_difus
(Percentatge de la radiació difusa vs directa -
Paràmetre d'entrada): Percentatge de radiació difusa (calculada amb tau_0_dia_clar) en relació a la radiació directa. Típicament es pot indicar 20 per a un 20 %. S'utilitza quan s'executa el model CAC. En cas d'executar el programa amb el modificador /PERC_DIF_VS_DIRECT=, percent_difus s'ignora ja que el càlcul es fa partir de les dades del ràster indicat amb aquest modificador en cada punt del territori; se suggereix, per pulcritud, indicar un valor -1 a percent_difus en aquest cas.
Modificadors:
/INSTANT=
(Càlcul instantani)
Restringeix el càlcul, que per defecte és acumulat diari, a únicament un càlcul instantani (durant 1"). Cal indicar el valor com a hora solar local. (Paràmetre d'entrada) /INICI=
(Inici)
Permeten definir l'inici d'un interval temporal (dins del dia especificat) per al càlcul acumulat de radiació solar. Els valors s'indiquen com a hora solar local. En aquest cas les unitats queden documentades per "dia parcial". (Paràmetre d'entrada) /FINAL=
(Final)
Permeten definir el final d'un interval temporal (dins del dia especificat) per al càlcul acumulat de radiació solar. Els valors s'indiquen com a hora solar local. En aquest cas les unitats queden documentades per "dia parcial". (Paràmetre d'entrada) /TAU_0=
(TAU_0)
Es permet, a través del paràmetre optatiu /TAU_0=, que la TAU_0 pugui tenir un valor específic per a cada cel·la de l'MDE (per exemple a partir de dades de teledetecció atmosfèrica). S'utilitza quan s'executa el model InsolMets. En aquest cas, /TAU_0= indicarà on és el ràster que conté els valors de TAU_0 a cada cel·la; per exemple /TAU_0=c:\RadSolar\TAU_0_10-maig.img. Aquest ràster conté valors reals de 4 bytes i tindrà el mateix Sistema de Referència Horitzontal (SRH) i dimensions que l'MDE; podeu utilitzar CanviPrj i/o AdapRas si cal. Quan s'indica el paràmetre /TAU_0= l'aplicació ignora el vuitè paràmetre de la línia de comanda (que és un valor de tau_0 general per a tot el ràster); en aquest cas se suggereix indicar, per pulcritud, un valor -1 en el vuitè paràmetre. (Paràmetre d'entrada) /PERC_DIF_VS_DIRECT=
(PERC_DIF_VS_DIRECT)
Es permet, a través d'aquest paràmetre optatiu, que el percentatge de la radiació difusa respecte de la directa pugui tenir un valor específic per a cada cel·la de l'MDE (per exemple a partir de la interpolació de dades d'estacions terrestres de radiació solar). S'utilitza quan s'executa el model InsolMets. En aquest cas, /PERC_DIF_VS_DIRECT= indicarà on és el ràster que conté els valors del percentatge a cada cel·la; per exemple /PERC_DIF_VS_DIRECT=c:\RadSolar\Perc_difusa_vs_directa.img. Aquest ràster conté valors reals de 4 bytes i tindrà el mateix SRH i dimensions que l'MDE; es pot emprar CanviPrj i/o AdapRas en cas necessari. Quan s'indica el paràmetre /PERC_DIF_VS_DIRECT= l'aplicació ignora l'onzè paràmetre de la línia de comanda (que és un valor general del percentatge per a tot el ràster); en aquest cas se suggereix indicar, per pulcritud, un valor -1 en l'onzè paràmetre. Els valors del ràster s'expressen en tant per cent. (Paràmetre d'entrada) /IRRAD_ESPEC
(IRRAD_ESPEC)
Es permet indicar si les unitats a documentar són d'irradiància (cal indicar 0, per "fals"), típiques quan la irradiància exoatmosfèrica proporcionada és la constant solar (en aquest cas es documentaran per exemple 10 kJ/(m2·dia)), o d'irradiància espectral [per unitat de longitud d'ona] (cal indicar 1, per "cert"), típiques quan es vol calcular la radiació en una regió espectral, com ara el vermell, i la irradiància exoatmosfèrica proporcionada és espectral [per unitat de longitud d'ona] (en aquest cas es documentaran per exemple 10 kJ/(m2·dia·µm)); cal fer notar que les unitats que s'acaben d'indicar són només exemples i poden canviar segons si l'aplicació treballa en mode instantani, etc. El valor per defecte és 1, que correspon a les versions de l'aplicació anteriors al setembre de 2023. (Paràmetre d'entrada) /DadesRad=
(DadesRad)
Es permet indicar Int_10kJ si el format de sortida desitjat són nombres enters de 2 bytes amb signe arrodonits de "10 kJ/(m2·dia·µm)" (es llegeix "desenes de quilojoules...") o les unitats que apliquin segons el mode d'execució; Int_10kJ és el mode per defecte i igual a les versions de l'aplicació anteriors al setembre de 2023. Si es desitja disposar dels resultats en reals de 4 bytes cal indicar Real_10kJ. (Paràmetre d'entrada) /CFC=
(CFC)
Permet indicar, a través d'un ràster, la fracció de coberta ennuvolada (Cloud Fractional Cover), assignant un valor específic per a cada cel·la de l'MDE (e.g., a partir de dades de teledetecció atmosfèrica de CFC). En aquest cas, /CFC= indicarà on és el ràster que conté els valors de CFC a cada cel·la; e.g., /CFC=c:\RadSolar\CFC_10-maig.img. Aquest ràster ha de contenir valors reals de 4 bytes i tindrà el mateix SRH i dimensions que l'MDE; es pot emprar el CanviPrj i/o l'AdapRas en cas necessari. Els valors del ràster s'expressen en tant per 1; una atmosfera totalment coberta de núvols en un píxel presenta un valor 1, i una atmosfera totalment clara, un valor 0. Aquest modificador s'ha de subministrar conjuntament amb el modificador /TAU_0_CelClar=. S'utilitza quan s'executa el model InsolMets. (Paràmetre d'entrada) /TAU_0_CelClar=
(TAU_0_CelClar)
Permet indicar el coeficient d'extinció de la radiació solar en la fracció de cel clar. En cas de proporcionar aquest modificador, el paràmetre del coeficient tau_0 (o el modificador /TAU_0= com a ràster) s'interpreta com el coeficient d'extinció de la radiació solar a la fracció de cel ennuvolat. Se suggereix introduir un valor similar o igual al proporcionat al paràmetre tau_0_dia_clar. Aquest modificador s'ha de proporcionar juntament amb el modificador /CFC=. S'utilitza quan s'executa el model InsolMets. (Paràmetre d'entrada)
