Estimation of diffuse solar radiation in different wavelength bands using satellite data over Thailand

Abstract

In this work, models for estimating diffuse solar radiation in different wavelength bands namely, erythemal ultraviolet radiation (0.28-0.40 µm), photosynthetically active radiation (0.40-0.70 µm), near infrared radiation (0.695-0.28 µm) and broadband radiation (0.3-3.0 µm) by using satellite data and atmospheric parameters were developed. The first model is for estimating diffuse erythemal ultraviolet radiation which depends on solar zenith angle, aerosol optical depth and cloud index. The second model is aimed to calculate diffuse photosynthetically active radiation. The model relates diffuse photosynthetically active radiation to satellite-derived earth-atmospheric reflectivity and cosine of solar zenith angle. The next model is focused on generating diffuse near infrared radiation which depends on the earth-atmospheric reflectivity, precipitable water and cosine of solar zenith angle. The last model is for estimating diffuse solar radiation which used clearness index, precipitable water and aerosol optical depth. All models are in reasonable agreement with ground-based measurement with root mean square difference of 12.7%, 12.9%, 16.7% and 12.5% and mean bias difference of -2.8%, -2.2%, and 1.5% and 2.8%, respectively.

Afterward, the models were used to determinate diffuse solar radiation in different wavelength bands and the results were displayed as maps. The maps demonstrate diurnal and seasonal variations of the diffuse radiation in Thailand.

ในงานวิจัยนี้ ผู้วิจัยได้ทำการสร้างแบบจำลองสำหรับคำนวณหาความเข้มรังสีกระจายจากดวงอาทิตย์ในช่วงความยาวคลื่นต่างๆ ได้แก่ รังสีอัลตราไวโอเลตที่มีผลต่อผิวหนังมนุษย์ (0.28-0.40 µm) รังสีอาทิตย์ที่พืชใช้ในการสังเคราะห์แสง (0.40-0.70 µm) รังสีอินฟราเรดใกล้ (0.695 -0.28 µm) และรังสีอาทิตย์ในช่วงความยาวคลื่นกว้าง (0.3-3.0 µm) โดยอาศัยข้อมูลภาพถ่ายดาวเทียม ร่วมกับตัวแปรต่างๆ ในบรรยากาศ แบบจำลองแรกเป็นแบบจำลองสำหรับคำนวณหาความเข้มรังสีกระจายในช่วงรังสีอัลตราไวโอเลตที่มีผลต่อผิวหนังมนุษย์ซึ่งมีความสัมพันธ์กับมุมเซนิธของดวงอาทิตย์ ค่าความลึกเชิงแสงของฝุ่นละออง และดัชนีเมฆ แบบจำลองที่สองใช้สำหรับคำนวณหารังสีกระจายในช่วงที่พืชใช้ในการสังเคราะห์แสงมีความสัมพันธ์กับค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนของบรรยากาศและพื้นผิวโลกและโคซายน์ของมุมเซนิธของดวงอาทิตย์ ส่วนแบบจำลองในการคำนวณหาความเข้มรังสีกระจายในช่วงความยาวคลื่นรังสีอินฟราเรดใกล้นั้น พบว่ามีความสัมพันธ์กับค่าสัมประสิทธ์การสะท้อนของบรรยากาศและพื้นผิวโลก โคซายน์ของมุมเซนิธของดวงอาทิตย์ และปริมาณไอน้ำในบรรยากาศ ส่วนแบบจำลองสุดท้ายเป็นแบบจำลองสำหรับคำนวณหารังสีกระจายในช่วงความยาวคลื่นกว้างซึ่งมีความสัมพันธ์กับค่าดัชนีความโปร่งใสของบรรยากาศ ไอน้ำในบรรยากาศและค่าความลึกเชิงแสงของฝุ่นละออง ในการทดสอบแบบจำลองโดยการเปรียบเทียบกับข้อมูลจากการวัดภาคพื้นดิน พบว่าแบบจำลองทั้ง 4 มีค่าความคลาดเคลื่อนในรูปของ root mean square difference (RMSD) เท่ากับ 12.7%, 12.9%, 16.7% และ 12.5% และ mean bias difference (MBD) เท่ากับ -2.8%, -2.2%, 1.5% และ -2.8% ตามลำดับ จากนั้นผู้วิจัยนำแบบจำลองที่พัฒนาขึ้นไปคำนวณหาความเข้มรังสีกระจายในช่วงความยาวคลื่นต่างๆ และแสดงผลในรูปของแผนที่ ซึ่งแผนที่ที่ได้แสดงถึงการแปรค่าตามเวลาในรอบวันและการแปรค่าตามฤดูกาลของรังสีกระจายในประเทศไทย