Enfoques inteligentes para evaluar la radiación fotosintéticamente activa en varias estaciones basadas en imágenes del satélite MSG Prime
Autores: Thomas, Claire; Wandji Nyamsi, William; Arola, Antti; Pfeifroth, Uwe; Trentmann, Jörg; Dorling, Stephen; Laguarda, Agustín; Fischer, Milan; Aculinin, Alexandr
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Enfoques inteligentes para evaluar la radiación fotosintéticamente activa en varias estaciones basadas en imágenes del satélite MSG Prime
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Radiación fotosintéticamente activa
Modelado de ecosistemas
Ciclo del carbono
Ciclo del agua
Gestión agrícola
Estimaciones por satélite
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 7
Citaciones: Sin citaciones
La radiación fotosintéticamente activa (PAR) es la porción de 400-700 nm del espectro de radiación solar que los organismos fotoautótrofos, incluidos las plantas, algas y cianobacterias, utilizan para la fotosíntesis. PAR es una variable clave en la modelización de ecosistemas globales y del sistema terrestre, desempeñando un papel destacado en el ciclo del carbono y del agua. Junto con la temperatura del aire, la disponibilidad de agua y la concentración de CO en la atmósfera, PAR controla la fotosíntesis y, en consecuencia, la productividad de biomasa en general. La gestión de cultivos agrícolas y hortícolas, bosques, praderas e incluso céspedes en lugares deportivos es una lista no exhaustiva de aplicaciones para las cuales es deseable un conocimiento preciso del recurso PAR. Los sistemas agrivoltaicos modernos también requieren un buen conocimiento de PAR junto con las variables necesarias para monitorear el sistema fotovoltaico co-localizado. Los sensores de PAR controlados en calidad in situ proporcionan información de alta calidad para ubicaciones específicas. Sin embargo, debido a los costos de instalación y mantenimiento asociados, estos datos de alta calidad son relativamente escasos y generalmente se extienden sobre un período restringido y a veces no continuo. Numerosos estudios ya han demostrado el potencial que ofrecen las estimaciones de radiación superficial basadas en información satelital como alternativas fiables a las mediciones in situ. La precisión de estas estimaciones depende del sitio y está relacionada, por ejemplo, con el clima local, el paisaje y el ángulo de visión del satélite. Para evaluar la precisión de los modelos de satélite de PAR, comparamos 11 métodos para estimar 30 minutos de PAR superficial basados en estimaciones derivadas de satélites en 33 ubicaciones de estaciones en tierra en varias regiones climáticas de Europa, África y América del Sur. Promediando entre las estaciones, los resultados mostraron sesgos relativos promedio (en relación con la media de la medición) entre métodos del 1 al 20%, una desviación estándar relativa promedio del 25 al 30%, un error cuadrático medio relativo promedio del 25% al 35% y un coeficiente de correlación siempre superior a 0.95 para todos los métodos. Se observó un mejor rendimiento para todos los métodos en sitios relativamente libres de nubes, y la calidad se degradó hacia el borde del área de visualización de Meteosat Segunda Generación. Se logró un buen compromiso entre el tiempo de computación, la asignación de memoria y el rendimiento para la mayoría de las ubicaciones utilizando el coeficiente de Jacovides aplicado a la irradiancia horizontal global de HelioClim-3 o el Servicio de Radiación CAMS. En conclusión, las estimaciones satelitales pueden proporcionar una estimación alternativa fiable de PAR en tierra para la mayoría de las aplicaciones.
Descripción
La radiación fotosintéticamente activa (PAR) es la porción de 400-700 nm del espectro de radiación solar que los organismos fotoautótrofos, incluidos las plantas, algas y cianobacterias, utilizan para la fotosíntesis. PAR es una variable clave en la modelización de ecosistemas globales y del sistema terrestre, desempeñando un papel destacado en el ciclo del carbono y del agua. Junto con la temperatura del aire, la disponibilidad de agua y la concentración de CO en la atmósfera, PAR controla la fotosíntesis y, en consecuencia, la productividad de biomasa en general. La gestión de cultivos agrícolas y hortícolas, bosques, praderas e incluso céspedes en lugares deportivos es una lista no exhaustiva de aplicaciones para las cuales es deseable un conocimiento preciso del recurso PAR. Los sistemas agrivoltaicos modernos también requieren un buen conocimiento de PAR junto con las variables necesarias para monitorear el sistema fotovoltaico co-localizado. Los sensores de PAR controlados en calidad in situ proporcionan información de alta calidad para ubicaciones específicas. Sin embargo, debido a los costos de instalación y mantenimiento asociados, estos datos de alta calidad son relativamente escasos y generalmente se extienden sobre un período restringido y a veces no continuo. Numerosos estudios ya han demostrado el potencial que ofrecen las estimaciones de radiación superficial basadas en información satelital como alternativas fiables a las mediciones in situ. La precisión de estas estimaciones depende del sitio y está relacionada, por ejemplo, con el clima local, el paisaje y el ángulo de visión del satélite. Para evaluar la precisión de los modelos de satélite de PAR, comparamos 11 métodos para estimar 30 minutos de PAR superficial basados en estimaciones derivadas de satélites en 33 ubicaciones de estaciones en tierra en varias regiones climáticas de Europa, África y América del Sur. Promediando entre las estaciones, los resultados mostraron sesgos relativos promedio (en relación con la media de la medición) entre métodos del 1 al 20%, una desviación estándar relativa promedio del 25 al 30%, un error cuadrático medio relativo promedio del 25% al 35% y un coeficiente de correlación siempre superior a 0.95 para todos los métodos. Se observó un mejor rendimiento para todos los métodos en sitios relativamente libres de nubes, y la calidad se degradó hacia el borde del área de visualización de Meteosat Segunda Generación. Se logró un buen compromiso entre el tiempo de computación, la asignación de memoria y el rendimiento para la mayoría de las ubicaciones utilizando el coeficiente de Jacovides aplicado a la irradiancia horizontal global de HelioClim-3 o el Servicio de Radiación CAMS. En conclusión, las estimaciones satelitales pueden proporcionar una estimación alternativa fiable de PAR en tierra para la mayoría de las aplicaciones.