Математическое моделирование солнечной радиации с использованием многолетних метеорологических рядов, находящихся в открытом доступе

Abstract

Актуальность работы обусловлена значительным ростом ввода объектов генерации, использующих возобновляемые источники энергии на территории Сибири и Дальнего Востока. Цель работы: продемонстрировать возможность использования многолетних метеорологических рядов, зафиксированных на ближайшей от рассматриваемой территории метеостанции, и других параметров, взятых из открытых источников для моделирования солнечной радиации; показать эффективность использования математических моделей Iqbal и Kasten-Czeplak при моделировании суммарной, прямой, рассеянной солнечной радиации для территорий арктической и приарктической зоны Сибири и Дальнего Востока. Методы исследования. В работе теория выстроена на апробированных математических моделях солнечной радиации Iqbal с определением ряда астрономических и динамических процессов, протекающих в средних и нижних слоях атмосферы, с применением математических моделей анализа фактической облачности Kasten-Czeplak. Использованы массивы многолетних метеонаблюдений, зафиксированные на различных метеостанциях, а также данные из открытых источников. Применяется высокоуровневый язык программирования Matlab R2014a. Результаты. Выявлены закономерности при моделировании солнечной радиации в арктической и приарктической зоне Республики Якутия. Проведено математическое моделирование суммарной, прямой, рассеянной солнечной радиации для 12-летного периода метеонаблюдений с шагом один час для различных населенных пунктов. Получены массивы солнечной радиации размерностью 105120х3 (12 лет). Разработан программно-вычислительный комплекс «Локального анализа параметров окружающей среды и солнечной радиации», реализующий представленную методику. Сделаны соответствующие выводы и заключения о полученных результатах, степени их достоверности и возможном их использовании в дальнейших исследованиях научно-прикладного характера.

The relevance of the discussed issue is caused by increasing interest in employing renewable energy sources generators in autonomous energy systems of Siberia and Far East. The main aim of the study is to demonstrate the appliance of long-term local meteorological observations for implementation in mathematical models of Iqbal and Kasten-Czeplak for modeling solar radiation over the arctic area of Siberia and Far East. The methods used in the study. The paper uses well-studied mathematical model of solar radiation presented by Iqbal using mathematical models for cloudiness analysis submitted by Kasten-Czeplak. The open access long-term observations data obtained from different meteorological stations are used as input. The author applies the high-level programming language Matlab R2014a. The results. The data obtained revealed the relationship of latitude standard deviation and solar radiation. Mathematical modeling of summary, direct and diffuse solar radiation within 12-years period for various localities was carried out. The author obtained the matrixes of solar radiation with dimensions of 105120x3, developed the software complex for local analysis of environment parameters and solar radiation. The obtained results were analyzed and verified. It was shown that the results can be used in further studies.