Advanced

Analysis and comparison of weather models for solar irradiance forecasts in Sweden

Falk, Linus LU (2018) FYSK02 20172
Department of Physics
Combustion Physics
Abstract
Solar radiation is affected in a variety of different ways through the atmosphere and on its way down to the Earth’s surface. Clouds are the main factor in this attenuation of solar radiation, but aerosols, ozone and other different gases have a significant impact too. Understanding these processes is fundamental to solar forecasting. However, the atmosphere is constantly changing, which makes forecasting weather a challenging task even with today’s complex numerical weather prediction models.
In this study of solar irradiance, two different numerical weather models are analyzed: the global IFS-model and the regional ensemble prediction system MEPS. Both models include normal forecasts and ensemble forecasts. This analytical comparison... (More)
Solar radiation is affected in a variety of different ways through the atmosphere and on its way down to the Earth’s surface. Clouds are the main factor in this attenuation of solar radiation, but aerosols, ozone and other different gases have a significant impact too. Understanding these processes is fundamental to solar forecasting. However, the atmosphere is constantly changing, which makes forecasting weather a challenging task even with today’s complex numerical weather prediction models.
In this study of solar irradiance, two different numerical weather models are analyzed: the global IFS-model and the regional ensemble prediction system MEPS. Both models include normal forecasts and ensemble forecasts. This analytical comparison was made in forecasts of up to 24 hours of three locations in Sweden over the time period of 2017-04-01 to 2017-06-30. The purpose was to see differences in the accuracy of the models, and also to see the influence of ensemble forecasts. Ensemble forecasts are used to better handle uncertainties in the weather and are more frequently used in today’s weather prediction. Observation data collected from SMHI’s radiation network was used as reference values in order to get forecasting errors.
A generally better result for the ensemble forecasts was identified. Some variations between the stations were also detected where especially the result from one of the three stations was different. That was a location far away from the other two indicating that topography and climatology can affect the precision of the weather models. The regional high-resolution MEPS-model had overall better solar irradiance forecasts during the analyzed time, but the model had a consistent negative bias. A consistent problem with the MEPS-model is most likely that it predicts too much clouds which leads to less amount of solar irradiance in the forecasts. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Vad tänker du på när du hör ordet solprognos? För vissa är det viktigt i planeringen av semestern, andra kanske för att skydda sig mot farlig UV-strålning. Vad många inte vet är att solprognoser är en viktig komponent i vårt energisamhälle där förnyelsebara energikällor som solkraft och vindkraft ökar kraftigt runt om i världen. Att göra träffsäkra prognoser för inkommande solstrålning har dock visat sig vara svårt för meteorologerna på grund av snabba och osäkra förändringar i atmosfären.
Osäkerheten och variabiliteten för solstrålningen beror framförallt på molnen men också aerosoler, ozon och andra gaser i atmosfären. För att förutse solstrålning och andra meteorologiska parametrar används numeriska vädermodeller där avancerade... (More)
Vad tänker du på när du hör ordet solprognos? För vissa är det viktigt i planeringen av semestern, andra kanske för att skydda sig mot farlig UV-strålning. Vad många inte vet är att solprognoser är en viktig komponent i vårt energisamhälle där förnyelsebara energikällor som solkraft och vindkraft ökar kraftigt runt om i världen. Att göra träffsäkra prognoser för inkommande solstrålning har dock visat sig vara svårt för meteorologerna på grund av snabba och osäkra förändringar i atmosfären.
Osäkerheten och variabiliteten för solstrålningen beror framförallt på molnen men också aerosoler, ozon och andra gaser i atmosfären. För att förutse solstrålning och andra meteorologiska parametrar används numeriska vädermodeller där avancerade superdatorer behövs. Genom att veta atmosfärens nuvarande tillstånd och sedan använda fysikens lagar kan man alltså med hjälp av datorer köra simulationer som får fram hur atmosfären och vädret kommer att se ut. Trots att olika vädermodeller bygger på samma fysikaliska teorier och lagar så finns det ändå ofta signifikanta skillnader mellan dem.
I den här studien jämförs och analyseras två numeriska vädermodeller för solprognoser i Sverige. Det är den globala modellen IFS och den regionala modellen MEPS (som bygger på modellen HARMONIE-AROME) som jämförs i solprognoser på upp till 24 timmar. Normala prognoser men även de båda vädermodellernas ensembleprognoser analyseras under tidsperioden 2017-04-01 till 2017-06-30. Ensembleprognoser är sannolikhetsprognoser som numera används för att försöka förbättra väderprognoser.
Resultatet visar att ensembleprognoser generellt förbättrar prognoserna för solstrålning i Sverige. Den regionala och högupplösta modellen MEPS visar sig för det mesta vara träffsäkrare än den globala IFS-modellen. Detta trots att MEPS har en tydlig tendens att förutse för lite solstrålning. Olika platser i Sverige undersöktes och resultatet varierar dock en aning mellan platserna. Troligtvis beror detta på skillnader i modellernas fysikaliska egenskaper och i att hantera topografi och olika meteorologiska förhållanden. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Falk, Linus LU
supervisor
organization
course
FYSK02 20172
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
keywords
meteorology, weather models, ensemble forecasts, solar irradiance
language
English
id
8936570
date added to LUP
2018-05-18 14:35:20
date last changed
2018-05-18 14:35:20
@misc{8936570,
  abstract     = {Solar radiation is affected in a variety of different ways through the atmosphere and on its way down to the Earth’s surface. Clouds are the main factor in this attenuation of solar radiation, but aerosols, ozone and other different gases have a significant impact too. Understanding these processes is fundamental to solar forecasting. However, the atmosphere is constantly changing, which makes forecasting weather a challenging task even with today’s complex numerical weather prediction models.
In this study of solar irradiance, two different numerical weather models are analyzed: the global IFS-model and the regional ensemble prediction system MEPS. Both models include normal forecasts and ensemble forecasts. This analytical comparison was made in forecasts of up to 24 hours of three locations in Sweden over the time period of 2017-04-01 to 2017-06-30. The purpose was to see differences in the accuracy of the models, and also to see the influence of ensemble forecasts. Ensemble forecasts are used to better handle uncertainties in the weather and are more frequently used in today’s weather prediction. Observation data collected from SMHI’s radiation network was used as reference values in order to get forecasting errors.
A generally better result for the ensemble forecasts was identified. Some variations between the stations were also detected where especially the result from one of the three stations was different. That was a location far away from the other two indicating that topography and climatology can affect the precision of the weather models. The regional high-resolution MEPS-model had overall better solar irradiance forecasts during the analyzed time, but the model had a consistent negative bias. A consistent problem with the MEPS-model is most likely that it predicts too much clouds which leads to less amount of solar irradiance in the forecasts.},
  author       = {Falk, Linus},
  keyword      = {meteorology,weather models,ensemble forecasts,solar irradiance},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Analysis and comparison of weather models for solar irradiance forecasts in Sweden},
  year         = {2018},
}