Variabilidad espacial y temporal de la radiación solar en Colombia 1997—2019

Abstract

En Colombia, la radiación solar ha sido principalmente estudiada de manera local. Algunos autores han estudiado la radiación solar en todo el territorio mediante la interpolación de observaciones en tierra. Sin embargo, estas aproximaciones tienen limitaciones relacionadas con la densidad de estaciones en tierra, la calidad de las observaciones y las incertidumbres asociadas a las técnicas de interpolación. El reanálisis ERA5-Land del ECMWF ofrece series de radiación solar hacia la superficie a una escala temporal horaria y espacial de cuadrículas de 0.1°, desde 1980 para todo el globo. ERA5-Land permite estudiar la radiación solar y otras variables terrestres usando un conjunto de datos que es continuo en el espacio y en el tiempo. En este trabajo, la radiación solar de ERA5-Land fue validada con registros horarios de estaciones meteorológicas del IDEAM, distribuidas sobre el territorio de Colombia. La variabilidad de la radiación solar horaria y diaria, de ERA5-Land fue caracterizada mediante el estudio de su ciclo diurno y anual; y su comportamiento estocástico fue estudiado a esas escalas mediante el cálculo de los índices atmosféricos de claridad y de cielo despejado. La variabilidad de la radiación a escalas diaria y anual está principalmente forzada por la geometría solar, pero las variaciones en la cantidad de radiación que llega a la superficie tienen un comportamiento estocástico, que depende de la atenuación de la atmósfera sobre la luz. Los resultados mostraron que la atenuación atmosférica presentan patrones espacio-temporales que han sido reportados en la literatura a través del estudio de la precipitación y otras variables meteorológicas. Los resultados presentados en este estudio son un insumo valioso para para la generación de energía, la planeación y el uso de recursos hídricos en la agricultura y el entendimiento de la climatología colombiana. A la hora de aproximar la radiación solar de ERA5-Land a la radiación solar incidente sobre Colombia, debe considerarse su naturaleza espacio-temporal y sus limitaciones: las estimaciones de ERA5-Land presenta desempeños más bajos en zonas con mayor variabilidad topográfica, y regiones y temporadas de alta nubosidad y precipitación. (Texto tomado de la fuente)

In Colombia, the study of solar radiation has primarily been conducted on a local level. Some researchers have attempted to study solar radiation across the entire country by interpolating ground-based observations. However, these approaches are limited by factors such as the density of ground-based stations, the quality of the observations, and uncertainties associated with interpolation techniques. The ERA5-Land reanalysis from the ECMWF offers hourly and spatially resolved (0.1° grid) surface solar radiation data from 1980 for the entire globe. ERA5-Land allows for the study of solar radiation and other terrestrial variables using a continuous dataset in both space and time. In this study, the solar radiation data from ERA5-Land was validated using hourly records from IDEAM weather stations distributed throughout Colombia. The hourly and daily variability of the ERA5-Land solar radiation data was characterized through the study of its diurnal and annual cycles. Additionally, its stochastic behavior was examined at these scales by calculating the atmospheric clearness index and the cloudiness index. The variability of radiation at daily and annual scales is primarily driven by solar geometry, but variations in the amount of radiation reaching the surface exhibit a stochastic behavior that depends on atmospheric attenuation of light. The results showed that atmospheric attenuation exhibits spatio-temporal patterns that have been previously reported in the literature through the study of precipitation and other meteorological variables. The findings of this study provide valuable input for energy generation, water resource planning and use in agriculture, and for understanding the climatology of Colombia. When approximating ERA5-Land solar radiation to the incident solar radiation over Colombia, the spatio-temporal nature and limitations of the ERA5-Land estimates should be considered, as performance is lower in areas with greater topographic variability, and in cloudy and rainy regions and seasons.