Strålingsdata i tilsigsmodeller for kraftverksdrift

Prosjektets hovedmål har vært å bedre vannkraftprodusentenes tilsigsprognoser under snøsmelting, ved å evaluere strålingsdata som input i smeltesimuleringen. Fjernmålte strålingsdata fra EUMETSATs geostasjonære MSG-satellitt er evaluert mot bakkedata med tanke på en operativ informasjonstjeneste. For kortbølget stråling (sollys) og langbølget stråling (varmestråling) heter informasjonsproduktene hhv DSSF (Downwelling Surface Shortwave Flux), og DSLF (Downwelling Surface Longwave Flux). Disse er tilgjengelige i god tidsoppløsning og med utmerket responstid. I tillegg er Meteorologisk Institutts varsler for kortbølget stråling evaluert mot bakkemålinger og satellittdata. Prosjektet har ikke undersøkt varsler for langbølget stråling. For kortbølget stråling er satellittmålinger og prognoser evaluert ved hjelp av målinger fra rundt 50 stasjoner i NIBIOs stasjonsnett, samt fra ti sensorer som prosjektet har plassert ut i fjellområder. I evalueringen er det brukt klarværsindekser som normaliserer for solhøyde og spredning i skyfri atmosfære. Dette er en mer kritisk test enn å måle samsvar for selve strålingen, som kan gi gode resultater bare ved at alle datakildene har samme daglengde og solhøyde. Prosjektet konkluderer med at satellittmålingene er verdifulle både som tillegg og som alternativ til bakkemålinger, særlig i vanskelig tilgjengelige områder. For strålingsvarsler fra Meteorologisk Institutts Arome-modell viser undersøkelsen godt samsvar med både satellitt- og bakkemålinger. Noen regionale forskjeller er funnet, spesielt har satellittdataene svakheter i de nordligste landsdelene som er helt i ytterkant av satellittens dekningsområde. Også på vestlandskysten er det ulikheter mellom datasettene, her kan det være flere årsaker. De gode resultatene for varslet stråling er viktige i tilsigsmodeller, som har værprognoser som primær input. For langbølget stråling bygger DSLF-produktet på fjernmålte skyobservasjoner samt informasjon om lufttemperatur i bakkenivå og vanndampinnholdet i atmosfæren. De to siste hentes fra den globale atmosfæremodellen ECMWF, som langtids-værvarsler også er basert på. I vesentlig større grad enn for kortbølget stråling er denne bakgrunnsinformasjonen styrende for sluttresultatet. I mangel av et operativt målernettverk for termisk innstråling har prosjektet evaluert DSLF-produktet og sammenlignet modeller ved seks enkeltstasjoner eid av NIBIO, Sintef og prosjektdeltakerne. Det er avdekket at DSLF underestimerer langbølget innstråling om vinteren, og overestimerer om sommeren. Underestimeringen om vinteren er betydelig, men mindre viktig for simulering av snøsmelting enn overestimeringen sommerstid. En litteraturgjennomgang viste at modeller som beregner langbølget innstråling fra lufttemperatur og vanndamptrykk i standard målerhøyde har lignende systematiske feil. Disse bakkemodellene har mye til felles med hvordan DSLF benytter ECMWF-informasjon. Prosjektet har vist at en korreksjon basert på breddegrad fjerner mesteparten av de systematiske feilene, både for et større antall stasjoner fra litteraturgjennomgangen, og for de få målingene i denne undersøkelsen. Prosjektet anbefaler at en slik korreksjon brukes også for DSLF-verdiene. Effekten av ulike strålingsdata på tilsigsmodeller ble undersøkt ved å simulere tilsig i ti nedbørfelt i Sør-Norge, med fire kombinasjoner av bakkemålinger og fjernmålte data for hhv kort- og langbølget stråling. Den anvendte tilsigsmodellen er implementert i Enki-rammeverket. Modellen ble modifisert for å kunne ta imot data for langbølget stråling, men ikke ut over dette tilpasset den nye situasjonen. Tilsigsprognoser med varslet strålingsinput er ikke testet. I grove trekk forbedres simulert tilsig moderat ved bruk av fjernmålte data for både kort- og langbølget stråling, også når modellen er kalibrert til hvert enkelt input-datasett. De fire input-kombinasjonene viste betydelige forskjeller i smeltingens døgnsyklus og i sammensetning av energikomponenter. Kort oppsummert har prosjektet vist at: 1. Fjernmålte data for både kort- og langbølget stråling er tilgjengelige for automatisk nedlesing til operative formål, med ned til 30 minutter tidsoppløsning, og med godt under en times produksjonstid. 2. Tilsigssimuleringer med bruk av disse er bedre enn ved bakkemålt kortbølget og simulert langbølget stråling, som er det tilgjengelige alternativet. 3. For kortbølget stråling er det godt samsvar mellom satellitt- og bakkemålinger, og mellom disse og strålingsprognoser fra Meteorologisk Institutt. 4. For langbølget stråling er empirisk korreksjon av de fjernmålte dataene gunstig, og en slik korreksjonsmodell er identifisert med breddegrad som eneste nødvendige inputverdi.

Prosjektet har evaluert nye strålingsdata, og konkluderer med at tilsigsprognosene ved bruk av disse er bedre enn tidligere. Det er gitt anbefalinger for både bruk og korrigering av strålingsinformasjon Flere modeller og prototyper er forbedret og nyskrevet under prosjektet. En tjeneste for foredling av fjernmålingsinformasjon er utviklet og klar til uttesting

Energimarkedet har endret seg betydelig de siste årene og forventes å endre seg enda hyppigere i framtida. Flere typer energiprodukter vil etterspørres og energiprisene forventes å variere hyppigere. Dette åpner nye muligheter for en vannkraft produsent til å tjene penger, men øker også risikoen for å havne i ubalanse og tape penger. Tilsigsprognosens treffsikkerhet vil i mange situasjoner være nøkkelen til om han skal tene eller tape penger. Snømagasinet er den viktigste ressursen til vannkraftprodusenter i Norden. Tilsiget fra dette avgjøres i stor grad av stråling, temperatur og luftfuktighet. Dagens operative modeller tar hensyn til kun den ene av disse faktorene og risikoen for feil prognose er stor der de to andre er dominerende. Dette prosjektet vil muliggjøre bruk av stråling i vannkraft bransjens operative tilsigsmodeller. Dette vil ha stor betydning primært for prognosering av snøsmelting og dermed tilsigsprognosens treffsikkerhet gjennom våren og tidlig sommer, men også for beregning av fordampning og prognosens treffsikkerhet spesielt ved nedbørstilfeller etter lengre tørkeperioder. Tilgjengligheten av informasjon om stråling og fokus på langsiktig vannbalanse fremfor kortsiktig treffsikkerhet har vært sterkt medvirkende til at modellene kun har vært basert på nedbør og temperatur som inngangsdata. Mer detaljerte, fysisk baserte og fordelte tilsigsmodeller samt et økende fokus på korttids treffsikkerhet fremtvinger bruk av stråling for å utnytte modellenes potensiale og oppnå økt treffsikkerhet. Det er flere kilder til informasjon om stråling. Prosjektet vil undersøke hva hver av disse kildene kan bidra med og hvordan de kan kombineres for å gi det best tilgjenglige strålingsgrunnlaget for tilsigsmodellene. Prosjektet vil med støtte av studentprosjekt studere effekten av tettere observasjonsnettverk og strålingsberegnigens bidrag til usikkerheten i prognosene.