Estimativa de irradiação solar direta normal mediante satélite: um estudo para o nordeste brasileiro - Anthony Carlos Silva Porfirio (2012)
O foco científico desta pesquisa foi desenvolver um método de estimativa de irradiância direta normal (DNI) e irradiação (Q$_{N}$) à superfície baseando-se em informações meteorológicas e satelitais. O método foi aplicado para a região Nordeste do Brasil (NEB). Para o desenvolvimento e validação do método diversas informações regionais foram utilizadas, incluindo dados medidos à superfície (insolação, componentes da radiação solar, pressão atmosférica), dados atmosféricos de radiossondas e do modelo numérico de previsão de tempo do CPTEC, além de imagens e produtos derivados dos satélites EOS (Aura/Terra/Aqua) e GOES. Foram avaliados, através de análise teórica e experimental, o desempenho de cinco modelos físicos de estimativa de DNI sob condição de céu claro (DNI$_{CC}$), quatro deles difundidos na literatura e o quinto (denominado PC12) desenvolvido neste trabalho. De maneira geral os resultados corroboram o bom desempenho dos modelos REST, Yang e PC12 (nessa ordem), que podem ser recomendados para aplicação na estimativa de DNI$_{CC}$ nas condições atmosféricas do NEB. O modelo REST foi selecionado para avaliar DNI$_{CC}$. A insolação diária é um parâmetro que fornece informação sobre a cobertura de nuvens; além disso, pode apresentar correlação elevada com Q$_{N}$. Sendo assim, as estimativas de insolação por satélite (nsat) fornecidas pela DSA/CPTEC/INPE foram validadas através de comparações com dados heliográficos e pireliométricos. Verificou-se que as estimativas (nsat) são coerentes com as observações pireliométricas (nef) (baseadas no tempo efetivo de DNI), enquanto que diferem da insolação por heliógrafo (nhelio). A insolação (nhelio) demonstrou bom desempenho com a definição da WMO, que considera DNI superiores a 120 W m$^{-2}$. A estimativa de Q$_{N}$ diária foi avaliada pela integração de valores DNI$_{CC}$ ponderadas com o tempo efetivo de céu claro, que por sua vez, é avaliado a partir de imagens do canal VIS do GOES. As estimativas de DNI e Q$_{N}$ por satélite foram comparadas com medidas obtidas em estações solarimétricas da rede SONDA no NEB (Petrolina-PE, Natal-RN e São Luís-MA) para o período 2007/2008. Os resultados indicaram que o modelo representa satisfatoriamente o ciclo diário de DNI, tanto em dias claros como em dias parcialmente nublados, com erros médios variando entre -18,4 a 22,4 W m$^{-2}$. Evidenciou-se uma relação estritamente linear entre a Q$_{N}$ estimada e medida, com altos valores do coeficiente de determinação (R$^{2}$ > 0,84). Médias de MBE e RMSE referentes a todos os sítios foram de -1,74% e 18,7%, respectivamente. Finalmente, mapas de irradiação direta normal no NEB foram elaborados para o ano de 2008. A análise indicou que as condições meteorológicas sazonais desempenham importante papel na variabilidade espaço-temporal dos níveis de Q$_{N}$. O valor máximo médio diário anual foi da ordem de 22 MJ m$^{-2}$. Esses mapas revelam que as regiões que se destacam por apresentarem maiores valores de QN localizam-se no semi-árido do NEB. Em geral, o modelo desenvolvido mostra-se uma promissora ferramenta para prover informações precisas de Q$_{N}$, especialmente em regiões desprovidas de medições in situ.