Caracterización de la nubosidad en Sevilla mediante medidas de un ceilómetro

Abstract

Caracterizar la nubosidad en un emplazamiento resulta de gran utilidad para proyectos energéticos. La nubosidad es el principal factor de la variabilidad de la radiación solar, conocer la interacción de la nubosidad con la radiación resulta de gran utilidad para la estimación y predicción de la misma. En este estudio se realiza una revisión de algunos estudios sobre nubosidad realizados hasta la fecha. Se describen los tipos de nubes, la interacción de éstas con la radiación solar, y se describe la instrumentación dedicada a la observación de la nubosidad. Se realiza una revisión más detallada del ceilómetro, instrumento utilizado en este estudio para llevar a cabo una descripción de la nubosidad en Sevilla. La información proporcionada por el ceilómetro resulta de gran utilidad para la predicción de la radiación solar, ya que proporciona información acerca de la altura de la base de la nube, su espesor óptico y su extensión vertical. Pese a su alto coste, su alta resolución temporal, y el mínimo mantenimiento requerido hacen del ceilómetro un instrumento de gran utilidad no solo en el ámbito de la predicción de radiación solar, sino también en otras aplicaciones en ingeniería, como la evaluación del potencial de enfriamiento nocturno, o en el enfriamiento nocturno de paneles fotovoltaicos haciendo uso de materiales de cambio de fase, aplicaciones que dependen en gran medida de la nubosidad. Para caracterizar la nubosidad en Sevilla, se analiza la ocurrencia de nubes (definida como la relación entre el número de registros con nubes y el número total de registros), la altura de base de la nube, y se obtiene el espesor óptico y extensión vertical de la nube mediante el análisis de la señal proporcionada por el ceilómetro. Algunos resultados obtenidos por el ceilómetros son los siguientes: la ocurrencia de nubes alcanza un mínimo durante los meses de verano, y un máximo en los meses de primavera e invierno. A su vez, la ocurrencia de nubes es mayoritaria en las capas bajas durante la mayor parte del año. Asimismo, las nubes en la capa baja son las de mayor espesor óptico. Las nubes en la capa media cuentan con un espesor óptico ligeramente menor a las de la capa baja, mientras que el espesor óptico de las nubes en la capa alta es considerablemente inferior al del resto de las capas. Finalmente, las nubes en la capa alta cuentan con una extensión vertical considerablemente mayor a las nubes en capas bajas.

Characterizing cloudiness of a location is quite useful for energy projects. Cloudiness is the main cause of variability in solar radiation. Characterizing the interaction between cloudiness and solar radiation is useful in estimating and predicting the solar resource. Ceilometers provide information that is quite useful to predicting solar radiation. They provide information of cloud base height, optical thickness and vertical extension. Their high temporal resolution, along with their relatively low cost and minimum needs of maintenance suits them as an extremely useful instrument for predicting solar radiation as well as other engineering application such as night cooling of photovoltaic modules using phase change materials, or the evaluation of night radiative cooling’s potential, given that these applications are highly dependent on cloudiness. To characterize cloudiness in Sevilla, we analyze cloud occurrence (defined as the relation between the number of registers with clouds and the total number of registers) and cloud base height. We also obtain cloud optical depth and the vertical extension of clouds by analyzing the backscatter signal provided by the ceilometer. Some results obtained by the ceilometer are: Cloud occurrence reaches a minimum during summer, and a maximum during spring and winter. Also, cloud occurrence in the low layer is higher than cloud occurrence in other layers for most of the year. We found that clouds in the low layer are optically thicker than those in other layers. While clouds in middle clouds are slightly optically thinner, clouds in high layer present a much lower optical thickness. Finally, clouds in high layer present a vertical extensión much larger than clouds in lower layers.