Obtención del vapor de agua a partir de medidas de irradiancia directa espectral medidas con el espectrorradiómetro EKO MS-711. Comparación con otras técnicas
Las medidas de vapor de agua precipitable son de gran importancia para evaluar y comprender el equilibrio radiativo atmosférico y los recursos asociados a la radiación solar. Sobre esa base, este trabajo presenta las medidas de contenido de vapor de agua precipitable (PWV, de sus siglas en inglés, “Precipitable Water Vapour”) obtenidas por primera vez con un espectroradiómetro de rejilla EKO MS-711 (Figura 1), a partir de irradiancia normal directa en el rango espectral entre 930 y 960 nm, en el Observatorio de Izaña (IZO, España) entre abril y diciembre de 2019.
Figura 1.- Espectroradiómetro EKO MS-711 instalado en el Observatorio de Izaña. Irradiancia normal directa medida con el espectrorradiómetro EKO MS-711 el 20 de mayo de 2019 (13:00 UTC) en el
Observatorio de Izaña. La franja azul indica la banda de absorción de vapor de agua seleccionada en este trabajo para obtener el PWV (930–960 nm). La figura pequeña muestra la transmitancia directa simulada con el modelo MODTRAN entre 850 y 1000 nm el 20 de mayo de 2019 (13:00 UTC).
La incertidumbre expandida de PWV (UPWV) se evaluó teóricamente mediante el método de Monte-Carlo, obteniendo un valor promedio de 0.37 ± 0.11 mm. La incertidumbre estimada presenta una dependencia clara con el PWV. Para PWV ≤ 5 mm (62% de los datos), la UPWV promedio es 0.31 ± 0.07 mm, mientras que para PWV> 5 mm (38% de los datos) es 0.47 ± 0.08 mm.
Además, las medidas EKO PWV se compararon exhaustivamente con medidas de PWV obtenidas con diferentes técnicas de referencia disponibles en IZO, incluyendo los radiosondeos meteorológicos, el Sistema de navegación por satélite global (GNSS, de las siglas en inglés “Global Navigation Satellite System”), el fotómetro solar CIMEL-AERONET y el espectrómetro de transformada de Fourier (FTIR, de las siglas en inglés “Fourier Transform Infrared”) (Figura 2). Los valores de EKO PWV se ajustan bien a las diferentes técnicas mencionadas anteriormente, proporcionando un promedio y una desviación estándar de -0.30 ±0.89 mm, 0.02 ± 0.68 mm, -0.57 ± 0.68 mm, y 0.33 ± 0.59 mm, con respecto al RS92, GNSS, FTIR y CIMEL-AERONET, respectivamente. Según este análisis, la diferencia promedio (MB, de sus siglas en inglés “Mean Bias”) disminuye al comparar valores de PWV> 5 mm, lo que lleva a una diferencia promedio de PWV entre −0.45 mm (EKO vs. FTIR) y 0.11 mm (EKO vs. CIMEL-AERONET).
Figura 2.- Diagrama de dispersión de EKO PWV (mm) versus (a) RS92 PWV, (b) GNSS PWV, (c) FTIR PWV y (d) CIMEL-AERONET PWV entre abril y diciembre de 2019 en IZO. Las líneas discontinuas representan los ajustes por mínimos cuadrados y las líneas negras continuas representan las diagonales (x = y). Los resultados de los ajustes por mínimos cuadrados se muestran en la leyenda (pendiente, intersección y coeficiente de correlación de Pearson R), N es el número de datos. Las figuras pequeñas representan las distribuciones de ocurrencia del promedio de las diferencias en mm.
Estos resultados confirman que el espectroradiómetro EKO MS-711 es lo suficientemente preciso para proporcionar datos fiables de PWV de forma rutinaria y, como resultado, puede complementar las observaciones de PWV terrestres existentes. La implementación de medidas de PWV en un espectroradiómetro aumenta las capacidades de este tipo de instrumentos para obtener simultáneamente parámetros clave utilizados en ciertas aplicaciones, como el seguimiento del rendimiento de las plantas de energía solar.
Para obtener más detalles sobre este trabajo, consulte: García, R.D.; Cuevas, E.; Cachorro, V.E.; García, O.E.; Barreto, Á.; Almansa, A.F.; Romero-Campos, P.M.; Ramos, R.; Pó, M.; Hoogendijk, K.; Gross, J. Water Vapor Retrievals from Spectral Direct Irradiance Measured with an EKO MS-711 Spectroradiometer—Intercomparison with Other Techniques. Remote Sens. 2021, 13, 350. https://doi.org/10.3390/rs13030350.
