Optimizing the Heliosat-II method for surface solar irradiation estimation with GOES Images

Abstract. The Heliosat-II method was developed to process Meteosat satellite images in order to assess the solar irradiation at surface. It is modified for its use with GOES satellite images in order to estimate the solar irradiation over French Guiana. Modifications include a change in the calibration formula, in the calculation of the cloud albedo, and in the values of the Linke turbidity factor. These modifications allow the improvement of the performances of the Heliosat-II model in Intertropical zones in French Guiana. The outcomes were compared to coincident measurements of hourly irradiation performed by ground stations. The results show that the use of the maximum apparent albedo as the cloud albedo (rho c(max)), along with a fixed value of the Linke turbidity factor produces the best results; the bias was less than 23.61 Wh/m(2) (5% of the mean value of the measurements) overall, and the RMSE was less than 109.39W/m(2) (24%) overall when using hourly values. In the case of daily means, the RMSE drops to less than 10.08W/m(2) (10%) overall, whereas the overall bias remains unchanged, as expected. The model performs better in clear skies than in cloudy skies. The results suggest that the Linke turbidity factor used in the Heliosat-II method does not reproduce well the attenuation of the solar radiation in French Guiana. The results were compared to those obtained from Heliosat II method and Meteosat images (HelioClim-3 database) and we found a better accuracy for GOES satellite data, which exhibits smaller viewing angle. The use of the Heliosat II method with GOES images allows assessment of the SSI with a good accuracy and high temporal and spatial resolutions. Resume. La methode Heliosat-II a ete developpee pour traiter des images du satellite Meteosat de facon a estimer l'irradiation solaire en surface. Elle a ete modifiee pour etre employee avec des images du satellite GOES de facon a estimer l'irradiation solaire au-dessus de la Guyane Francaise. Les modifications incluent un changement dans la formule d'etalonnage, dans le calcul de l'albedo des nuages et dans les valeurs de Trouble de Linke. Ces modifications permettent l'amelioration des performances du modele Heliosat-II en zone intertropicale, notamment en Guyane Francaise. Les resultats ont ete compares a des mesures horaires coincidentes d'irradiation horaire realisees par des stations de mesure au sol. Les resultats montrent que l'utilisation de l'albedo apparent maximal en tant qu'albedo des nuages (rho c(max)), ainsi qu'une valeur fixe de Trouble de Linke produit les meilleures estimations; le biais est inferieur a 23,61 Wh/m(2) (5% de la valeur moyenne des mesures) dans l'ensemble et le RMSE est inferieur a 109,39 Wh/m(2) (24%) dans l'ensemble en utilisant des valeurs horaires. Dans le cas de moyennes journalieres, le RMSE vaut moins de 10,08W/m(2) (10%) alors que le biais a demeure inchange comme attendu. Le modele fonctionne mieux en ciel clair qu'en ciel couvert. Les resultats suggerent que le Trouble de Linke utilise dans la methode Heliosat-II ne reproduit pas correctement l'attenuation du rayonnement solaire en Guyane Francaise. Les resultats ont ete compares a ceux obtenus par la methode Heliosat II avec les images Meteosat (HelioClim 3) et nous avons obtenu une meilleure precision pour les donnees issues du satellite GOES, qui presente un plus faible angle de visee. L'utilisation de la methode Heliosat II avec des images GOES permet l'estimation de l'irradiation solaire de surface avec une bonne precision et a des resolutions temporelles et spatiales elevee