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

International audienceThe 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 t he performances of the Heliosat-II model in Intertropical z ones in French Guiana. The outcomes were compared to coincident measurements of hourly irradiation performed by ground stations. The res ults show that the use of the maximum apparent albedo as the cloud albedo (ρc max), along with a fixed value of the Linke turbidity factor produces the best results; the bias was less than 23.61 Wh/m² (5% of the mean value of the measurements) overall and the RMSE was less than 109.39 Wh/m² (24 %) overall when using hourly values. In the case of daily means, the RMSE drops down to less than 10.08 W/m² (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.La méthode Heliosat-II a été développée pour traiter des images du satellite Meteosat de façon à estimer l’irradiation solaire en surface. Elle a été modifiée pour être employée avec des images du satellite GOES de façon à estimer l’irradiation solaire au-dessus de la Guyane Française. Les modifications incluent un changement dans la formule d’étalonnage, dans le calcul de l’albédo des nuages et dans les valeurs de Trouble de Linke. Ces modifications permettent l’amélioration des performances du modèle Heliosat-II en zone intertropicale, notamment en Guyane Française. Les résultats ont été comparés à des mesures horaires coïncidentes d’irradiation horaire réalisées par des stations de mesure au sol. Les résultats montrent que l’utilisation de l’albédo apparent maximal en tant qu’albédo des nuages (ρcmax), ainsi qu’une valeur fixe de Trouble de Linke produit les meilleures estimations; le biais est inférieur à 23,61 Wh/m² (5% de la valeur moyenne des mesures) dans l’ensemble et le RMSE est inférieur à 109,39 Wh/m² (24 %) dans l’ensemble en utilisant des valeurs horaires. Dans le cas de moyennes journalières, le RMSE vaut moins de 10,08 W/m² (10%) alors que le biais a demeuré inchangé comme attendu. Le modèle fonctionne mieux en ciel clair qu’en ciel couvert. Les résultats suggèrent que le Trouble de Linke utilisé dans la méthode Heliosat-II ne reproduit pas correctement l’atténuation du rayonnement solaire en Guyane Française. Les résultats ont été comparés à ceux obtenus par la méthode Heliosat II avec les images Meteosat (HelioClim 3) et nous avons obtenu une meilleure précision pour les données issues du satellite GOES, qui présente un plus faible angle de visée. L'utilisation de la méthode Heliosat II avec des images GOES permet l’estimation de l’irradiation solaire de surface avec une bonne précision et à des résolutions temporelles et spatiales élevées