冰雹预报数据的验证

概述

在当前的太阳能行业环境下，冰雹已成为导致保险损失和运营停机的主要原因之一 ，尤其是在北美的“冰雹巷 ”地区。随着光伏组件向更薄玻璃的更大尺寸过渡，资产对动能冲击的脆弱性也在增加。因此，高精度冰雹预报不再是奢侈品，而是风险缓解的关键运营需求。

Solargis是少数提供基于高分辨率快速刷新（HRRR）天气模型的专业冰雹预报的供应商之一。我们独特的方法整合了HRRR数据的高级后处理，为特定冰雹尺寸（例如≥ 25毫米或≥50毫米）提供概率风险信号。这种方法的主要好处是其预警能力。通过提前数小时识别大气风险因素，我们为光伏运营商提供了关键的时间窗口，密切监测状况并准备防御行动。虽然局部波动性使得确定具体“储存时间”变得困难，但这则提前通知强调了玻璃破损和微裂纹风险进入关键区间时，确保在威胁到来前提高准备。

Solargis 冰雹预报数据准确性

冰雹事件难以全面验证，因为许多重大事件未被观察或报告。NOAA风暴预报中心（SPC）收集并存档全美各地的冰雹观测数据，构成观察到冰雹发生情况和规模的主要参考数据集。

冰雹观测自然不完整，报告密度随时空变化，且偏向人口密集区、城市和主要交通路线。有些地区提供的报道比其他地区更为详细。尽管有这些限制，SPC的记录仍可靠地确认发生了冰雹事件，并记录了报告的冰雹大小。

图1： SPC关于观测到的冰雹事件记录。报告观测的密度与城市区域和交通走廊的分布模式相关

我们比较了Solargis冰雹预报与2021年至2023年官方SPC冰雹报告，期间SPC数据库记录了20,905起冰雹事件，报告的冰雹事件大小至少为1英寸。HRRR气象模型在至少一次预报运行中，在±3小时窗口内、50公里半径内检测到约94%的此类事件，这意味着几乎所有破坏性的冰雹事件都会在Solargis预报中触发早期预警。鉴于冰雹形成和预报的复杂性，这一性能水平被认为非常出色，为光伏运营商提供了宝贵时间实施缓解措施。约3.5%的事件被预测为较小且无破坏性的冰雹，约2.5%完全未发生。

预测与观测冰雹大小的比较显示冰雹扩散更为明显。对于中等冰雹事件（1–3英寸），二维直方图中最密集的区域大多位于平线之上，表明HRRR模型相对于SPC报告略高预测冰雹大小，因此估计较为保守。对于非常大的冰雹事件（大于3英寸），这一模式会反转，模型通常低估冰雹的大小，相较于观测数据。这些极端事件相对罕见，反映在直方图中观察到的计数较少。

图2：2021-2023年间冰雹大小大于1英寸的SPC事件与通过Solargis方法后处理的HRRR模型输出（密度图中）的比较。

获得的见解

2023年6月23日，一场猛烈风暴逼近内布拉斯加州西部的斯科茨布拉夫，该地设有一座配备单轴跟踪器的5.2兆瓦峰值光伏发电厂。

当地时间晚上9点左右（协调世界时6月24日02：00），直径达4英寸的冰雹击中该场地，造成大多数光伏组件 严重 损坏。

图3：内布拉斯加州西部斯科茨布拉夫的光伏电厂在冰雹灾害后。来源：renewableenergyworld.com

下面的地图和图表展示了索拉吉斯冰雹预报如何提前数小时代表斯科茨布拉夫事件。预报信号在最大撞击前约三小时开始上升，最大撞击时25毫米（~1英寸）冰雹概率达到95%，50毫米（~2英寸）冰雹概率为35%。在工厂东北约20公里处，25毫米冰雹的最大模型概率达到100%，50毫米冰雹为58%。

本案表明，获取短期冰雹风险信息可为光伏运营商提供可操作的提前时间，调整追踪器位置并减少潜在损害。据 新闻 报道，受影响的光伏组件后来被更换，电站于2024年初恢复运行。

图7：2023年6月23日至24日重建的Solargis冰雹预报。斯科茨布拉夫光伏电站的位置已在地图上标示。预计当地时间晚上9点（协调世界时02：00）冰雹可能超过25毫米（左侧）和50毫米（右侧）。图表显示了工厂位置冰雹预报信号的时间序列。

结论

本文件中提供的验证数据证实，Solargis冰雹预报是针对特定场地保护的有力工具。主要发现包括：

• 高探测率：该模型在±3小时窗口内、50公里半径内成功探测到 94%的重大冰雹 事件（直径≥1英寸）。

• 保守估计：对于中等冰雹（1-3英寸），模型往往略微高估冰雹大小，为操作员提供“安全第一”的保守估计。

• 可操作情报：正如斯科茨布拉夫案例所示，预报信号可在撞击高峰前三小时达到高概率阈值，为自动或人工减灾提供了关键窗口。