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36.栅格数据的空间分析——太阳辐射

太阳辐射工具可以针对特定时间段太阳对某地理区域的影响进行分析。
本次使用济南南部山区的dem数据,点数据代表某一农作物的种植地点。为了要使该农作物产量最大化,需要确定哪个位置可在该农作物生长期(本次为4-10月)内接收到最大量的日照。

1.太阳辐射分析基础知识:

1.1 视域

视域是指从某个特定位置观看天空时,整个天空可见或遮挡的栅格数据表达。
计算DEM数据中某个像元的视域过程如下:
沿指定数量的方向计算视角并将其用于创建天空的半球制图表达。生成的视域可描绘出天空方向是可见(显示为白色)还是被遮挡(显示为灰色)。为说明这一理论,视域将与半球相片叠加显示。

生成的视域结果可与太阳位置(太阳图)和天空信息(星空图)结合使用,从而计算出每个位置的直射、散射和辐射总量并生成准确的日照图。

1.2 太阳图

太阳图表示太阳轨迹,即太阳随时间变化而产生的位置变化,可用来计算直接太阳辐射。
太阳图由离散的太阳图扇区组成,太阳扇区根据一天之中(小时)和一年之中(日/月)特定时间间隔下太阳所处的位置进行定义。对于每个太阳图扇区,为其指定唯一标识值及其质心的天顶角(与垂直向上的方向所成的角度)和方位角(与正北方向所成的角度)。

1.3 星空图

要计某特定位置的散射辐射,需要创建一个星空图作为整个天空的半球视图。天空将被划分为由天顶角和方位角定义的一系列天空扇区,每个扇区都将指定唯一标识符值以及质心的天顶角和方位角。根据方向(天顶角和方位角)来计算每个天空扇区的散射辐射。

1.4 太阳辐射计算基本步骤

(1)、根据地形计算样式半球视域;
(2)、在直射太阳图上叠加视域以便判断直接辐射;
(3)、在散射星空图上叠加视域以便判断散射辐射;
(4)、对每个感兴趣的位置都重复上述过程便可生成日照分析图。

2.太阳辐射图:

选择【系统工具箱→Spatial Analysis Tools→太阳辐射→太阳辐射点】工具,在弹出的对话框中进行设置。
可以获得用于计算直接太阳辐射、散射辐射和整体辐射的半球视域、太阳图和星空图的栅格表达。

3.进行太阳辐射区域分析:

选择【系统工具箱→Spatial Analysis Tools→太阳辐射→太阳辐射区域】工具,在弹出的对话框中进行设置。

  • 纬度:为可选项,北半球为正值。如果输入数据包含空间参考信息,系统会自动计算平均纬度,否则,将默认设置为45°;
  • 天空大小/分辨率:为可选项,默认情况下系统会创建200×200单元的栅格;
  • 时间配置:为可选项,用于指定计算太阳辐射的时段;
  • 间隔天数:为可选项,设置用于计算太阳图天空分区一年中的时间间隔,单位为天,默认值为14天;
  • 间隔小时数:为可选项,设置用于计算太阳图天空分区一天中的时间间隔,单位为小时,默认值为0.5;

4.对单个点进行太阳辐射分析:

选择【系统工具箱→Spatial Analysis Tools→太阳辐射→太阳辐射点】工具,在弹出的对话框中进行设置。
参数与太阳辐射区域分析工具类似。

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