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【ArcGIS工具箱】68.太阳辐射——太阳辐射图

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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。
太阳辐射工具可用于计算特定时间段内太阳对地表或特定位置的辐射能量,应用于光伏发电、农业生产、建筑设计、气候变化研究等领域。
太阳辐射工具集包括太阳辐射图太阳辐射区域、太阳辐射点三个工具。
本次主要介绍太阳辐射图工具。
  • 1、概念:

地表某位置的太阳辐射总量包括直射辐射、散射辐射、反射辐射。其中,直射辐射是源自阳光的畅通无阻的直光线;散射辐射则是由于被大气中的云和尘埃等成分分散;反射辐射则是经过表面要素的反射。

通常,直射辐射是辐射总量中最多的部分,散射辐射排在第二位,反射辐射通常仅构成辐射总量中很小的一部分,除了周围表面(如积雪)反射能力极强的位置。因此,太阳辐射工具在计算辐射总量时将反射辐射排除在外,为直接辐射和散射辐射的总和。

太阳辐射工具可对某些点位置或整个地理区域执行计算。该操作包括以下四个步骤:
  • 根据地形计算样式半球视域;
  • 在直射太阳图上叠加视域以便判断直辐射;
  • 在散射星空图上叠加视域以便判断散射辐射;
  • 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。
太阳辐射图工具正是用于计算直辐射、散射辐射和整体太阳辐射的半球视域、太阳图和星空图。
  • 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)。

  • 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)。

  • 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。

  • 视域与太阳图和星空图叠加
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。
计算太阳辐射的方法为,将源自未受遮挡天空方向的直接日照和散射日照相加。

视域与太阳图叠加

视域与星空图叠加
内容来源:ArcMap官方文档

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通过太阳辐射分析工具可以针对特定时间段太阳对某地理区域的影响进行制图和分析。输出结果可以轻松地与其他 GIS 数据集成,从而应用于农业、资源管理、气象,土木工程和生态研究等领域。

关于太阳辐射的计算公式可以查看官方文档:
https://desktop.arcgis.com/zh-cn/arcmap/latest/tools/spatial-analyst-toolbox/how-solar-radiation-is-calculated.htm


  • 2、工具:
加载DEM栅格数据elevation】。
选择【系统工具箱→Spatial Analysis Tools→太阳辐射→太阳辐射图】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,辐射计算中使用的视域、天空图和太阳图栅格数据的分辨率(单位:每边像元数)。这些是天空的仰视半球栅格表示,没有地理坐标系。这些栅格为正方形(行和列数相等)。默认情况下系统会创建200×200单元的栅格。增加天空大小会提高计算精度,但也会显著增加计算时间
  • 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。增加分辨率可获得更精确的结果。如果间隔天数的设置较小,则应使用较大的天空大小
  • 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。
  • 在未指定输入位置时:
此时仅为输入表面栅格的中心计算半球视域、太阳图和星空图的栅格表达。

视域

太阳图

星空图

  • 当指定多个位置时:

加载分析太阳辐射位置的点要素【points】,在运行太阳辐射图工具。
此时输出将会是多波段栅格,每个波段与指定位置的视域相对应。

可以看到生成的视域栅格数据为多波段栅格:


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《ArcGIS工具箱》系列内容目录(持续更新):

……

57.水文分析——汇
58.水文分析——填洼
59.水文分析——流量
60.水文分析——栅格河网矢量化
61.水文分析——河流链接
62.水文分析——河网分级
63.水文分析——水流长度
64.水文分析——流动距离
65.水文分析——盆域分析
66.水文分析——捕捉倾泻点
67.水文分析——集水区/分水岭

……


本篇文章来源于微信公众号: 码农设计师

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