复杂地形下太阳辐射计算工具的开发与验证-论文.pdf

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1、2014年4月地理空间信息Apr．，2014第12卷第2期t~OS1AT】AI1NF()I{MA'I、lf)Vo1．12．NO．2doi：10．11709／j．issn．1672—4623．2014．02．020复杂地形下太阳辐射计算工具的开发与验证金鑫，张兰慧，赵琛，田杰，贺缠生(1．兰州大学西部环境教育部重点实验室旱区流域科学与水资源研究中心，甘肃兰州730000)摘要：借鉴国内外利用DEM计算复杂地形下太阳辐射的模式，开发了一种运用ArcGIS10．0支持的Add—In插件开发模式，计算复杂地形下

2、太阳辐射的新的工具。利用该工具计算了黑河上游山区2011年全年的日太阳辐射值，并与ArcGIS本身的太阳辐射计算工具运算结果以及位于黑河上游葫芦沟流域的3个气象站点2011年的太阳辐射实测数据进行了比较分析。结果表明，该工具可很好地模拟太阳辐射的时空变异，且运算结果明显优于ArcGIS本身的太阳辐射计算工具。关键词：ArcGIS；Add—In；太阳辐射；复杂地形；数字高程模型中图分类号：P208文献标志码：B文章编号：1672—4623(2014)02—0056—04Add—In是一种能够快速扩展桌面应

3、用程序功能的外基于DEM计算复杂地形下太阳辐射的模型'”，运全新ArcGISDesktop扩展方式，具有更加容易创建、更用ArcGIS10．0版本支持的Add—In插件开发模式，开发加容易共享、更加安全和更易安装管理等优越性。此外，了复杂地形下的太阳辐射计算工具。该工具计算了太阳直Add—In可支持多项目、工具选项板、应用程序扩展、编接辐射、散射辐射、反射辐射3部分并充分考虑了地形辑器扩展、可停靠窗体等新的类型⋯。虽然ArcGIS功能因素对3部分辐射的影响；可计算得出每个栅格对应的强大，可利用其日渐完善

4、的扩展模块进行太阳辐射模拟、纬度值，减少了纬度跨度较大地区的计算误差。水文模拟等，但这些都是高度概化的模块，在处理一些1方法介绍具体、复杂的问题时有一定的局限性。因此利用Add—In插件开发模式开发的专业工具，不但可帮助我们更好地1．1程序的框架处理太阳辐射模拟、水文模拟等专业问题，还有助于利本文利用DEM数据，考虑了坡度、坡向和地形遮用ArcGIS本身的专业地理分析功能进行数据前处理、模蔽对太阳辐射的影响，建立了复杂地形条件下太阳辐拟结果展示、空间分析、空间查询等。如今，水文模型射的计算方案，流程如图

5、1所示。等许多专业工具都是利用此方式进行开发的_2】。1．2太阳辐射计算算法太阳辐射是地球表层上的物理、生物、水文和化1．2．1直接辐射学过程的主要能源。随着生态学和地球科学研究尺度晴空无云的情况下，直接辐射受地理要素(经纬的扩展，太阳辐射的空间分布特征也日趋重要L6J。地度)、时间要素(太阳赤纬、时角)、地形要素(坡度、形因素控制着太阳辐射在不同坡度、坡向以及周围地坡向、海拔)的影响。根据已有的研究成果，入射形影响情况下的变化特征。由于地形条件下太阳辐射到大气上界的太阳辐射强度为：计算公式的复杂性，地

6、形参数获取技术不成熟以及缺厶：So‘(1+0．0344cos(360。N／365))(1)乏合适的计算平台，人们往往将地形因素忽略或简式中，Jv为日序；So为太阳常数，是大气上界垂直于太化710】。随着GIS技术的发展，可以充分利用其在提阳照射方向上单位面积的太阳辐射量，取1367W／m。取地形因子方面的优势，通过模型与GIS集成手段来复杂地形影响太阳直射辐射照射在地表倾斜面上研究地形对太阳辐射的影响。的角度，根据地形因素和太阳位置，可得出特定地形太阳总辐射包括太阳直接辐射、散射辐射和反射辐条件下倾斜地

7、表面上的光学入射角：射3部分。ArcGIS软件本身具有的太阳辐射计算工具忽COS0=sin3s(sin(1at)cos(slope)一略了反射辐射，在地表反射率较高地区的应用会产生较COS(1at)sin(slope)cos(aspect))+大误差[111；并且太阳总辐射在不同纬度处的值明显不同，cos6cosh(cos(1at)cos(slope)+(2)而此工具计算时只为整个区域提供一个中心纬度值，若在sin(1at)sin(slope)sin(aspect))+纬度跨度较大的地区，计算结果误差较

8、大。本文借鉴国内cossin(slope)sin(aspect)sinh收稿日期：2Ol3-06～09项目来源：家lI然科’IJJJ项¨(IJfJ10102—91125010第12巷第2期金、鑫等．复杂地形下太阳辐射计算工具的开发与验证·59·也可很好地模拟点上的太阳辐射值。4结语w／m本文开发的复杂地形太阳辐射计算工具可很好地表达复杂地形对于太阳辐射的影响，且计算结果考虑了太阳总辐射的反射部分，结果明显优于现有的ArcGIS太阳辐射计算模