太阳方向角/高度角/赤纬角/太阳时角/真平太阳时差/理论计算方法(matlab)

news2024/9/20 20:34:33

1. 理论学习

方向角，高度角计算公式

如图，直观地描述了方位角(圆盘上红色夹角)与高度角(黄色线与圆盘的夹角)

赤纬角计算公式

地球赤道平面与太阳和地球中心的连线之间的夹角 如图所示，23度那个.

时角计算公式

太阳时角是指日面中心的时角，即从观测点天球子午圈沿天赤道量至太阳所在时圈的角距离。太阳时角的正负表示太阳相对于观测点子午线的位置：正值表示太阳位于子午线西侧，负值则表示太阳位于子午线东侧。

真太阳时与平太阳时的时差公式

n0的计算公式为：

2.参考代码(时间支持向量运算)

clc;
clear;

%% 设置经纬度和当地日期(下面时间参数支持向量运算)
lat   = 30;       % 北纬(单位：度)
lon   = 120;      % 东经(单位：度)
year  = 2024;     % 年份(单位：年)
month = 6;        % 月份(单位：月)
day   = 1;        % 日期(单位：天)
hour  = 12;       % 小时(单位：24h)
minute= 0;        % 分钟(单位：分钟)

%% 输出结果规定
% 太阳高度角输出结果(单位：度)
% 地面0 --> 90天空

% 太阳方位角输出结果(单位：度)
%        南
%        ^
%       180
% 东<--90 270-->西
%        0
%        v
%        北


%% 计算今年的累积天数sumdays (单位：天)
date1_num = datenum(year, 1, 1);       % 第一个日期的datenum
date2_num = datenum(year, month, day); % 第二个日期的datenum
% 计算两个日期之间的差值
sumdays   = date2_num-date1_num;


%% 计算太阳赤纬角sun_declinatio(单位：度)
%lat_rad为所在地的维度（弧度制）
lat_rad = deg2rad(lat);
%Bourges太阳赤纬角算法
n0=78.801+(0.2422*(year-1969))-round(0.25*(year-1969));
%b为日角(单位：幅度)
b=2*pi*(double(sumdays)-n0-1)/365.2422;
% sun_declinatio为太阳赤纬角（角度制）
sun_declinatio =0.3723...
    +23.2567*sin(b)...
    +0.1149* sin(2.0*b)...
    -0.1712* sin(3.0*b)...
    -0.758*  cos(b)...
    +0.3656* cos(2.0*b)...
    +0.02010*cos(3.0*b);

%转为（弧度制）
sun_declinatio_rad =deg2rad(sun_declinatio);



%% 计算太阳太阳时角ts (单位：幅度)
%Ts真太阳时与平太阳时的时差
Ts=0.0028-1.9587.*sin(b)+9.9059.*sin(2.*b)-7.0924.*cos(b)-0.6882.*cos(2.*b);
%Sd为平太阳时，为当地时间(注意这里的当地时间修正)
Sd = hour  + (minute- (120.0 - lon) * 4.0 ) / 60.0;
%st为真太阳时=真太阳时时差+平太阳
st=Sd+Ts/60;
%ts为所在地的太阳时角
ts = (st - 12.0) * pi / 12.0;

%% 计算太阳高度角Sun_altitude_ra(单位：度)
Sun_altitude_rad = asin(sin(sun_declinatio_rad) .* sin(lat_rad) + cos(sun_declinatio_rad) .* cos(lat_rad) .* cos(ts));
%转为度
Sun_altitude_angle=rad2deg(Sun_altitude_rad);



%% 计算太阳方位角Sun_azimuth_deg(单位：度)
Sun_azimuth_rad = acos((sin(Sun_altitude_rad) .* sin(lat_rad) - sin(sun_declinatio_rad)) ./ (cos(Sun_altitude_rad) .* cos(lat_rad)));
%转为度
Sun_azimuth_deg=rad2deg(Sun_azimuth_rad);
% 此时方位角是以南为零方位角，转换为以北为零方位角
Sun_azimuth_deg=180-Sun_azimuth_deg;
%进行角度范围转换
if ts > 0
    Sun_azimuth_deg =360-Sun_azimuth_deg;
end


%% 输出结果
disp("太阳高度角:");
Sun_altitude_angle'
disp("太阳方位角:");
Sun_azimuth_deg'