Área de radiación solar (Spatial Analyst)
Resumen
Deriva la radiación solar entrante de una superficie de ráster.
Uso
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Como los cálculos de insolación toman mucho tiempo, es importante asegurarse de que todos todos los parámetros estén correctos. Los cálculos para un modelo digital de elevación (DEM) pueden tomar horas y un DEM muy grande puede llevar días.
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Los rásteres de radiación de salida siempre son del tipo punto flotante y poseen unidades de vatios hora por metro cuadrado (WH/m2). La salida de ráster de duración directa será un entero con unidades hora.
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La latitud para el área del sitio (unidades: grados decimales, positivo para el hemisferio norte y negativo para el hemisferio sur) se utiliza en cálculos tales como la declinación solar y la posición solar.
El análisis se ha diseñado sólo para escalas de paisaje local, por lo que generalmente es aceptable utilizar un valor de latitud para todo el DEM. Con datasets más grandes (es decir, estados, países o continentes), los resultados de la insolación serán significativamente diferentes para las distintas latitudes (mayores a 1 grado). Para analizar regiones geográficas más amplias, es necesario dividir el área de estudio en zonas con diferentes latitudes.
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Para configuraciones de horas de varios días, el rango máximo de días es un total de un año (365 días o 366 días para los años bisiestos). Si el día de inicio es mayor que el día de fin, los cálculos de tiempo continuarán en el año siguiente.
Por ejemplo, [día de inicio, día de fin] = [365, 31] representa del 31 de diciembre al 31 de enero del año siguiente. En el ejemplo [1, 2], el tiempo se incluye para el primer día desde las 0:00 horas (1 de enero) a las 0:00 (2 de enero). El día de inicio y el día de fin no pueden ser iguales.
El valor del año para la configuración de la hora se utiliza para determinar un año bisiesto. No tiene ninguna otra influencia en el análisis de radiación solar ya que los cálculos son una función del período de tiempo determinado por días julianos.
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Para las configuraciones de tiempo dentro de un día, el rango máximo de tiempo es un día (24 horas). Los cálculos no se realizarán entre días (por ejemplo, desde las 12:00 p.m. a las 12:00 p.m. del día siguiente). La hora de inicio debe ser menor a la hora de finalización.
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Para las configuraciones de hora en el día, las horas de inicio y finalización se muestran en hora solar (unidades: horas decimales). Utilice la ventana del cuadro de diálogo de conversión de hora para convertir la hora estándar local y la hora solar local (HMS). Cuando convierte la hora estándar local a la hora solar, el programa tiene en cuenta una ecuación de tiempo.
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El uso de un factor z es esencial para corregir los cálculos cuando las unidades de la superficie z se expresan en unidades diferentes de las unidades x,y de terreno. Para obtener resultados exactos, las unidades z deben ser las mismas que las unidades x,y de terreno. Si no son las mismas, utilice un factor z para convertir las unidades z en unidades x,y. Por ejemplo, si las unidades x,y son metros y las unidades z son pies, podría especificar un factor z de 0,3048 para convertir los pies a metros.
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Se recomienda tener los datos en un sistema de coordenadas de proyección (metros de unidades). Sin embargo, si elije ejecutar el análisis con un sistema de coordenadas esféricas, necesitará especificar un factor z apropiado para esa latitud. Si las unidades x,y son grados decimales y las unidades z son metros, algunos factores z apropiados para las latitudes particulares son:
Latitude Z-factor 0 0.00000898 10 0.00000912 20 0.00000956 30 0.00001036 40 0.00001171 50 0.00001395 60 0.00001792 70 0.00002619 80 0.00005156
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La latitud para el área del sitio (unidades: grados decimales, positivo para el hemisferio norte y negativo para el hemisferio sur) se utiliza en cálculos tales como la declinación solar y la posición solar. Debido a que el análisis solar se ha diseñado para escalas de paisaje y escalas locales, es aceptable utilizar un valor de latitud para todo el DEM. Para regiones geográficas más amplias, es necesario dividir el área de estudio en zonas con diferentes latitudes.
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Para rásteres de superficie de entrada que contengan una referencia espacial, el valor medio de la latitud se calcula de manera automática; en caso contrario, la latitud estará a 45 grados de forma predeterminada. Al utilizar una capa de entrada, se utiliza la referencia espacial del marco de datos.
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El tamaño del cielo es la resolución de los rásteres de la cuenca visual, del mapa del cielo y del mapa del sol que se utilizan en los cálculos de la radiación (unidades: celdas por lado). Estas son representaciones del cielo del ráster hemisféricas, de visión ascendente, y no tienen un sistema de coordenadas geográficas. Estas cuadrículas son cuadradas (mismo número de filas que de columnas).
Al aumentar el tamaño del cielo aumenta la exactitud del cálculo, pero también aumenta considerablemente el tiempo de cálculo.
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Cuando la configuración del "intervalo de día" es pequeña (por ejemplo, < 14 días) se debería utilizar un tamaño de cielo más grande. Durante el análisis, se utiliza el mapa del sol (determinado por el tamaño del cielo) para representar las posiciones del sol (recorridos) para períodos de tiempo particulares para calcular la radiación directa. Con intervalos de día más pequeños, si la resolución del tamaño del cielo no es suficientemente grande, los recorridos del sol podrían superponerse, dando como resultado valores de radiación cero o inferiores para ese recorrido. Aumentar la resolución proporciona un resultado más exacto.
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El valor máximo del tamaño del cielo es 4.000. Un valor de 200 es el predeterminado y es suficiente para DEM completos con intervalos de día grandes (por ejemplo, > 14 días). Un valor de tamaño del cielo de 512 es suficiente para los cálculos en las ubicaciones de puntos donde el tiempo de cálculo es menos problemático. Con intervalos de día menores (por ejemplo, < 14 días), se recomienda utilizar valores más grandes. Por ejemplo, para calcular la insolación para una ubicación en el ecuador con un intervalo de día = 1, se recomienda utilizar un tamaño de cielo de 2.800 o superior.
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Se recomiendan los intervalos de día mayores que 3, dado que los recorridos del sol dentro de tres días habitualmente se superponen, dependiendo del tamaño del cielo y de la época del año. Para cálculos de todo el año con intervalos mensuales, el intervalo de día está deshabilitado y el programa utiliza intervalos mensuales de calendario a nivel interno. El valor predeterminado es 14.
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Debido a que el cálculo de la cuenca visual puede ser altamente intenso, los ángulos del horizonte sólo se trazan para el número de direcciones de cálculo especificadas. Los valores válidos deben ser múltiplos de 8 (8, 16, 24, 32, etc.) Generalmente, un valor de 8 o 16 es adecuado para las áreas con una topografía suave, mientras que un valor de 32 es el adecuado para una topografía compleja. El valor predeterminado es 32.
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El número de direcciones de cálculo necesario está relacionado con la resolución del DEM de entrada. El terreno natural con una resolución de 30 m еs generalmente bastante suave, de forma que es suficiente un menor número de direcciones para la mayoría de las situaciones (16 o 32). Con DEM más finos y, en particular, con estructuras creadas por el hombre incorporadas en los DEM, es necesario aumentar el número de direcciones. Incrementar el número de direcciones aumentará la exactitud pero también aumentará el tiempo de cálculo.
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La casilla de verificación Crear salidas para cada intervalo proporciona la flexibilidad para calcular la insolación integrada durante un período de tiempo especificado o la insolación "para cada intervalo" en una serie de tiempo. Por ejemplo, para el período de tiempo dentro del día con un intervalo de hora de uno, si se marca esta casilla se crearán valores de insolación cada hora; en caso contrario, se calculará la insolación integrada para todo el día.
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El parámetro de la casilla de verificación Para cada intervalo afecta el formato y la cantidad de archivos de radiación de salida. Cuando realice un análisis de área, siempre verifique que haya suficiente espacio en disco disponible antes de iniciar los cálculos, ya que crea varias salidas. Cuando esta opción está marcada, el formato de salida predeterminado es una pila de Esri GRID que contiene varias bandas que corresponden a los valores de radiación o duración de cada intervalo de tiempo (intervalo de hora cuando la configuración de tiempo es menor a un día o intervalo de día cuando son varios días).
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La proporción difusa es la fracción del flujo de radiación normal global que es difusa. Los valores varían de 0 a 1. Debe establecer este valor según las condiciones atmosféricas. Los valores típicos son 0,2 para las condiciones de cielo muy despejado y 0,3 para las condiciones de cielo despejado en general.
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La cantidad de radiación solar que recibe la superficie es solo una parte de lo que se podría recibir desde fuera de la atmósfera. La transmitividad es una propiedad de la atmósfera; es la relación de la energía recibida en el borde superior de la atmósfera y la que llega a la superficie de la tierra por la ruta más corta (en la dirección del cénit), promediada para todas las longitudes de onda. Los valores varían de 0 (sin transmisión) a 1 (transmisión completa). Los valores que se observan habitualmente son 0,6 o 0,7 para condiciones de cielo muy claro y 0,5 solo para un cielo generalmente claro.
Debido a las correcciones de los algoritmos a efectos de la elevación, siempre se debería dar la transmitividad a nivel del mar. La transmitividad tiene una relación inversa con el parámetro de proporción difusa.
Sintaxis
| Parámetro | Explicación | Tipo de datos |
in_surface_raster |
Ráster de superficie de elevación de entrada. | Raster Layer |
latitude (Opcional) |
La latitud para el área del sitio. Las unidades son grados decimales, con valores positivos para el hemisferio norte y negativos para el sur. Para rásteres de superficie de entrada que contengan una referencia espacial, el valor medio de la latitud se calcula de manera automática; en caso contrario, la latitud estará a 45 grados de forma predeterminada. | Double |
sky_size (Opcional) |
La resolución o tamaño del cielo para las cuadrículas de cuenca visual, mapa del cielo y mapa del sol. Las unidades son celdas. El predeterminado crea un ráster de 200 x 200 celdas. | Long |
time_configuration (Opcional) |
Especifica la configuración de la hora (período) utilizada para calcular la radiación solar. Los objetos de la clase Horase utilizan para especificar la configuración de la hora. Los diferentes tipos de configuraciones de tiempo disponibles son TimeWithinDay, TimeMultiDays, TimeSpecialDays y TimeWholeYear. Las formas son las siguientes:
La time_configuration predeterminada es TimeMultiDays con start_day de 5 y end_day de 160, para el año juliano actual. | Time configuration |
day_interval (Opcional) |
El intervalo de tiempo a lo largo de los años (unidades: días) utilizado para el cálculo de los sectores de cielo para el mapa del sol. El valor predeterminado es 14 (bisemanal). | Long |
hour_interval (Opcional) |
El intervalo de tiempo a lo largo del día (unidades: horas) utilizado para el cálculo de los sectores de cielo para mapas del sol. El valor predeterminado es 0.5. | Double |
each_interval (Opcional) |
Especifica cuándo calcular un valor de insolación total único para todas las ubicaciones o diversos valores para el intervalo de día y hora especificado.
| Boolean |
z_factor (Opcional) |
El número de unidades x, y de suelo en una superficie de unidades z. El factor z ajusta las unidades de medida para las unidades z cuando son diferentes de las unidades x, y de la superficie de entrada. Los valores z de la superficie de entrada se multiplican por el factor z al calcular la superficie de salida final. Si las unidades z y las unidades x,y están en las mismas unidades de medida, el factor z es 1. Esta es la opción predeterminada. Si las unidades z y las unidades x,y están en diferentes unidades de medida, el factor z se debe establecer en el factor adecuado o los resultados serán incorrectos. Por ejemplo, si las unidades z son pies y las unidades x, y son metros, debe utilizar un factor z de 0,3048 para convertir las unidades z de pies a metros (1 pie = 0,3048 metros). | Double |
slope_aspect_input_type (Opcional) |
Cómo se deriva la información de la pendiente y de la orientación para el análisis.
| String |
calculation_directions (Opcional) |
El número de direcciones acimutales utilizadas al calcular la cuenca visual. Los valores válidos deben ser múltiplos de 8 (8, 16, 24, 32, etc.) El valor predeterminado es 32 direcciones, lo que es adecuado para una topografía compleja. | Long |
zenith_divisions (Opcional) |
El número de divisiones utilizadas para crear sectores de cielo en el mapa de cielo. El valor predeterminado es ocho divisiones (en relación al cénit). Los valores deben ser mayores que cero y menores que la mitad del valor del tamaño del cielo. | Long |
azimuth_divisions (Opcional) |
El número de divisiones utilizadas para crear sectores de cielo en el mapa de cielo. El valor predeterminado es ocho divisiones (en relación con el norte). Los valores válidos deben ser múltiplos de 8. Los valores deben ser mayores que cero y menores que 160. | Long |
diffuse_model_type (Opcional) |
Tipo de modelo de radiación difusa.
| String |
diffuse_proportion (Opcional) |
La proporción del flujo de radiación normal global que es difusa. Los valores varían de 0 a 1. Este valor se debe establecer de acuerdo con las condiciones atmosféricas. El valor predeterminado es 0,3 para condiciones de cielo generalmente claro. | Double |
transmittivity (Opcional) |
La fracción de la radiación que pasa a través de la atmósfera (promediada para todas las longitudes de onda). Los valores varían de 0 (sin transmisión) a 1 (transmisión completa). El valor predeterminado es 0,5 para un cielo generalmente claro. | Double |
out_direct_radiation_raster (Opcional) |
El ráster de salida que representa la radiación solar entrante directa para cada ubicación. La salida tiene unidades de vatios hora por metro cuadrado (WH/m2). | Raster Dataset |
out_diffuse_radiation_raster (Opcional) |
El ráster de salida que representa la radiación solar entrante difusa para cada ubicación. La salida tiene unidades de vatios hora por metro cuadrado (WH/m2). | Raster Dataset |
out_direct_duration_raster (Opcional) |
El ráster de salida que representa la duración de la radiación solar entrante directa. La salida tiene unidades de horas. | Raster Dataset |
Valor de retorno
| Nombre | Explicación | Tipo de datos |
| out_global_radiation_raster |
El ráster de salida que representa la radiación global o la cantidad total de insolación solar entrante (directa + difusa) que se calcula para cada ubicación de la superficie de entrada. La salida tiene unidades de vatios hora por metro cuadrado (WH/m2). | Raster |
Ejemplo de código
La siguiente secuencia de comandos de la ventana de Python muestra cómo utilizar la herramienta AreaSolarRadiation.
import arcpy
from arcpy.sa import *
from arcpy import env
env.workspace = "C:/sapyexamples/data"
outGlobalRadiation = AreaSolarRadiation("dem30", "", "400", TimeMultipleDays(2008,91,152))
outGlobalRadiation.save("C:/sapyexamples/output/glob_rad")
Calcula la cantidad de radiación solar entrante en un área geográfica.
# Name: AreaSolarRadiation_example02.py
# Description: Derives incoming solar radiation from a raster surface.
# Outputs a global radiation raster and optional direct, diffuse and direct duration rasters
# for a specified time period. (April to July).
#
# Requirements: Spatial Analyst Extension
# Import system modules
import arcpy
from arcpy import env
from arcpy.sa import *
# Set environment settings
env.workspace = "C:/sapyexamples/output"
# Check out the ArcGIS Spatial Analyst extension license
arcpy.CheckOutExtension("Spatial")
# Set local variables
inRaster = "C:/sapyexamples/data/solar_dem"
latitude = 35.75
skySize = 400
timeConfig = TimeMultipleDays(2008, 91, 212)
dayInterval = 14
hourInterval = 0.5
zFactor = 0.3048
calcDirections = 32
zenithDivisions = 16
azimuthDivisions = 16
diffuseProp = 0.7
transmittivity = 0.4
outDirectRad = ""
outDiffuseRad = ""
outDirectDur = Raster("C:/sapyexamples/output/dir_dur")
# Execute AreaSolarRadiation
outGlobalRad = AreaSolarRadiation(inRaster, latitude, skySize, timeConfig,
dayInterval, hourInterval, "NOINTERVAL", zFactor, "FLAT_SURFACE",
calcDirections, zenithDivisions, azimuthDivisions, "UNIFORM_SKY",
diffuseProp, transmittivity, outDirectRad, outDiffuseRad, outDirectDur)
# Save the output
outGlobalRad.save("C:/sapyexamples/output/glob_rad")