Sonneneinstrahlungsberechnungen können sehr zeitaufwändig sein, wobei die Berechnung für ein großes digitales Höhenmodell (DEM) Stunden und bei einem sehr großen DEM sogar Tage dauern kann. Sie können einige Tests mit einer gröberen Auflösung oder einer Teilmenge Ihrer Daten durchführen, um sicherzustellen, dass die Einstellungen richtig sind, bevor Sie die Ausführung für die Daten mit voller Auflösung starten.
Die Ausgabestrahlungs-Raster weisen immer den Typ "Gleitkomma" auf und verwenden als Einheit Wattstunden pro Quadratmeter (WH/m2). Die Raster-Ausgabe für die direkte Dauer ist ganzzahlig, mit Stunden als Einheit.
Der Breitengrad der Standortfläche (Einheiten: Dezimalgrad, für die Nordhalbkugel positiv und für die Südhalbkugel negativ) wird u. a. zur Berechnung der Sonnenneigung und -position verwendet.
Die Analyse wurde speziell für kleinräumige Maßstäbe entwickelt, weshalb die Verwendung eines einzigen Breitengradwertes für das ganze DEM im Allgemeinen akzeptabel ist. Bei größeren Datasets wie bei Staaten, Ländern oder Kontinenten unterscheiden sich die Einstrahlungsergebnisse je nach Breitengrad (Unterschied von mehr als 1 Grad) erheblich. Um umfangreichere geographische Regionen zu analysieren, müssen Sie das Untersuchungsgebiet in Zonen mit verschiedenen Breitengraden unterteilen.
Für mehrtägige Zeitkonfigurationen beträgt der maximale Zeitraum ein Jahr (365 Tage bzw. 366 Tage bei Schaltjahren). Wenn der Starttag größer als der Endtag ist, werden die Zeitberechnungen im folgenden Jahr fortgesetzt.
[start day, end day] = [365, 31] steht beispielsweise für den Zeitraum vom 31. Dezember bis zum 31. Januar des Folgejahres. Im Beispiel [1, 2] beginnt der Zeitraum am ersten Tag um 0:00 Uhr (1. Januar) und endet am 2. Januar um 0:00 Uhr (inklusiv). Starttag und Endtag können nicht gleich sein.
Der Jahreswert für die Zeitkonfiguration wird zur Bestimmung eines Schaltjahres verwendet. Er hat keine weiteren Auswirkungen auf die Analyse der Sonneneinstrahlung, da die Berechnung eine Funktion des Zeitraums ist, der von den julianischen Tagen bestimmt wird.
Bei Zeitkonfigurationen innerhalb eines Tages beträgt der maximale Zeitraum einen Tag (24 Stunden). Berechnungen werden nicht über den Tageswechsel durchgeführt (z. B. von 12:00 Uhr mittags des einen bis 12:00 mittags des nächsten Tages). Die Startzeit muss kleiner als die Endzeit sein.
Bei Zeitkonfigurationen innerhalb eines Tages werden die Start- und Endzeiten als Sonnenzeit (Einheit: Dezimalstunden) angezeigt. Verwenden Sie das Dialogfeld zur Zeitkonvertierung, um die lokale Standardzeit und lokale Sonnenzeit (HMS) zu konvertieren. Beim Konvertieren der lokalen Standardzeit in Sonnenzeit berücksichtigt das Programm die Zeitgleichung.
Der Z-Faktor ist für die Korrektur von Berechnungen wichtig, wenn die Z-Oberflächeneinheiten andere Maßeinheiten als die XY-Geländeeinheiten aufweisen. Für genaue Ergebnisse sollten die Z-Einheiten mit den XY-Oberflächeneinheiten übereinstimmen. Sind die Einheiten nicht identisch, rechnen Sie die Z-Einheiten mit einem Z-Faktor in XY-Einheiten um. Beispiel: Wenn die Z-Einheiten in Fuß und die XY-Einheiten in Metern angegeben sind, wählen Sie den Z-Faktor "0,3048", um die Z-Einheiten von Fuß in Meter umzurechnen.
Die Daten in einem projizierten Koordinatensystem sollten mit Einheiten in Metern vorliegen. Wenn Sie die Analyse mit einem sphärischen Koordinatensystem ausführen, müssen Sie einen geeigneten Z-Faktor für diesen Breitengrad angeben. Es folgt eine Liste geeigneter Z-Faktoren, die verwendet werden können, wenn die XY-Einheiten als Dezimalgrade und die Z-Einheiten als Meter angegeben sind:
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 0.00005156Der Breitengrad der Standortfläche (Einheiten: Dezimalgrad, für die Nordhalbkugel positiv und für die Südhalbkugel negativ) wird u. a. zur Berechnung der Sonnenneigung und -position verwendet. Da die Sonnenanalyse für Querformatmaßstäbe und lokale Maßstäbe entwickelt wurde, ist die Verwendung eines einzigen Breitengradwertes für das ganze DEM akzeptabel. Für umfangreichere geographische Regionen müssen Sie das Untersuchungsgebiet in Zonen mit verschiedenen Breitengraden unterteilen.
Für Eingabe-Oberflächen-Raster, die einen Raumbezug enthalten, wird der mittlere Breitengrad automatisch berechnet; andernfalls beträgt der Breitengrad standardmäßig 45 Grad. Bei Verwendung eines Eingabe-Layers wird der Raumbezug des Datenrahmens verwendet.
Die Himmelsgröße ist die Auflösung der Sichtfeld-, Himmelskarten- und Sonnenkarten-Raster, die in den Strahlungsberechnungen (Einheiten: Zellen pro Seite) verwendet werden. Dabei handelt es sich um nach oben hin offene, halbkugelförmige Raster-Repräsentationen des Himmels ohne geographisches Koordinatensystem. Diese Raster sind quadratisch (gleiche Anzahl von Zeilen und Spalten).
Bei Verwendung der Zeitkonfiguration "Ganzes Jahr" oder "Mehrere Tage" werden die folgenden Himmelsgrößenwerte empfohlen:
- Verwenden Sie für ein Tagesintervall von 1 eine Himmelsgröße von 1.000 und höher.
- Verwenden Sie für ein Tagesintervall von 0,25 eine Himmelsgröße von 2.000 und höher.
- Verwenden Sie für ein Stundenintervall von 0,1 eine Himmelsgröße von 4.000 und höher.
Durch Vergrößern der Himmelsgröße vergrößert sich die Berechnungsgenauigkeit, aber auch die Berechnungszeit nimmt beachtlich zu.
Verwenden Sie bei einer kleinen Tagesintervall-Einstellung (z. B. <14 Tage) eine größere Himmelsgröße. Während der Analyse wird die Sonnenkarte (entsprechend der Himmelsgröße) verwendet, um Sonnenpositionen (Spuren) für bestimmte Zeiträume darzustellen und die direkte Strahlung zu berechnen. Bei geringen Tagesintervallen und einer zu kleinen Himmelsgrößenauflösung überschneiden sich die Sonnenspuren möglicherweise, was für die betreffende Spur zu Strahlungswerten führt, die 0 oder negativ sind. Mit einer höheren Auflösung wird ein genaueres Ergebnis erzielt.
Der maximale Himmelsgrößenwert beträgt 10.000. Der Standardwert 200 reicht für vollständige DEMs mit großen Tagesintervallen (z. B. >14 Tage) aus. Ein Himmelsgrößenwert von 512 ist ausreichend für Berechnungen an Punktpositionen, bei denen die Berechnungszeit weniger problematisch ist. Bei kleineren Tagesintervallen (z. B. <14 Tage) werden höhere Werte empfohlen. Um beispielsweise die Sonneneinstrahlung für eine Position am Äquator mit Tagesintervall = 1 zu berechnen, verwenden Sie eine Himmelsgröße von 2.800 oder mehr.
Tagesintervalle über 3 werden empfohlen, da sich die Sonnenspuren innerhalb von drei Tagen in der Regel je nach Himmelsgröße und Jahreszeit überschneiden. Für Berechnungen über das ganze Jahr mit monatlichem Intervall wird das Tagesintervall deaktiviert; das Programm verwendet dann Kalendermonatsintervalle. Der Standardwert ist 14.
Da die Sichtfeldberechnung sehr ressourcenintensiv sein kann, werden Horizontwinkel nur für die angegebene Anzahl von Berechnungsrichtungen aufgezeichnet. Gültige Werte müssen ein Vielfaches von 8 (8, 16, 24, 32 usw.) sein. In der Regel ist ein Wert von 8 oder 16 für Flächen mit sanfter Topografie und ein Wert von 32 für komplexe Topografie geeignet. Der Standardwert ist 32.
Die Anzahl der benötigten Berechnungsrichtungen ist mit der Auflösung des Eingabe-DEMs verknüpft. Natürliches Terrain mit einer Auflösung von 30 Metern ist in der Regel relativ glatt, sodass in den meisten Situationen weniger Richtungen (16 oder 32) ausreichend sind. Bei feineren DEMs und insbesondere bei künstlichen Strukturen, die in die DEMs integriert wurden, muss die Anzahl der Richtungen erhöht werden. Mit zunehmender Zahl der Richtungen steigt die Genauigkeit, aber auch die Berechnungszeit.
Der Parameter Ausgaben für jedes Intervall erstellen bietet die Flexibilität, um die integrierte Sonneneinstrahlung über einen angegebenen Zeitraum oder für jedes Intervall in einer Zeitserie zu berechnen. Wenn beispielsweise für den Zeitraum innerhalb eines Tages mit einem Stundenintervall von 1 dieser Parameter aktiviert wird, werden stündliche Sonneneinstrahlungswerte erzeugt; andernfalls wird die integrierte Sonneneinstrahlung für den ganzen Tag berechnet.
Der Parameter Ausgaben für jedes Intervall erstellen wirkt sich auf das Format und die Anzahl von Ausgabestrahlungsdateien aus. Wenn die Option aktiviert ist, enthält das Ausgabe-Raster mehrere Bänder, die den Strahlungs- oder Dauerwerten für die einzelnen Zeitintervalle entsprechen (Stundenintervall bei einer Zeitkonfiguration von weniger als einem Tag, Tagesintervall bei mehreren Tagen).
Der diffuse Anteil ist der Bruchteil des globalen normalen Strahlungsflusses, der diffus ist. Die Werte liegen zwischen 0 und 1. Dieser Wert sollte entsprechend den atmosphärischen Bedingungen festgelegt werden. Typische Werte liegen bei 0,2 bei sehr klaren Himmelsbedingungen bzw. 0,3 bei allgemein klaren Himmelsbedingungen.
Von der Oberfläche wird nur ein geringer Teil der Sonneneinstrahlung empfangen, die außerhalb der Atmosphäre auf die Erde einwirkt. Die Durchlässigkeit ist eine Eigenschaft der Atmosphäre. Sie wird definiert als die Energie (Durchschnitt aller Wellenlängen), die die Erdoberfläche erreicht, im Verhältnis zu der Energie, die an der oberen Grenze der Atmosphäre (extraterrestrial) ankommt. Die Werte liegen zwischen 0 (keine Übertragung) und 1 (vollständige Übertragung). Typische Werte liegen bei 0,6 oder 0,7 (sehr klare Bedingungen) bzw. 0,5 (allgemein klarer Himmel).
Der Wert der Energie, die die Erdoberfläche erreicht, ist der kürzeste Pfad durch die Atmosphäre (d. h. mit der Sonne im Zenit oder direkt über der Oberfläche) auf Meereshöhe. In Gebieten außerhalb des südlichen und nördlichen Wendekreises kann die Sonne auch zur Mittagszeit nie direkt im Zenit stehen. Dieser Wert verweist dennoch auf den Moment, in dem die Sonne im Zenit steht. Da der Algorithmus Höheneffekte korrigiert, sollte die Durchlässigkeit immer auf Meereshöhe angegeben werden.
Die Durchlässigkeit ist umgekehrt proportional zum diffusen Verhältnisparameter.
Weitere Informationen zu den Geoverarbeitungsumgebungen für dieses Werkzeug finden Sie unter Analyseumgebungen und Spatial Analyst.