Rayonnement solaire zonal (Spatial Analyst)
Récapitulatif
Détermine le rayonnement solaire entrant à partir d’une surface raster
Utilisation
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Etant donné que les calculs d'insolation peuvent être longs, il est important de vérifier que tous les paramètres sont corrects. Le calcul pour un grand modèle numérique de terrain (MNT) peut durer des heures, voire des jours.
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Les rasters de rayonnement en sortie sont toujours à virgule flottante. Ils sont associés à des unités exprimées en watts heure par mètre carré (WH/m2). Le raster de durée directe en sortie est un entier exprimé en heures.
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La latitude de la surface du site (unités : degré décimal, positives pour l'hémisphère nord et négatives pour l'hémisphère sud) est utilisée dans divers calculs, tels que ceux de la déclinaison solaire et de la position solaire.
L'analyse étant conçue uniquement pour les échelles de paysage locales, vous pouvez utiliser une valeur de latitude unique pour l'ensemble du modèle MNA. Avec de plus grands jeux de données, par exemple relatifs à des états, des pays ou des continents, les résultats d'insolation diffèrent considérablement selon les latitudes (supérieures à un degré). Pour analyser des régions géographiques plus vastes, il convient de diviser la zone d'étude en zones dotées de latitudes différentes.
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Dans le cas de configurations sur plusieurs jours, la plage maximale de jours est égale à une année (365 jours, ou 366 pour les années bissextiles). Si le numéro associé au jour de début est plus grand que celui associé au jour de fin, les calculs de temps se poursuivent sur l'année suivante.
Par exemple, [jour de début, jour de fin] = [365, 31], signifie du 31 décembre au 31 janvier de l'année suivante. Autre exemple de [1, 2] : le temps couvre le premier jour à partir de 0 heure (le 1er janvier) jusqu'à minuit (le 2 janvier). Le jour de début et le jour de fin ne peuvent pas être identiques.
La valeur de l'année de la configuration de temps permet de déterminer une année bissextile. Elle n'a aucune autre influence sur l'analyse du rayonnement solaire, car les calculs correspondent à une fonction de la période de temps déterminée par les jours juliens.
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Pour les configurations à la journée, la plage maximale de temps est égale à une journée, soit 24 heures. Les calculs ne s'effectuent pas sur plusieurs jours, par exemple de midi à midi le jour suivant. L'heure de début doit être inférieure à l'heure de fin.
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Dans le cas d'une configuration pour une journée, les heures de début et de fin sont exprimées en heures solaires (unités : heures décimales). Utilisez la boîte de dialogue de conversion pour convertir l'heure standard locale en heure solaire (HMS). Lors de la conversion de l'heure standard locale en heure solaire, le programme effectue une équation.
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L'utilisation d'un facteur Z est indispensable pour corriger les calculs lorsque les unités z de surface sont exprimées dans des unités différentes de celles des unités terrestres x,y. Pour obtenir des résultats précis, les unités z doivent être identiques aux unités terrestres x,y. Si les unités diffèrent, utilisez un facteur z pour convertir les unités z en unités x,y. Par exemple, si les unités x,y sont exprimées en mètres, et que l'unité z est exprimée en pieds, vous pouvez indiquer un facteur z égal à 0,3048 pour convertir les pieds en mètres.
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Il est préférable que les données appartiennent à un système de coordonnées projetées (où l'unité est le mètre). Si vous choisissez d'exécuter l'analyse avec un système de coordonnées sphériques, vous devez spécifier un facteur z approprié pour cette latitude. Voici quelques-uns des facteurs z pouvant être utilisés si les unités x,y sont en degrés décimaux et les unités z en mètres :
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 -
La latitude de la surface du site (unités : degré décimal, positives pour l'hémisphère nord et négatives pour l'hémisphère sud) est utilisée dans divers calculs, tels que ceux de la déclinaison solaire et de la position solaire. Etant donné que l'analyse solaire est conçue pour les échelles de paysage et les échelles locales, vous pouvez utiliser une valeur de latitude unique pour l'ensemble du modèle MNA. Dans le cas de régions géographiques plus vastes, il convient de diviser la zone d'étude en zones de différentes latitudes.
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Pour les rasters de surface en entrée contenant une référence spatiale, la latitude moyenne est calculée automatiquement. Dans le cas contraire, la latitude est égale à 45 degrés par défaut. Lors de l'utilisation d'une couche en entrée, la référence spatiale du bloc de données est utilisée.
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La taille du raster de diffusion correspond à la résolution des rasters champ de vision, carte du ciel et carte d'ensoleillement utilisés dans le calcul du rayonnement (unités : nombre de cellules par côté). Il s'agit de représentations raster hémisphériques du ciel qui n'ont pas de système de coordonnées géographiques. Ces grilles sont carrées (même nombre de lignes et de colonnes).
Si l'augmentation de la taille du raster de diffusion augmente la précision de calcul, elle augmente aussi considérablement les temps de calcul.
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Si le paramètre Intervalle (exprimé en jours) est petit (par exemple inférieur à 14), il vaut mieux utiliser un raster de diffusion de plus grande taille. Pendant l'analyse, la carte d'ensoleillement (déterminée par la taille du raster de diffusion) permet de représenter les positions du soleil (trajectoires) pour des périodes de temps particulières pour calculer le rayonnement direct. Dans le cas d'intervalles plus petits, si la résolution de la taille du raster de diffusion n'est pas assez grande, les trajectoires peuvent se superposer et ainsi donner des valeurs de rayonnement égales à zéro ou inférieures pour cette trajectoire. L'augmentation de la résolution donne un résultat plus précis.
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La valeur de maximale de taille de raster de diffusion est 10 000. La valeur 200 correspond à la valeur par défaut, qui est suffisante pour des modèles MNA entiers avec des intervalles importants (par exemple, supérieurs à 14 jours). Une taille de raster de diffusion de 512 est suffisante pour effectuer des calculs aux emplacements des points pour lesquels le temps de calcul n'est pas un problème. Avec des intervalles plus petits (par exemple inférieurs à 14 jours), il est recommandé d'utiliser des valeurs plus grandes. Par exemple, pour calculer l'insolation d'un emplacement situé sur l'équateur avec un intervalle égal à 1 jour, il est préférable d'utiliser un raster de diffusion avec une taille minimale définie à 2800.
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Sachant qu'en général, les trajectoires du soleil se chevauchent au cours d'une période de trois jours, selon la taille du raster de diffusion et le moment dans l'année, il est recommandé d'utiliser des intervalles supérieurs à 3 jours. Pour des calculs sur toute l'année avec un intervalle mensuel, l'intervalle en jours est désactivé et le programme utilise des intervalles en mois calendaires. La valeur par défaut est 14.
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Comme le calcul du champ de vision peut demander beaucoup de travail, les angles d'horizon sont tracés uniquement pour le nombre de directions de calcul indiqué. Pour être valides, les valeurs doivent être des multiples de 8 (8, 16, 24, 32, etc.). En général, on utilise 8 ou 16 pour les surfaces à topographie douce, et 32 pour les topographies plus complexes. La valeur par défaut est 32.
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Le nombre de directions de calcul requis dépend de la résolution du modèle MNT en entrée. En général, un MNT naturel avec une résolution de 30 mètres est suffisamment lisse pour ne nécessiter qu'un petit nombre de directions pour la plupart des situations (16 ou 32). Avec des MNT plus fins, et en particulier avec des structures artificielles incorporées dans les MNT, le nombre de directions doit augmenter. Il convient de noter que si l'augmentation du nombre de directions augmente la précision, elle augmente aussi les temps de calcul.
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La case à cocher Créer des sorties pour chaque intervalle permet de calculer l'insolation intégrée sur une période de temps spécifiée ou l'insolation pour chaque intervalle suivant un ordre chronologique. Par exemple, pour une période fixée à une seule journée avec un intervalle d'une heure, l'activation de cette option permet de créer des valeurs d'insolation toutes les heures. Dans le cas contraire, le système calcule l'insolation intégrée pour toute la journée.
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La case à cocher Créer des sorties pour chaque intervalle régit le format et le nombre de fichiers de rayonnement en sortie. Pour analyser une surface, vous devez toujours vérifier que l'espace disque est suffisant avant de lancer les calculs, car cette opération engendre plusieurs sorties. Lorsque vous cochez cette case, le format de la sortie par défaut est une pile ESRI GRID contenant plusieurs canaux qui correspondent au rayonnement ou à des valeurs relatives à la durée pour chaque intervalle de temps (des heures lorsque la configuration prévoit moins d'une journée ou des jours lorsqu'elle en prévoit plusieurs).
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La proportion de diffusion est la fraction du flux de rayonnement global qui est diffusée. Les valeurs sont comprises entre 0 et 1. Cette valeur doit être définie en fonction des conditions atmosphériques. En général, les valeurs sont 0,2 lorsque le ciel est très dégagé et 0,3 dans des conditions générales.
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La quantité de rayonnement solaire reçue au niveau du sol ne représente qu'une partie de ce qui est reçu à l'extérieur de l'atmosphère. La transmittance est une propriété de l'atmosphère exprimée en tant que rapport de l'énergie (moyenne de toutes les longueurs d'onde) qui atteint la surface terrestre et de celle reçue à la limite supérieur de l'atmosphère (extra-terrestre). La plage de valeurs est comprise entre 0 (pas de transmission) et 1 (transmission totale). En général, les valeurs observées sont 0,6 ou 0,7 dans des conditions de ciel très clair et 0,5 dans des conditions de ciel normalement clair.
La valeur d'énergie reçue à la surface de la Terre est le plus court chemin dans l'atmosphère (c'est-à-dire le soleil au zénith ou directement au-dessus de la tête) et le niveau de la mer. Pour les régions au-delà du Tropique du Capricorne et du Tropique du Cancer, le soleil ne peut jamais être exactement au zénith, même à midi. Cependant, cette valeur se rapport toujours au moment où le soleil est au zénith. Etant donné que l'algorithme corrige les effets d'altitude, la transmittance doit toujours être donnée pour le niveau de la mer.
La transmittance a une relation inverse avec le paramètre de proportion de diffusion.
Syntaxe
| Paramètre | Explication | Type de données |
in_surface_raster |
Raster de surface d'altitude en entrée. | Raster Layer |
latitude (Facultatif) |
Latitude de la surface du site. Les unités sont des degrés décimaux, avec des valeurs positives pour l'hémisphère nord et négatives pour l'hémisphère sud. Pour les rasters de surface en entrée contenant une référence spatiale, la latitude moyenne est calculée automatiquement. Dans le cas contraire, la latitude est égale à 45 degrés par défaut. | Double |
sky_size (Facultatif) |
Résolution ou taille du raster de diffusion pour les grilles d'un champ de vision, des cartes d'ensoleillement et du ciel. Les unités sont des cellules. Par défaut le système crée un raster de 200 par 200 cellules. | Long |
time_configuration (Facultatif) |
Spécifie la configuration de temps (période) utilisée pour calculer le rayonnement solaire. Les objets de la classe Temps permettent de spécifier la configuration de temps. Les différents types de configuration de temps disponibles sont les suivants : TimeWithinDay, TimeMultiDays, TimeSpecialDayset TimeWholeYear. Voici les formules associées :
Le paramètre time_configuration affiche par défaut la valeur TimeMultiDays si le paramètre start_day est défini sur 5 et end_day sur 160, pour l'année Julienne en cours. | Time configuration |
day_interval (Facultatif) |
Intervalle de temps sur l'année (unités : jours) utilisé pour calculer les secteurs du ciel pour la carte d'ensoleillement. La valeur par défaut est 14 (bihebdomadaire). | Long |
hour_interval (Facultatif) |
Intervalle de temps sur la journée (unités : heures) utilisé pour calculer les secteurs du ciel pour les cartes d'ensoleillement. La valeur par défaut est 0,5. | Double |
each_interval (Facultatif) |
Spécifie s'il faut calculer une valeur d'insolation totale unique pour tous les emplacements ou plusieurs valeurs pour l'intervalle spécifié, heure et jour.
| Boolean |
z_factor (Facultatif) |
Nombre d'unités x,y terrestres sur une unité z de surface. Le facteur z ajuste les unités de mesure des unités z lorsqu'elles sont différentes des unités x,y de la surface en entrée. Les valeurs z de la surface en entrée sont multipliées par le facteur z lors du calcul de la surface finale en sortie. Si les unités x,y et les unités z utilisent les mêmes unités de mesure, le facteur z est égal à 1. Si les valeurs x,y et les valeurs z sont exprimées dans des unités de mesure différentes, le facteur z doit être défini comme approprié, sinon les résultats sont incorrects. Par exemple, si les unités z sont des pieds et les unités x,y sont des mètres, vous devez utiliser un facteur z égal à 0,3048 pour convertir les unités z de pieds en mètres (1 pied = 0,3048 mètre). | Double |
slope_aspect_input_type (Facultatif) |
Dérivation des informations de pente et d'exposition pour analyse.
| String |
calculation_directions (Facultatif) |
Nombre de directions azimutales utilisées lors du calcul du champ de vision. Pour être valides, les valeurs doivent être des multiples de 8 (8, 16, 24, 32, etc.). La valeur par défaut de 32 directions est appropriée pour une topographie complexe. | Long |
zenith_divisions (Facultatif) |
Nombre de divisions utilisées pour créer des secteurs du ciel dans la carte du ciel. La valeur par défaut est égale à huit divisions (par rapport au zénith). Les valeurs doivent être supérieures à zéro et inférieures à la moitié de la valeur de la taille du raster de diffusion. | Long |
azimuth_divisions (Facultatif) |
Nombre de divisions utilisées pour créer des secteurs du ciel dans la carte du ciel. La valeur par défaut est égale à huit divisions (par rapport au nord). Pour être valides, les valeurs doivent être des multiples de 8, supérieures à zéro et inférieures à 160. | Long |
diffuse_model_type (Facultatif) |
Type de modèle de rayonnement diffus.
| String |
diffuse_proportion (Facultatif) |
Proportion du flux du rayonnement normal global qui est diffusé. Les valeurs sont comprises entre 0 et 1. Cette valeur doit être définie en fonction des conditions atmosphériques. La valeur par défaut est de 0,3 pour des conditions de ciel dégagé. | Double |
transmittivity (Facultatif) |
Fraction du rayonnement traversant l'atmosphère (moyennée sur toutes les longueurs d'onde). La plage de valeurs est comprise entre 0 (pas de transmission) et 1 (transmission totale). La valeur par défaut est de 0,5 pour des conditions de ciel dégagé. | Double |
out_direct_radiation_raster (Facultatif) |
Raster en sortie correspondant au rayonnement solaire direct entrant pour chaque emplacement. La sortie est exprimée en watts heures par mètre carré (WH/m2). | Raster Dataset |
out_diffuse_radiation_raster (Facultatif) |
Raster en sortie correspondant au rayonnement solaire diffus entrant pour chaque emplacement. La sortie est exprimée en watts heures par mètre carré (WH/m2). | Raster Dataset |
out_direct_duration_raster (Facultatif) |
Raster en sortie correspondant à la durée du rayonnement solaire direct entrant. La sortie est exprimée en heures. | Raster Dataset |
Valeur renvoyée
| Nom | Explication | Type de données |
| out_global_radiation_raster |
Raster en sortie correspondant au rayonnement global ou à l'insolation solaire entrante totale (directe + diffuse) calculée pour chaque emplacement de la surface en entrée. La sortie est exprimée en watts heures par mètre carré (WH/m2). | Raster |
Exemple de code
Le script dans la fenêtre Python ci-après explique comment utiliser l'outil 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")
Calculez la quantité de rayonnement solaire entrant dans une zone géographique.
# 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")