利用python计算太阳天顶角、方位角、高度角

在遥感计算中一般都会用到天顶角、方位角、高度角。之前都是直接在excel中输入公式，这种方式输入公式比较麻烦，而且容易出错。后来在网上看到吉林大学汪自军博士的计算程序。链接：[http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=43777&do=blog&id=238552] 非常好用，但是我看了一下，汪博士主要用matlab、C++、FORTRAN三种语言编写的，而且输入文件是txt格式。txt文件的操作性我认为不如excel。 说一下主要改进的地方：
1、编程语言改为Python
2、输入和输出文件格式均改为excel
3、以为太阳高度角与天顶角互余，这次也加进去了。
欢迎讨论，下面附上主要代码：

 table = data.sheets()[0] # 打开第一张表
 nrows = table.nrows # 获取表的行数
 ncols = table.ncols
 
 
station=table.col_values(0)[1:]
 year=table.col_values(1)[1:]
 month=table.col_values(2)[1:]
 day=table.col_values(3)[1:]
 hour=table.col_values(4)[1:]
 min=table.col_values(5)[1:]
 sec=table.col_values(6)[1:]
 lon=table.col_values(7)[1:]
 lat =table.col_values(8)[1:]
 TimeZone =table.col_values(9)[1:]
 
 
wb = xlutils.copy.copy(data)
 ws = wb.get_sheet(0)
 
 
ws.write(0, 11, 'Day of Year')
 ws.write(0, 12, 'Local Time') #实际是gtdt
 ws.write(0, 13, 'Sun Angle')#(sitar)
 ws.write(0, 14, 'Declination Angle')
 ws.write(0, 15, 'Equation of Time')
 style = xlwt.easyxf('pattern: pattern solid, fore_color yellow;')
 ws.write(0, 16, 'ZenithAngle(deg)',style)
 ws.write(0, 17, 'HeightAngle(deg)',style)
 ws.write(0, 18, 'AzimuthAngle(deg)',style)
 
 
for n in range(1,nrows):
 m=n-1
 
 
年积日的计算
 
 
#儒略日 Julian day(由通用时转换到儒略日)
JD0 = int(365.25*(year[m]-1))+int(30.6001*(1+13))+1+hour[m]/24+1720981.5

if month[m]<=2:
    JD2 = int(365.25*(year[m]-1))+int(30.6001*(month[m]+13))+day[m]+hour[m]/24+1720981.5
else:
    JD2 = int(365.25*year[m])+int(30.6001*(month[m]+1))+day[m]+hour[m]/24+1720981.5

#年积日 Day of year
DOY = JD2-JD0+1
 
 
N0 sitar=θ
 
 
N0 = 79.6764 + 0.2422*(year[m]-1985) - int((year[m]-1985)/4.0)
sitar = 2*math.pi*(DOY-N0)/365.2422
ED1 = 0.3723 + 23.2567*math.sin(sitar) + 0.1149*math.sin(2*sitar) - 0.1712*math.sin(3*sitar)- 0.758*math.cos(sitar) + 0.3656*math.cos(2*sitar) + 0.0201*math.cos(3*sitar)
ED = ED1*math.pi/180           #ED本身有符号

if lon[m] >= 0:
    if TimeZone == -13:
        dLon = lon[m] - (math.floor((lon[m]*10-75)/150)+1)*15.0
    else:
        dLon = lon[m] - TimeZone[m]*15.0   #地球上某一点与其所在时区中心的经度差
else:
    if TimeZone[m] == -13:
        dLon =  (math.floor((lon[m]*10-75)/150)+1)*15.0- lon[m]
    else:
        dLon =  TimeZone[m]*15.0- lon[m]
#时差
Et = 0.0028 - 1.9857*math.sin(sitar) + 9.9059*math.sin(2*sitar) - 7.0924*math.cos(sitar)- 0.6882*math.cos(2*sitar)
gtdt1 = hour[m] + min[m]/60.0 + sec[m]/3600.0 + dLon/15        #地方时
gtdt = gtdt1 + Et/60.0
dTimeAngle1 = 15.0*(gtdt-12)
dTimeAngle = dTimeAngle1*math.pi/180
latitudeArc = lat[m]*math.pi/180
 
 
高度角计算公式
 
 
HeightAngleArc = math.asin(math.sin(latitudeArc)*math.sin(ED)+math.cos(latitudeArc)*math.cos(ED)*math.cos(dTimeAngle))
 
 
方位角计算公式
 
 
CosAzimuthAngle = (math.sin(HeightAngleArc)*math.sin(latitudeArc)-math.sin(ED))/math.cos(HeightAngleArc)/math.cos(latitudeArc)
AzimuthAngleArc = math.acos(CosAzimuthAngle)
HeightAngle = HeightAngleArc*180/math.pi
ZenithAngle = 90-HeightAngle
AzimuthAngle1 = AzimuthAngleArc *180/math.pi

if dTimeAngle < 0:
    AzimuthAngle = 180 - AzimuthAngle1
else:
    AzimuthAngle = 180 + AzimuthAngle1

print('站位：'+station[m]+' 太阳天顶角(deg)：%f 高度角(deg)：%f 方位角(deg)：%f ' % (ZenithAngle,HeightAngle,AzimuthAngle))
 
 

附上运行结果：

图： 天顶角、方位角、高度角运行结果

最后，感谢汪自军博士的思路和中国气象科学研究院王炳忠研究员编写的《太阳辐射计算讲座》。

                        2017年4月27日