python计算方位角_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))
因为最近在研究海洋遥感，在采样的时候会有站位信息，所以程序中存在站位的问题(不过这个丝毫不影响计算)。
附上运行结果：
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