太阳辐射计算
根据高程和太阳参数计算太阳入射角，或计算日照时长及太阳辐射相关栅格。
功能说明
工具结合日期、地形、坡度坡向和大气条件模拟太阳辐射，可考虑地形遮挡。输入坡度、坡向或大气栅格时，可描述逐像元差异；未提供时使用相应单一值。
参数说明
| 参数 | 说明 | 必填 | 默认值 |
|---|---|---|---|
| 输入高程栅格 | 提供地形高程。 | 是 | 空 |
| Linke 浑浊度栅格 | 逐像元大气浑浊度。 | 否 | 空 |
| 地表反照率栅格 | 逐像元地表反照率。 | 否 | 空 |
| 纬度栅格 | 逐像元纬度。 | 否 | 空 |
| 经度栅格 | 逐像元经度。 | 否 | 空 |
| 直射辐射修正系数栅格 | 实际天空直射辐射修正系数。 | 否 | 空 |
| 漫射辐射修正系数栅格 | 实际天空漫射辐射修正系数。 | 否 | 空 |
| 地平线基名栅格 | 多方向地平线结果的基础图层。 | 否 | 空 |
| 坡向栅格 | 输入坡向；留空使用单一坡向值。 | 否 | 空 |
| 坡度栅格 | 输入坡度；留空使用单一坡度值。 | 否 | 空 |
| 一年中的日期 | 年内日序号，1–365。 | 是 | 1 |
| 主输出模式 | incidout 为入射角，insol_time 为日照时长。 | 否 | incidout |
| 地方太阳时 | 十进制小时，入射角模式必填；日照时长模式留空。 | 条件必填 | 空 |
| 单一坡向值 | 未提供坡向栅格时使用，单位度。 | 否 | 270 |
| 单一坡度值 | 未提供坡度栅格时使用，单位度。 | 否 | 0 |
| 单一 Linke 浑浊度 | 未提供浑浊度栅格时使用。 | 否 | 3 |
| 单一反照率 | 未提供反照率栅格时使用。 | 否 | 0.2 |
| 时间步长 | 全天辐射积分的时间间隔，单位小时。 | 否 | 0.5 |
| 地平线角度步长 | 使用地平线栅格时的方向间隔，单位度。 | 否 | 空 |
| 太阳赤纬 | 覆盖按日期计算的赤纬，单位弧度。 | 否 | 空 |
| 太阳常数 | 单位 W/m²。 | 否 | 1367 |
| 距离步长 | 地形遮挡采样距离系数。 | 否 | 1 |
| 并行线程数 | 计算线程数。 | 是 | 1 |
| 分块数 | 输入处理的空间分块数。 | 否 | 1 |
| 民用时间校正 | 民用时间的时区值。 | 否 | 空 |
| 不考虑地形阴影 | 启用后忽略地形遮挡。 | 否 | 关闭 |
| 低内存模式 | 使用低内存计算方式。 | 否 | 关闭 |
| 输出入射角栅格 | 入射角结果保存位置。 | 是 | 空 |
| 输出直射辐射栅格 | 可选直射辐射结果。 | 否 | 空 |
| 输出漫射辐射栅格 | 可选漫射辐射结果。 | 否 | 空 |
| 输出反射辐射栅格 | 可选反射辐射结果。 | 否 | 空 |
| 输出总辐射栅格 | 可选总辐射结果。 | 否 | 空 |
| 输出日照时长栅格 | 可选日照时长结果。 | 否 | 空 |
分析目标-参数选择
工具可以计算太阳入射角、计算日照时长、太阳辐射的相关参数，计算项较多，因此我们需要先确立分析目标，然后根据目标来选择输入什么参数。
先选择分析目标
| 想了解什么 | 主要设置 | 结果含义 |
|---|---|---|
| 某一天、某一时刻的太阳入射角 | 主输出模式选 incidout，填写年内日期和地方太阳时，设置入射角输出。 | 指定时刻的入射角栅格，单位为度；它不是辐射强度。 |
| 某一时刻的直射、漫射、反射或总辐射 | 选择 incidout，填写日期和地方太阳时，再按需要指定对应辐射输出。 | GRASS 原生定义为瞬时辐照度，单位 W/m²。 |
| 某一天的日照时长或累计辐射 | 界面提供 insol_time 模式；该模式下地方太阳时留空，并按需设置日照时长或辐射输出。 | GRASS 原生定义中，时长单位为小时，全天辐射量单位为 Wh/m²/日。 |
当前界面将“输出入射角栅格”标为必填，而 GRASS 原生入射角仅适用于指定时刻的计算。使用 insol_time 模式时请留意界面提示并检查实际输出；填写入射角路径不代表一定会生成有效入射角或全天结果。
怎么选择输入和参数
1. 先用最少参数建立基准
首次使用可选择高程栅格，填写一年中的日期和地方太阳时，选择 incidout，指定入射角输出，并保留并行线程数 1。其他栅格可先留空，单一值和开关保持默认。这样适合了解流程，但默认坡度为 0°，相当于采用统一的水平面设置，不应作为实际坡面辐射结果。
“一年中的日期”是序号而不是月日，例如非闰年的 6 月 21 日为第 172 天。地方太阳时使用十进制小时，例如 13.5 表示 13:30；它不一定等于当地钟表时间。需要按民用时间分析时，填写钟表时间并在“民用时间校正”中填写时区值，例如北京时间的时区偏移为 8，同时提供经度栅格；不要同时自行把钟表时间换算为太阳时后再重复校正。可使用“计算经度网格”工具，从分析使用的高程栅格生成经度栅格，目标坐标系选 EPSG:4326，并在运行前核对生成栅格的范围和网格。
2. 要反映坡面差异时
- 分析真实地形坡面：提供与高程栅格对应的坡度栅格和坡向栅格。它们描述各像元坡面方向和倾斜程度，会影响入射角及辐射结果。
- 分析统一倾角和朝向的表面：不提供坡度、坡向栅格，填写对应的“单一坡度值”和“单一坡向值”。默认坡度
0为水平面；使用统一值不能表达实际地形的逐像元坡面差异。 - 坡度和坡向使用度；坡向须符合 GRASS 约定（南为 270°），不要直接把以北为 0°、顺时针增加的太阳方位角当成坡向。确认来源栅格的角度约定后再使用。
3. 选择大气和地表条件
| 情况 | 建议设置 | 对结果的影响 |
|---|---|---|
| 没有逐像元大气或地表资料 | Linke 浑浊度栅格和反照率栅格留空，先使用单一值 3 和 0.2。 | 整个区域采用统一假设；默认值不是当地实测值。 |
| 已有空间分布数据 | 分别选择 Linke 浑浊度栅格、地表反照率栅格。 | 可表达对应参数的空间差异；注意输入空值会影响结果。 |
| 有可靠的实际天空修正资料 | 提供直射、漫射辐射修正系数栅格；原生系数范围为 0–1。 | 分别调整直射和漫射分量；没有可靠资料时留空，不把结果当作已包含实测云量。 |
纬度和经度栅格一般只在需要显式提供逐像元经纬度时使用；坐标系明确时可先留空。太阳赤纬通常留空，由日期计算；太阳常数通常保持默认 1367 W/m²。这些默认条件适合作为起点，正式分析应根据研究区和数据来源评估。
4. 地形阴影与计算资源
- 默认不勾选“不考虑地形阴影”，即考虑地形遮挡；勾选后忽略遮挡，山地结果可能明显不同。输入高程范围之外的地形无法参与计算。
- 没有预先准备完整多方向地平线结果时，“地平线基名栅格”和“地平线角度步长”先留空。使用时方向步长需与生成地平线结果时一致；地平线结果在昕图中的具体衔接方式应先核对，不要把单张方向栅格等同于完整多方向结果。
- “时间步长”用于全天积分，默认
0.5小时；更小的步长通常更细致但更耗时，不是空间分辨率。“距离步长”控制阴影搜索采样密度，可先保持1。 - 并行线程数先用
1；遇到内存不足时可考虑低内存模式或分块数，但运行速度和资源消耗取决于数据与环境。
输出结果
入射角以度表示；GRASS 原生瞬时辐照度单位为 W/m²，全天辐射量单位为 Wh/m²/日，日照时长单位为小时。不同输出与所选模式有关。
直射是太阳光直接到达表面的分量；漫射是大气散射后的分量；反射是来自地表反射的分量；总辐射为这三者之和。要研究总辐射，可选择“输出总辐射栅格”，不必仅根据入射角推算辐射强度。实际可用输出以工具运行结果为准。
使用步骤
- 打开【计算工具箱】→【GRASS GIS】→【栅格工具】→【太阳分析】→【栅格计算（SUN）】。
- 选择高程栅格、日期和模式；入射角模式填写地方太阳时，设置输出并运行。
使用示例-2025 年春分：北京时间 9:00 和全天分析
示例项目：grass-栅格计算（SUN）-2025春分。该项目使用平山样区高程栅格 aoi_15km_dem_30m.tif，先用“计算经度网格”工具以该高程栅格为输入、目标坐标系设为 EPSG:4326，生成 pingshan_longitude_37c39c53.tif。生成的经度栅格与高程栅格同为 EPSG:3857、470 × 417 像元，像元值表示十进制度经度。
2025 年春分是 3 月 20 日，对应年内第 79 天。三组计算均使用默认单一坡度 0°、坡向 270°、Linke 浑浊度 3、反照率 0.2，保留地形阴影，线程数为 1：
| 目标 | 关键设置 | 项目中的输出和统计 |
|---|---|---|
| 北京时间 9:00 入射角 | 模式 incidout；地方太阳时控件填 9，民用时间校正填 8；选择生成的经度栅格。 | equinox_20250320_0900_incidence_b514f308_lon_14c10f.tif，约 27.91°–28.07°。 |
| 北京时间 9:00 瞬时辐射 | 与上项时间、时区和经度栅格设置相同，另指定直射、漫射、反射及总辐射输出。 | 总辐射栅格 equinox_20250320_0900_glob_rad_b514f308_lon_ae3c80.tif，约 87.35–477.52 W/m²；同时生成各辐射分量。 |
| 春分当天日照和累计辐射 | 模式 insol_time；地方太阳时留空；时间步长 0.5 小时，指定日照时长和各辐射输出。 | 日照时长栅格 equinox_20250320_daily_insol_time_b514f308.tif 为 4.5–12 小时；总辐射栅格 equinox_20250320_daily_glob_rad_b514f308.tif 约为 2322.92–6319.03 Wh/m²/日。 |
以上范围为项目详情中的有效像元统计，全天结果表示整天而非截至 9:00 的累计量。示例采用统一水平面及默认大气、反照率条件，并非实际坡面或实测天气结果；如需分析实际地形坡面，应准备适用的坡度和坡向栅格。
全天任务还填写了界面标为必填的入射角输出路径，但实际未生成该入射角文件；全天分析应以实际生成的日照时长和辐射栅格为准。
入射角equinox_20250320_0900_incidence_b514f308_lon_14c10f.tif 图示：
总辐射栅格 equinox_20250320_0900_glob_rad_b514f308_lon_ae3c80.tif 图示
日照时长栅格 equinox_20250320_daily_insol_time_b514f308.tif图示
注意事项
- 地方太阳时不等于时区钟表时间；设置民用时间校正时应考虑对应时区。
- 默认坡度为 0，未输入坡度坡向栅格时不能代表实际地形朝向。
- 地理坐标的高程单位应为米；其他坐标系下高程与水平坐标单位应一致。输入 NoData 会影响输出。
- 坡向采用 GRASS 约定：270° 为南，不应与从北顺时针的太阳方位角混淆。
- 时间步长越大，全天积分越快但精度可能下降。
技术参考
GRASS GIS 原生模块 r.sun。