← Back to branch summary

~ubuntu-branches/ubuntu/wily/grass/wily

« back to all changes in this revision

Viewing changes to raster/r.sun/description.html

Tags: 7.0.0~rc1+ds1-1~exp1
http://bugs.debian.org/776349
* New upstream release candidate.
* Repack upstream tarball, remove precompiled Python objects.
* Add upstream metadata.
* Update gbp.conf and Vcs-Git URL to use the experimental branch.
* Update watch file for GRASS 7.0.
* Drop build dependencies for Tcl/Tk, add build dependencies:
  python-numpy, libnetcdf-dev, netcdf-bin, libblas-dev, liblapack-dev
* Update Vcs-Browser URL to use cgit instead of gitweb.
* Update paths to use grass70.
* Add configure options: --with-netcdf, --with-blas, --with-lapack,
  remove --with-tcltk-includes.
* Update patches for GRASS 7.
* Update copyright file, changes:
  - Update copyright years
  - Group files by license
  - Remove unused license sections
* Add patches for various typos.
* Fix desktop file with patch instead of d/rules.
* Use minimal dh rules.
* Bump Standards-Version to 3.9.6, no changes.
* Use dpkg-maintscript-helper to replace directories with symlinks.
  (closes: #776349)
* Update my email to use @debian.org address.

Show diffs side-by-side

added added

removed removed

Lines of Context:
raster/r.sun/description.html
1
 
<h2>DESCRIPTION</h2>
2
 
 
3
 
<b>r.sun</b> computes beam (direct), diffuse and ground reflected solar
4
 
irradiation raster maps for given day, latitude, surface and atmospheric
5
 
conditions. Solar parameters (e.g. time of sunrise and sunset, declination,
6
 
extraterrestrial irradiance, daylight length) are stored in the resultant maps'
7
 
history files. Alternatively, the local time can be specified to compute solar
8
 
incidence angle and/or irradiance raster maps. The shadowing effect of the
9
 
topography is optionally incorporated, a correction factor for shadowing to account
10
 
for the earth curvature is internally calucated.<br>
11
 
The units of the parameters are specified in brackets, a hyphen in the brackets
12
 
explains that the parameter has no units.
13
 
<p>
14
 
For latitude-longitude coordinates it requires that the elevation map is in meters.
15
 
The rules are:
16
 
<ul>
17
 
<li> lat/lon coordinates: elevation in meters;
18
 
<li> Other coordinates: elevation in the same unit as the easting-northing coordinates.
19
 
</ul>
20
 
 
21
 
<p>
22
 
The solar geometry of the model is based on the works of Krcho (1990), later
23
 
improved by Jenco (1992). The equations describing Sun &#8211; Earth position as
24
 
well as an interaction of the solar radiation with atmosphere were originally 
25
 
based on the formulas suggested by Kitler and Mikler (1986). This component 
26
 
was considerably updated by the results and suggestions of the working group
27
 
co-ordinated by Scharmer and Greif (2000) (this algorithm might be replaced
28
 
by SOLPOS algorithm-library included in GRASS within <a href="r.sunmask.html">
29
 
r.sunmask</a>
30
 
 command). The model computes all three components of global radiation (beam, 
31
 
diffuse and reflected) for the clear sky conditions, i.e. not taking into 
32
 
consideration the spatial and temporal variation of clouds. The extent and
33
 
spatial resolution of the modelled area, as well as integration over time,
34
 
are limited only by the memory and data storage resources. The model is built
35
 
to fulfil user needs in various fields of science (hydrology, climatology,
36
 
ecology and environmental sciences, photovoltaics, engineering, etc.) for
37
 
continental, regional up to the landscape scales. 
38
 
<p>As an option the model considers a shadowing effect of the local topography. 
39
 
The r.sun program works in two modes. In the first mode it calculates for the set 
40
 
local time a solar incidence angle [degrees] and solar irradiance values [W.m-2].
41
 
In the second mode daily sums of solar radiation [Wh.m-2.day-1] are computed
42
 
within a set day. By a scripting the two modes can be used separately or
43
 
in a combination to provide estimates for any desired time interval. The
44
 
model accounts for sky obstruction by local relief features. Several solar
45
 
parameters are saved in the resultant maps' history files, which may be viewed
46
 
with the <a href="r.info.html">r.info</a> command.
47
 
</p>
48
 
<p>The solar incidence angle raster map <i>incidout</i> is computed specifying 
49
 
elevation raster map <i>elevin</i>, aspect raster map <i>aspin</i>, slope 
50
 
steepness raster map <i>slopin,</i> given the day <i>day</i> and local time
51
 
<i>time</i>. There is no need to define latitude for locations with known
52
 
and defined projection/coordinate system (check it with the <a href="g.proj.html">
53
 
g.proj</a>
54
 
 command). If you have undefined projection, (x,y) system, etc. then the latitude
55
 
can be defined explicitly for large areas by input raster map <i>latin</i>
56
 
 with interpolated latitude values or, for smaller areas, a single region 
57
 
latitude value <i>lat</i> can be used instead. All input raster maps must
58
 
be floating point (FCELL) raster maps. Null data in maps are excluded from
59
 
the computation (and also speeding-up the computation), so each output raster
60
 
map will contain null data in cells according to all input raster maps. The
61
 
user can use <a href="r.null.html">r.null</a>
62
 
 command to create/reset null file for your input raster maps. <br>
63
 
The specified day <i>day</i> is the number of the day of the general year
64
 
where January 1 is day no.1 and December 31 is 365. Time <i>time</i> must
65
 
be a local (solar) time (i.e. NOT a zone time, e.g. GMT, CET) in decimal system,
66
 
e.g. 7.5 (= 7h 30m A.M.), 16.1 = 4h 6m P.M.. </p>
67
 
<p>Setting the solar declination <i>declin</i> by user is an option to override
68
 
the value computed by the internal routine for the day of the year. The value
69
 
of geographical latitude can be set as a constant for the whole computed
70
 
region or, as an option, a grid representing spatially distributed values
71
 
over a large region. The geographical latitude must be also in decimal system
72
 
with positive values for northern hemisphere and negative for southern one.
73
 
In similar principle the Linke turbidity factor (<i>linkein</i>, <i>lin</i>
74
 
) and ground albedo (<i>albedo</i>, <i>alb</i>) can be set. </p>
75
 
<p>Besides clear-sky radiations, user can compute a real-sky radiation (beam,
76
 
diffuse) using <i>coefbh</i> and <i>coefdh </i>input raster maps defining
77
 
the fraction of the respective clear-sky radiations reduced by atmospheric
78
 
factors (e.g. cloudiness). The value is between 0-1. Usually these
79
 
coefficients can be obtained from a long-terms meteorological measurements.</p>
80
 
<p>The solar irradiation or irradiance raster maps <i>beam_rad</i>, <i>diff_rad</i>
81
 
, <i>refl_rad</i> are computed for a given day <i>day,</i> latitude <i>lat
82
 
(latin), </i>elevation <i>elevin</i>, slope <i>slopein</i> and aspect <i>
83
 
aspin</i> raster maps. The program uses the Linke atmosphere turbidity factor
84
 
and ground albedo coefficient. A default, single value of Linke factor is
85
 
<i>lin</i>=3.0 and is near the annual average for rural-city areas. The Linke
86
 
factor for an absolutely clear atmosphere is <i>lin</i>=1.0. See notes below
87
 
to learn more about this factor. The incidence solar angle is the angle between
88
 
horizon and solar beam vector. The solar radiation maps for given day are
89
 
computed integrating the relevant irradiance between sunrise and sunset times
90
 
for given day. The user can set finer or coarser time step <i>step</i> used 
91
 
for all-day radiation calculations. A default value of <i>step</i> is 0.5 
92
 
hour. Larger steps (e.g. 1.0-2.0) can speed-up calculations but produce less
93
 
reliable results. The output units are in Wh per squared meter per given
94
 
day [Wh/(m*m)/day]. The incidence angle and irradiance/irradiation maps can
95
 
be computed without shadowing influence of relief by default or they can
96
 
be computed with this influence using the flag <i>-s</i>. In mountainous areas
97
 
this can lead to very different results! The user should be aware that taken
98
 
into account the shadowing effect of relief can slow
99
 
down the speed of computing especially when the sun altitude is low.
100
 
 When considering shadowing effect (flag <i>-s</i>) speed and precision computing
101
 
can be controlled by a parameter <i>dist</i> which defines the sampling density
102
 
at which the visibility of a grid cell is computed in the direction of a
103
 
path of the solar flow. It also defines the method by which the obstacle's
104
 
altitude is computed. When choosing <i>dist</i> less than 1.0 (i.e. sampling
105
 
points will be computed at <i>dist</i> * cellsize distance), r.sun takes
106
 
altitude from the nearest grid point. Values above 1.0 will use the maximum
107
 
altitude value found in the nearest 4 surrounding grid points. The default
108
 
value <i>dist</i>=1.0 should give reasonable results for most cases (e.g.
109
 
on DEM). <i>Dist</i> value defines a multiplying coefficient for sampling
110
 
distance. This basic sampling distance equals to the arithmetic average of
111
 
both cell sizes. The reasonable values are in the range 0.5-1.5.  The values
112
 
below 0.5 will decrease and values above 1.0 will increase the computing
113
 
speed. Values greater than 2.0 may produce estimates with lower accuracy
114
 
in highly dissected relief. The fully shadowed areas are written to the ouput
115
 
maps as zero values. Areas with NULL data are considered as no barrier with
116
 
shadowing effect .</p>
117
 
<p>The maps' history files are generated containing the following listed 
118
 
parameters used in the computation: <br>
119
 
- Solar constant 1367 W.m-2 <br>
120
 
- Extraterrestrial irradiance on a plane perpendicular to the solar beam
121
 
[W.m-2] <br>
122
 
- Day of the year <br>
123
 
- Declination [radians] <br>
124
 
- Decimal hour (Alternative 1 only) <br>
125
 
- Sunrise and sunset (min-max) over a horizontal plane <br>
126
 
- Daylight lengths <br>
127
 
- Geographical latitude (min-max) <br>
128
 
- Linke turbidity factor (min-max) <br>
129
 
- Ground albedo (min-max) </p>
130
 
<p>The user can use a nice shellcript with variable
131
 
day to compute radiation for some time interval within the year (e.g. vegetation
132
 
or winter period). Elevation, aspect and slope input values should not be
133
 
reclassified into coarser categories. This could lead to incorrect results. 
134
 
</p>
135
 
 
136
 
<h2> OPTIONS</h2>
137
 
<p>Currently, there are two modes of r.sun.
138
 
In the first mode it calculates solar incidence angle and solar irradiance
139
 
raster maps using the set local time. In the second mode daily sums of solar
140
 
irradiation [Wh.m-2.day-1] are computed for a specified day.</p>
141
 
 
142
 
<h2>
143
 
NOTES</h2>
144
 
 
145
 
Solar energy is an important input parameter in different models concerning 
146
 
energy industry, landscape, vegetation, evapotranspiration, snowmelt or remote
147
 
sensing. Solar rays incidence angle maps can be effectively used in radiometric
148
 
and topographic corrections in mountainous and hilly terrain where very accurate
149
 
investigations should be performed. 
150
 
<p>
151
 
The clear-sky solar radiation model applied in the r.sun is based on the
152
 
work undertaken for development of European Solar Radiation Atlas (Scharmer 
153
 
and Greif 2000, Page et al. 2001, Rigollier 2001). The clear sky model estimates
154
 
the global radiation from the sum of its beam, diffuse and reflected components.
155
 
The main difference between solar radiation models for inclined surfaces
156
 
in Europe is the treatment of the diffuse component. In the European climate
157
 
this component is often the largest source of estimation error. Taking into
158
 
consideration the existing models and their limitation the European Solar
159
 
Radiation Atlas team selected the Muneer (1990) model as it has a sound theoretical
160
 
basis and thus more potential for later improvement. </p>
161
 
<p>
162
 
Details of underlying equations used in this program can be found in the
163
 
reference literature cited below or book published by Neteler and Mitasova: 
164
 
Open Source GIS: A GRASS GIS Approach (published in Kluwer Academic Publishers 
165
 
in 2002). </p>
166
 
<p>
167
 
Average monthly values of the Linke turbidity coefficient for a mild climate
168
 
(see reference literature for your study area): </p>
169
 
<pre>
170
 
Month&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Jan&nbsp; Feb&nbsp; Mar&nbsp; Apr&nbsp; May&nbsp; Jun&nbsp; Jul&nbsp; Aug&nbsp; Sep&nbsp; Oct&nbsp; Nov&nbsp; Dec&nbsp; annual<br>
171
 
mountains&nbsp; 1.5&nbsp; 1.6&nbsp; 1.8&nbsp; 1.9&nbsp; 2.0&nbsp; 2.3&nbsp; 2.3&nbsp; 2.3&nbsp; 2.1&nbsp; 1.8&nbsp; 1.6&nbsp; 1.5&nbsp; 1.90&nbsp;&nbsp;<br>
172
 
rural&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 2.1&nbsp; 2.2&nbsp; 2.5&nbsp; 2.9&nbsp; 3.2&nbsp; 3.4&nbsp; 3.5&nbsp; 3.3&nbsp; 2.9&nbsp; 2.6&nbsp; 2.3&nbsp; 2.2&nbsp; 2.75&nbsp;&nbsp;<br>
173
 
city&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 3.1&nbsp; 3.2&nbsp; 3.5&nbsp; 4.0&nbsp; 4.2&nbsp; 4.3&nbsp; 4.4&nbsp; 4.3&nbsp; 4.0&nbsp; 3.6&nbsp; 3.3&nbsp; 3.1&nbsp; 3.75&nbsp;&nbsp;<br>
174
 
industrial 4.1&nbsp; 4.3&nbsp; 4.7&nbsp; 5.3&nbsp; 5.5&nbsp; 5.7&nbsp; 5.8&nbsp; 5.7&nbsp; 5.3&nbsp; 4.9&nbsp; 4.5&nbsp; 4.2&nbsp; 5.00
175
 
</pre>
176
 
<p>
177
 
Planned improvements include the use of the SOLPOS algorithm for solar 
178
 
geometry calculations and internal computation of aspect and slope.
179
 
 
180
 
<h3>Shadow maps</h3>
181
 
A map of shadows can be extracted from the solar incidence angle map
182
 
(incidout). Areas with zero values are shadowed. The <em>-s</em> flag
183
 
has to be used.
184
 
 
185
 
<h2>EXAMPLE</h2>
186
 
 
187
 
Nice looking maps can be created with the model's output as follows:
188
 
<div class="code"><pre>
189
 
 
190
 
g.region rast=elevation.dem
191
 
r.sun -s elev=elevation.dem slop=slope asp=aspect beam=beam_map day=180
192
 
r.colors beam_map col=grey
193
 
d.his i_map=beam_map h_map=elevation.dem
194
 
 
195
 
</pre></div>
196
 
 
197
 
 
198
 
<h2>SEE ALSO</h2>
199
 
<a href="r.slope.aspect.html">r.slope.aspect</a>,
200
 
<a href="r.sunmask.html">r.sunmask</a>,
201
 
<a href="g.proj.html">g.proj</a>,
202
 
<a href="r.null.html">r.null</a>,
203
 
<a href="v.surf.rst.html">v.surf.rst</a>
204
 
 
205
 
 
206
 
<h2>REFERENCES</h2>
207
 
 
208
 
Hofierka, J., Suri, M. (2002): The solar radiation model for Open source
209
 
GIS: implementation and applications. Manuscript submitted to the International
210
 
GRASS users conference in Trento, Italy, September 2002. 
211
 
<p>
212
 
Hofierka, J. (1997). Direct solar radiation modelling within an open GIS
213
 
environment. Proceedings of JEC-GI'97 conference in Vienna, Austria, IOS
214
 
Press Amsterdam, 575-584. </p>
215
 
<p>
216
 
Jenco, M. (1992). Distribution of direct solar radiation on georelief and
217
 
its modelling by means of complex digital model of terrain (in Slovak). Geograficky
218
 
casopis, 44, 342-355. </p>
219
 
<p>
220
 
Kasten, F. (1996). The Linke turbidity factor based on improved values of
221
 
the integral Rayleigh optical thickness. Solar Energy, 56 (3), 239-244. </p>
222
 
<p>
223
 
Kasten, F., Young, A. T. (1989). Revised optical air mass tables and approximation
224
 
formula. Applied Optics, 28, 4735-4738. </p>
225
 
<p>
226
 
Kittler, R., Mikler, J. (1986): Basis of the utilization of solar radiation 
227
 
(in Slovak). VEDA, Bratislava, p. 150. </p>
228
 
<p>
229
 
Krcho, J. (1990). Morfometrick&aacute; analza a digit&aacute;lne modely georeli&eacute;fu
230
 
(Morphometric analysis and digital models of georelief, in Slovak).
231
 
VEDA, Bratislava.</p>
232
 
<p>
233
 
Muneer, T. (1990). Solar radiation model for Europe. Building services engineering
234
 
research and technology, 11, 4, 153-163. </p>
235
 
<p>
236
 
Neteler, M., Mitasova, H. (2002): Open Source GIS: A GRASS GIS Approach, Kluwer
237
 
Academic Publishers. </p>
238
 
<p>
239
 
Page, J. ed. (1986). Prediction of solar radiation on inclined surfaces. Solar
240
 
energy R&amp;D in the European Community, series F &#8211; Solar radiation data,
241
 
Dordrecht (D. Reidel), 3, 71, 81-83. </p>
242
 
<p>
243
 
Page, J., Albuisson, M., Wald, L. (2001). The European solar radiation atlas:
244
 
a valuable digital tool. Solar Energy, 71, 81-83. </p>
245
 
<p>
246
 
Rigollier, Ch., Bauer, O., Wald, L. (2000). On the clear sky model of the
247
 
ESRA - European Solar radiation Atlas - with respect to the Heliosat method.
248
 
Solar energy, 68, 33-48. </p>
249
 
<p>
250
 
Scharmer, K., Greif, J., eds., (2000). The European solar radiation atlas,
251
 
Vol. 2: Database and exploitation software. Paris (Les Presses de l&#8217; &Eacute;cole
252
 
des Mines). </p>
253
 
 
254
 
<p>Joint Research Centre: <a href="http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/">GIS solar radiation database for Europe</a> and 
255
 
<a href="http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/solres/solmod3.htm">Solar radiation and GIS</a>
256
 
</p>
257
 
 
258
 
<h2>AUTHORS</h2>
259
 
 
260
 
Jaroslav Hofierka, GeoModel, s.r.o. Bratislava, Slovakia <br>
261
 
                                                                        
262
 
Marcel Suri, GeoModel, s.r.o. Bratislava, Slovakia <br>
263
 
 
264
 
Thomas Huld, JRC, Italy <br>
265
 
 
266
 
&copy; 2002, Jaroslav Hofierka, Marcel Suri 
267
 
<address>
268
 
<a href="MAILTO:hofi@geomodel.sk">hofierka@geomodel.sk</a>
269
 
<a href="MAILTO:suri@geomodel.sk">suri@geomodel.sk</a>
270
 
</address>
271
 
 
272
 
<p><i>Last changed: $Date: 2010-01-15 15:57:25 +0100 (Fri, 15 Jan 2010) $</i> </p>