Как рассчитать максимальный и минимальный солнечный азимут в заданном месте?

Каждое уравнение азимута, которое мне удалось найти до сих пор, зависит от ввода времени, и я не хочу перебирать решение, просто пытаясь все время. (См. ниже стандартные уравнения.)

Мой вариант использования не требует большой точности, в пределах нескольких градусов все в порядке. Итак, в идеале я ищу уравнения, которые принимают только широту (и, возможно, долготу?) в качестве входных и выходных максимальных и/или минимальных углов азимута для этого местоположения. Кроме того, меня будут интересовать только годы в течение столетия, поэтому я не верю, что изменение от года к году будет иметь значение, учитывая мои требования к точности, но если я ошибаюсь, я буду рад предоставить текущий год. также.

Стандартные солнечные уравнения , основанные на солнечном калькуляторе NOAA

Note: The sunrise and sunset results are theoretically accurate to within a minute
 for locations between +/- 72° latitude, and within 10 minutes outside of those latitudes.  
 However, due to variations in atmospheric composition, temperature, pressure and conditions, 
 observed values may vary from calculations.
...
Please note that calculations in the spreadsheets are only valid for dates between 1901 and 2099, 
 due to an approximation used in the Julian Day calculation." 

Ξ знак равно Широта (от + до N)

Φ знак равно Долгота (от + до E)

ю знак равно Часовой пояс (от + до E)

д знак равно Дата

т знак равно Время (часы после местной полуночи)

υ знак равно Юлианский день = д + 2415018.5 + т ю 24

о знак равно Юлианский век = υ 2451545 36525

р знак равно Geom Среднее длинное солнце (градусы) = ( 280.46646 + о ( 36000.76983 + 0,0003032 о ) ) мод 360

ξ знак равно Geom Среднее аномальное солнце (градусы) = 357.52911 + о ( 35999.05029 0,0001537 о )

мю знак равно Эксцентриситет околоземной орбиты = 0,016708634 о ( 0,000042037 + 0,0000001267 о )

λ знак равно Солнечное уравнение Ctr = грех ( ξ р а д ) ( 1.914602 о ( 0,004817 + 0,000014 о ) ) + грех ( 2 ξ р а д ) ( 0,019993 0,000101 о ) + 0,000289 грех ( 3 ξ р а д )

κ знак равно Солнечная истинная длинна (градусы) = р + λ

я знак равно Истинный аномалий солнца (градусы) = ξ + λ

θ знак равно Вектор солнечного радара (AUs) = 1.000001018 ( 1 мю 2 ) 1 + мю потому что ( я р а д )

η знак равно Sun App Long (градусы) = κ 0,00569 0,00478 грех ( ( 125.04 1934.136 о ) р а д )

ζ знак равно Средняя косая эклиптика (градусы) = 23 + 26 + 21.448 о ( 46.815 + о ( 0,00059 о 0,001813 ) ) 60 60

ϵ знак равно Косая корр. (град.) = ζ + 0,00256 потому что ( ( 125.04 1934.136 о ) р а д )

дельта знак равно Закат солнца (градусы) = ( арксин ( грех ( ϵ р а д ) грех ( η р а д ) ) ) о

у знак равно переменная у = загар ( ( ϵ 2 ) р а д ) 2

Г знак равно Уравнение времени (минуты) = 4 ( у грех ( 2 р р а д ) 2 мю грех ( ξ р а д ) + 4 мю у грех ( ξ р а д ) потому что ( 2 р р а д ) 0,5 у 2 грех ( 4 р р а д ) 1,25 мю 2 грех ( 2 ξ р а д ) ) о

γ знак равно Истинное солнечное время (мин) = ( 1440 т + Г + 4 Φ 60 ю ) мод 1440

β знак равно Часовой угол (градусы) = я ф ( γ 4 < 0 ) { γ 4 + 180 } е л с е { γ 4 180 }

Ом знак равно Угол солнечного зенита (градусы) = ( арккос ( грех ( Ξ р а д ) грех ( дельта р а д ) + потому что ( Ξ р а д ) потому что ( дельта р а д ) потому что ( β р а д ) ) ) о

α знак равно Угол солнечного азимута (градус по часовой стрелке от северной широты) = я ф ( β > 0 ) { ( арккос ( грех ( Ξ р а д ) потому что ( Ом р а д ) грех ( дельта р а д ) потому что ( Ξ р а д ) грех ( Ом р а д ) ) о + 180 ) мод 360 } е л с е { ( 540 арккос ( грех ( Ξ р а д ) потому что ( Ом р а д ) грех ( дельта р а д ) потому что ( Ξ р а д ) грех ( Ом р а д ) ) о ) мод 360 }

Спасибо за предложение @uhoh. Я добавил уравнения, как вы предложили.
Вау, сколько работы, выглядит здорово!
Если я правильно понимаю ваш вопрос, вы запрашиваете азимут восхода и захода солнца для самого длинного дня в данном месте на Земле? В пределах нескольких градусов? Значит, можно рассматривать Землю как идеальный шар и игнорировать любые эффекты атмосферы?
Мне кажется разумным, что эти предположения не вызовут более чем нескольких степеней ошибки.
На самом деле @ralf-kleberhoff указывает на точное решение! Спасибо! Просто рассчитайте дату летнего солнцестояния. Используйте это, чтобы найти время восхода и захода солнца. Используйте их для расчета мин. и макс.
geoastro.de/azimuthriset/index.html может быть полезным

Ответы (3)

Спасибо Ральфу Клеберхоффу за то, что указал мне правильное направление.

Шаг 1: Найдите дату летнего солнцестояния

Для точности этого вопроса достаточно просто найти полушарие и выбрать наиболее распространенную дату. (21 июня в Северном полушарии и 22 декабря в Южном полушарии). Если требуется большая точность. Есть много доступных ресурсов . _

Шаг 2: Найдите время восхода и захода солнца в день солнцестояния

Это просто. Однако для полноты. (Примечание: 90,833 — угол возвышения Солнца для восхода и захода солнца. Однако 90 достаточно для такой точности и упрощает уравнения.)

час а знак равно арккос ( потому что ( 90 о ) потому что ( Ξ р а д ) потому что ( дельта р а д ) загар ( Ξ р а д ) загар ( дельта р а д ) ) о знак равно арккос ( загар ( Ξ р а д ) загар ( дельта р а д ) )

с о л а р н о о н знак равно 720 4 Ξ Г 1440

с ты н р я с е т я м е знак равно с о л а р н о о н 4 час а 1440

с ты н с е т т я м е знак равно с о л а р н о о н + 4 час а 1440

Шаг 3: Решите уравнение азимута для времени восхода и захода солнца

Просто подключите с ты н р я с е т я м е и с ты н с е т т я м е в уравнения, приведенные в вопросе.

Очень красивое решение! Также здорово найти время, чтобы опубликовать свое решение для будущих читателей.

Угол азимута от строго на юг до точки, где объект поднимается или заходит, является функцией широты (широта) и склонения (decl) следующим образом: cos(angle) = -sin(decl)/cos(lat)

Это игнорирует преломление и радиус объекта, поэтому это внесет некоторую неточность для Солнца. (Преломление и радиус Солнца составляют 50 угловых минут. Изменение азимута, когда Солнце восходит на 50 угловых минут, является ошибкой в ​​использовании этой формулы. Если вы не находитесь на широте около полюса, уравнение должно быть точным до доли степень.)

(редактировать 23 января). Максимальное склонение Солнца для использования в приведенной выше формуле равно среднему наклону эклиптики (ζ в ваших уравнениях) или скорректированному наклону (ϵ) в зависимости от желаемой точности. Минимальное склонение Солнца равно отрицательному значению наклона. Таким образом, вы можете рассчитать максимальный и минимальный азимут восходящего и заходящего солнца, не зная даты и времени.

Наклон составляет примерно 23,5 градуса, и если вы используете широту 40, например, моя формула показывает, что косинус точки подъема равен -sin(23,5)/cos(40), что дает точку подъема 121,4 градуса к востоку от юга, или азимут 58,6 градусов (180-121,4=58,6). Закат - 121,4 градуса к западу от юга, или азимут 301,4 (180 + 121,4 = 301,4).

Это не отвечает на мой вопрос. Решение формулы азимута, которую я предоставил для восхода и захода солнца, не устраняет проблему многократных попыток, о которой я спрашивал.
Может я не понял вопроса. Я думал, вы хотите знать азимут восхода объекта (например, Солнца). Если вы знаете склонение (например, 23,5 в день июньского солнцестояния) и широту (например, 40), моя формула показывает, что точка подъема равна -sin(23,5)/cos(40), что дает 121,4 градуса к востоку от юга или азимут. 58,6. Закат - 121,4 градуса к западу от юга, или азимут 301,4. Если это не то, что вы хотите, можете ли вы уточнить, какую еще информацию вы хотите?
Знание склонения требует знания времени. Мне нужен ответ, который позволит мне узнать время, а затем вычислить склонение.
@antgiant Если вы спрашиваете о годовом минимальном и максимальном азимуте Солнца, этот ответ по существу правильный. Вы спрашивали о чем-то другом? Ежедневный мин/макс азимут или что-то еще?
@barrycarter ты прав. Редактирование, которое произошло после моего комментария и ответа, объяснило это так, как я мог понять. Я отметил ответ JohnHoltz как решение, так как он намного проще, чем мой собственный. Спасибо, Джон Хольц.

Возьмите абсолютную широту и склонение солнца, если широта меньше склонения, то по следующей формуле вы можете найти максимальный азимутальный угол, на который солнце может идти на восток или запад относительно истинного севера или юга, в зависимости от широты, скажем, широта = - 12, склонение = 19, максимальный азимут = atan(1÷√(cos(-12)^2tan(19)^2-sin(-12)^2)) =75,159374710582=75°09'33,75” от истинного Север

Добро пожаловать в астрономию SE! Прямо сейчас трудно сказать, правильный ответ или неправильный, потому что он показывает уравнение, но не объясняет, откуда оно взялось и как оно применяется. Можете ли вы добавить ссылку или привести источник для этого выражения? Кроме того, в Stack Exchange мы используем MathJax для написания уравнений. Таким образом, например, было бы легче увидеть, как расширяется квадратный корень. Если вы можете добавить дополнительную информацию, снимок экрана и/или ссылку, я (или кто-то другой) могу помочь переформатировать ваше выражение. Спасибо!