延安地区太阳高度角和方位角建模及核桃树阴影变化分析

本研究利用天文学和数学模型，结合MATLAB编程，通过分析树木的受光情况，建立了太阳高度角和太阳方位角模型，并构建了锥形树冠模型来近似树冠形状，对延安地区核桃树阴影的高度、方向和面积变化情况进行了详尽的分析。首先，根据延安的经纬度计算出时角和方位角，并建立太阳高度角和太阳方位角模型，得出了一年中每日每时的太阳高度角和太阳方位角数据。随后，利用影长公式和阴影方向角公式，得到核桃树每小时的阴影高度、方向变化和面积变化情况。本研究为了解核桃树的生长环境提供了重要的参考价值，有助于优化核桃树种植布局和光照条件，提高核桃林的产量和质量，同时也为类似植物的生长环境分析提供了新的研究思路。

林草植被在维护生态环境安全方面发挥了重要作用。核桃树作为一种重要的经济树种，对当地的生态环境和经济社会的长期稳定发展做出了重要贡献。然而，在核桃树的种植和管理过程中，单株树木树冠的受光及遮阴而形成阴影随时间、季节变化的问题仍然存在。最近的研究表明，利用遥感技术和地理信息系统结合核桃树的生长模型，可以更精确地预测核桃树的阴影范围和变化规律，从而更好地指导核桃树的种植布局和管理，提高林地的生态效益和经济效益。同时，利用无人机和传感器技术实时监测核桃树的生长状态和阴影情况，为精准的管理和调控提供数据支持。此外，为了解决太阳高度角和太阳方位角计算的适用性和单株树木树冠的阴影变化问题，本文采用MATLAB 软件建立了太阳高度角和太阳方位角模型，并根据核桃树的平均高度、太阳高度角和太阳方位角，计算出了一年中每日每时核桃树的影子高度、方位、面积变化，进而分析了阴影面积的变化情况，为优化核桃树种植布局和光照条件提供参考。

2. 模型假设 1) 不考虑地形坡度； 2) 核桃树生长垂直于地平线，太阳光线平行； 3) 忽略核桃树的树干长度，近似认为树高等于树冠高度； 4) 近似认为核桃树外形都相同，树冠呈圆锥形[1]，阴影面积呈等腰三角形； 5) 一年以365 天计。

3. 单株核桃树的阴影随时间季节的变化情况 3.1. 太阳高度角α 的计算 太阳高度角是指对于地球上的某个参照物，太阳光线与地平线的夹角，即某地太阳光线与该地作垂直于地心的地表切线的夹角[2]。太阳高度角程序定义了延安所在地的纬度phi，然后使用linspace 函数生