根据太阳高度角判断所在位置某天是否是极昼或极夜的python代码-CFANZ编程社区

根据太阳高度角判断极昼或极夜的 Python 实现

在这篇文章中，我们将学习如何使用 Python 代码根据太阳高度角判断某个位置是否经历极昼或极夜。首先，我们要了解极昼和极夜的概念：

极昼：在夏季，某些区域（如北极和南极）会经历24小时的日照，称为极昼。
极夜：在冬季，某些区域会经历24小时的黑暗，称为极夜。

流程概述

以下是实现这一功能的基本步骤：

流程步骤	描述
1. 导入必要库	使用 NumPy 和 Matplotlib 获取数据和绘图。
2. 计算太阳高度角	利用日期和位置计算该日的太阳高度角。
3. 判断极昼或极夜	根据太阳高度角的值判断极昼或极夜。
4. 可视化结果	使用饼状图展示极昼和极夜的结果。

每一步的实现

1. 导入必要库

首先，我们需要导入必要的库，例如 numpy 和 matplotlib：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

这里我们导入用于数学计算的 numpy 和用于绘图的 matplotlib 库。

2. 计算太阳高度角

我们可以根据纬度、日期和时间来计算太阳高度角。以下是一个计算太阳高度角的函数示例：

def calculate_solar_altitude(latitude, day_of_year):
    # 计算太阳高度角
    declination = 23.44 * np.sin(np.radians((360 / 365) * (day_of_year - 81)))
    solar_altitude = np.degrees(np.arcsin(np.sin(np.radians(latitude)) * np.sin(np.radians(declination))))
    return solar_altitude

latitude 是所在位置的纬度。
day_of_year 是一年中的第几天。
declination 是太阳的倾斜角度，取决于夏至和冬至。
solar_altitude 是通过反正弦函数计算的太阳高度角。

3. 判断极昼或极夜

接下来，我们用一个简单的函数来判断当天是否是极昼或极夜：

def check_extreme_day(solar_altitude):
    if solar_altitude >= 0:
        return "极昼"  # 如果太阳高度角大于或等于0，判断为极昼
    else:
        return "极夜"  # 否则判断为极夜

4. 可视化结果

最后，我们我们将结果可视化为饼状图：

def visualize_results(results):
    labels = results.keys()
    sizes = results.values()
    
    plt.figure(figsize=(8, 4))
    plt.pie(sizes, labels=labels, autopct='%1.1f%%', startangle=90)
    plt.axis('equal')  # 使饼状图为圆形
    plt.title("极昼与极夜的分布")
    plt.show()

results 是一个使用极昼和极夜计数的字典。

整合所有代码

将所有步骤整合在一起：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

def calculate_solar_altitude(latitude, day_of_year):
    declination = 23.44 * np.sin(np.radians((360 / 365) * (day_of_year - 81)))
    solar_altitude = np.degrees(np.arcsin(np.sin(np.radians(latitude)) * np.sin(np.radians(declination))))
    return solar_altitude

def check_extreme_day(solar_altitude):
    if solar_altitude >= 0:
        return "极昼"
    else:
        return "极夜"

def visualize_results(results):
    labels = results.keys()
    sizes = results.values()

    plt.figure(figsize=(8, 4))
    plt.pie(sizes, labels=labels, autopct='%1.1f%%', startangle=90)
    plt.axis('equal')
    plt.title("极昼与极夜的分布")
    plt.show()

# 示例用法
latitude = 60.0  # 纬度
days = np.arange(1, 366)  # 一年中的每一天
results = {"极昼": 0, "极夜": 0}

for day in days:
    altitude = calculate_solar_altitude(latitude, day)
    result = check_extreme_day(altitude)
    results[result] += 1

visualize_results(results)

序列图

用 mermaid 语法表示的序列图如下：

sequenceDiagram
    participant User
    participant Program
    User->>Program: 输入纬度和日期
    Program->>Program: 计算太阳高度角
    Program->>Program: 判断极昼或极夜
    Program->>User: 返回结果
    Program->>User: 显示饼状图