太陽輻射進(jìn)入大氣層的衰減

對(duì)于太陽能熱水器工程系統(tǒng)來說，我們?cè)谧鎏柲芄こ谭桨傅臅r(shí)候，一定要考慮到太陽輻射進(jìn)入大氣層的影響。由于地球外表有一層厚約30km的大氣層。雖然厚度不大，不及地球直徑的四百分之 一，但對(duì)太陽輻射有較大影響。太陽輻射穿過大氣層時(shí)，將受到大氣中的各類氣體，如臭
氧、二氧化碳以及水蒸氣和灰塵等物的吸收、反射和散射，使得到達(dá)地面的太陽輻射顯著衰減。據(jù)估計(jì)，反射回宇宙的能量約占總童的30%,被吸收的約占23%,其余47%左右 的能量才到達(dá)地球陸地和海洋，成為地球上能量的主要來源（圖1〜2)。

地球表面上的太陽輻射由兩部分組成。

①直射輻射不改變方向的太陽輻射。

②散射輻射被大氣層或云層反射和散射后改變了方向的太陽輻射。

地球大氣層上界的太陽輻射是直射輻射。當(dāng)它穿過大氣層時(shí)，部分受到大氣空氣分 子、水蒸氣和灰塵顆粒的散射，使到達(dá)地球表面的直射輻射顯著減??；同時(shí)，太陽輻射的
各種波長中的某些波長的輻射被大氣中的02、H20、032和03所吸收（其中主要是02 對(duì)紫外區(qū)輻射的吸收，H20對(duì)紅外區(qū)輻射的吸收）。因此，到達(dá)地面的直接輻射和散射的
和，必定小于大氣層上界的太陽輻射。太陽輻射的衰減程度和大氣質(zhì)量及大氣透明度 有關(guān)。

大氣質(zhì)董太陽輻射透過大氣層時(shí)，通過的
路程越長，則大氣對(duì)太陽輻射的吸收、反射和散射 的量越多，太陽輻射被衰減的程度也越厲害，到 達(dá)地面的輻射通量便越小。為了表示大氣對(duì)太陽 輻射衰減作用的大小，一般采用“大氣質(zhì)量”（m)
這一概念。大氣質(zhì)量是太陽輻射通過大氣層的無 量綱路程，是太陽光通過大氣的路徑與太陽在天 頂方向時(shí)路徑的比值。令海平面上太陽光垂直人 射的路徑為1，即無量綱距為m=l,則大氣質(zhì)量
的示意見圖1-3。太陽高度角與大氣質(zhì)量的關(guān)系見 表1-1。

圖1-3大氣質(zhì)量示意

表1-1太陽離度角與大氣質(zhì)量的關(guān)系

太陽高度角as

90°

60°

45°

30°

10°

5°

大氣質(zhì)置（1/sinas)

1.000

1. 155

1. 414

2. 000

5. 758

11. 480

由式（1-4)及表1-1可知，太陽在地面上方的高度越低，即高度角越小，m越大， 太陽輻射受大氣衰減的作用越大。當(dāng)太陽接近地平線時(shí)，其大氣質(zhì)量是天頂時(shí)的十多倍，
所以這時(shí)的太陽輻照度較低。

(2)大氣透明度為了考慮大氣透明度對(duì)太陽輻射的影響，在經(jīng)過繁瑣的公式推導(dǎo)
后，制成了表格（表1-2)。從表中可査出不同太陽高度角和大氣透明度的太陽直接輻射 照度。

表1-2各種大氣透明度下水平面上太陽總輻射（W/ m2)

與太陽畝度免的關(guān)系（日-地平均距離）