太阳总辐射 散射辐射
太阳能资源评估
太阳能资源评估引言概述：太阳能作为一种可再生能源，具有广泛的应用前景。
然而，为了更好地利用太阳能资源，我们需要对其进行评估和分析。
本文将从太阳能资源的概念、评估方法、影响因素、评估工具和应用前景五个方面进行详细阐述。
一、太阳能资源的概念1.1 太阳能资源的定义太阳能资源指的是太阳辐射能量，包括太阳直接辐射和散射辐射。
太阳直接辐射是指从太阳直接传播到地球表面的辐射能量，而散射辐射是指太阳辐射经过大气层散射后到达地面的能量。
1.2 太阳能资源的计量单位太阳能资源的计量单位主要有太阳辐照度、太阳辐照量和太阳总辐射量。
太阳辐照度是单位面积上单位时间内太阳辐射的能量，常用单位为千瓦时/平方米。
太阳辐照量是指单位时间内单位面积上太阳辐射的总能量，常用单位为千瓦时/平方米。
太阳总辐射量是指单位时间内单位面积上太阳辐射的总能量，常用单位为千瓦时/平方米。
1.3 太阳能资源的分布特点太阳能资源的分布受到地理位置、气候条件和季节变化等因素的影响。
赤道地区太阳辐射强度较高，而极地地区太阳辐射强度较低。
此外，夏季太阳辐射强度较高，冬季太阳辐射强度较低。
二、太阳能资源的评估方法2.1 太阳能资源测量方法太阳能资源的测量方法主要有地面测量和遥感测量。
地面测量是指通过安装太阳能辐射测量仪器在地面上进行太阳能辐射测量。
遥感测量是指利用遥感技术，通过卫星或飞机等远程手段对太阳能辐射进行测量。
2.2 太阳能资源模拟方法太阳能资源模拟方法是通过建立数学模型，利用气象数据和地理信息等参数，模拟太阳能辐射分布和变化规律。
常用的模拟方法包括物理模型、统计模型和人工神经网络模型等。
2.3 太阳能资源评估软件太阳能资源评估软件是利用计算机技术，通过输入相关数据和参数，进行太阳能资源评估和分析的工具。
目前市场上常用的太阳能资源评估软件有PVsyst、SAM、RETScreen等。
三、太阳能资源的影响因素3.1 地理位置地理位置是影响太阳能资源的重要因素。
太阳辐射
物体对辐射的吸收、 物体对辐射的吸收、反射和透射 概念 吸收率(a) 吸收率(a) ： 反射率(r) 反射率(r) ： 透射率(d) 透射率(d) ：
入 射
a=Qa/Q r=Qr/Q d=Qd/Q
反 射
吸收
透 射
a、r、d的变化 黑体：对于投射到该物体上所有波长的辐射都能全部吸 黑体： 收的物体称为绝对黑体 故有： 收的物体称为绝对黑体。故有： 绝对黑体。 a＝１，r＝d＝０。 灰体：透射率d＝０，吸收率a＝（１－r），且a不随波 吸收率a＝（１ 灰体：透射率d 长而变化的物体。 长而变化的物体。 的物体
二、太阳高度角、太阳方位角和昼长 太阳高度角、
太阳高度角 （h） 定义 太阳光线与地表水平面之间的夹角。(0°≤h≤90° 太阳光线与地表水平面之间的夹角。(0°≤h≤90°) 水平面上太阳辐射的计算
AB CD Sm ′＝Sm ＝Smsinh sinh ABC′D′
………… (3-8) (3Sm和Sm′与h的关系图
可见光波长范围
色彩名称 紫 波长范围 0.40～0.43微米 0.40～0.43微米 0.43～0.47微米 0.43～0.47微米 0.47～0.50微米 0.47～0.50微米 0.50～0.56微米 0.50～0.56微米 0.56～0.59微米 0.56～0.59微米 0.59～0.62微米 0.59～0.62微米 0.62～0.76微米 0.62～0.76微米
斯蒂芬—波尔兹曼(Stefan Boltzmann)定律 斯蒂芬—波尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律 (Stefan定律 与它本身绝对温度（ 黑体的总放射能力（ 黑体的总放射能力（ET）与它本身绝对温度（T）的 四次方成正比。即： 四次方成正比。 ET ＝σT
太阳年辐射量
太阳年辐射量
太阳年辐射量是指一年内单位面积上地球表面接收到的太阳总辐射能量。
通常以焦耳每平方米（J/m²）或千瓦时每平方米（kWh/m²）为单位来衡量。
根据之前的信息，全球平均每年每平方米接收到的太阳总辐射量大约在1368瓦/平方米的基础上计算得出，但由于地球自转、公转以及大气层对阳光的吸收、散射和反射等因素影响，实际到达地表的太阳辐射总量会因地理位置、季节变化、海拔高度、天气状况等不同而有所差异。
全球平均而言，太阳辐射到地球表面的年总能量约为174 petajoules (PJ) 每平方米，转换为兆焦耳每平方米则是大约1,700千兆焦耳每平方米（GJ/m²·yr），或者按照365天换算，每天约4.62 MJ/m²。
在中国，不同地区的年太阳总辐射量也存在较大差距，例如东部地区年总辐射量在3300~6000兆焦耳每平方米之间，西部地区则更高一些。
这些数据对于太阳能利用，如光伏发电系统的规划与设计具有重要意义。
第一章 太阳辐射解读
4、太阳辐射总量在空间上的变化 一天内，一般在中纬度地区，夏季太阳辐射日 总量大 ，冬季太阳辐射日总量小；中高纬度不同地 区太阳辐射日总量最大值可能出现在春季或秋季； 在低纬度地区日总量的变化不大 。 一年中，太阳辐射年总量一般随纬度的增高而 减少 。
（五）地面对太阳辐射的反射和吸收 1、地面的反射辐射:
(四)到达地面的太阳辐射强度
1、到达地面的太阳辐射的组成 经过大气减弱后 投射到地面的太阳辐射由两部分组成，即太阳直接 辐射和散射辐射。
直接辐射是指以平行光线的形式直接投射到地面的太阳辐 射。直接辐射照度是指单位面积，在单位时间内所接受的 直接辐射，用Sˊ表示。 散射辐射是指经散射后，由天空投射到地面的太阳辐射。散 射辐射照度是指单位面积，在单位时间内所接受的散射辐射， 用D表示。 直接辐射与散射辐射之和，称为总辐射。直接辐射照度与散 射辐射照度之和称为总辐照度（Q）。 即 Q = S'+ D （1-4）
（一）太阳辐射光谱
太阳辐射光谱： 太阳辐射能随波长的 分布曲线称之。 图中实线是大气上界 的太阳辐射光谱，太 阳辐射能绝大部分集 中在波长150— 4000nm之间，占太阳 辐射总能量的99%。
紫外线区 （λ<400nm） 能量占总能量 的7%，具有化 学效应，全部 到达地面有毁 灭生物的作用， 幸大气中O3层 吸收而到达地 面的极少，它 具有杀菌消毒， 促进种子萌发 的作用。
• 夏至日 太阳直射北 回归线，北半球昼长 夜短，纬度愈高，白 昼愈长，在北极圈内 （66.5°N）为24h白 昼，称极昼现象；南 半球则相反。此时， 北半球为夏季，南半 球为冬季。
化，冬短夏长，春秋介于二者间；② 夏季昼长随纬度升高而 增长，冬季昼长随纬度升高而缩短，春、秋分则不随纬度升高 而变。
水平面总辐射量和倾斜面总辐射量的关系
水平面总辐射量和倾斜面总辐射量的关系
根据太阳辐射原理，太阳的辐射在大气层中被散射、吸收和反射，从
而形成了地球表面上的太阳辐射能。
太阳辐射能主要以水平面总辐射
量和倾斜面总辐射量两种形式表现。
水平面总辐射量是指在水平面上单位面积和单位时间内所接收到的太
阳总辐射量。
其被垂直于大气层表面的太阳辐射所衡量，因此可以被
视为直接辐射和散射辐射的总和。
而倾斜面总辐射量是指在某一特定
倾角面（通常为垂直于太阳光线的面）上单位面积和单位时间内所接
收到的太阳总辐射量。
因此，在倾斜面上接收到的太阳辐射能取决于
太阳光线入射角度的大小。
水平面总辐射量和倾斜面总辐射量之间存在着一定的关系。
首先，在
理论上，当太阳光线垂直于倾斜面时，倾斜面总辐射量将等于水平面
总辐射量。
而当光线斜射角度变大时，倾斜面总辐射量将小于水平面
总辐射量。
其次，在实际应用中，为了准确地计算和利用太阳辐射能，需要根据不同的气象条件、地理位置和应用需求等因素选择合适的辐
射量数据。
通常情况下，倾斜面总辐射量可以通过水平面总辐射量和
倾斜面入射角度的关系进行计算，从而更有效地利用太阳辐射能。
总之，水平面总辐射量和倾斜面总辐射量是太阳辐射能的重要表现形
式，它们之间具有一定的关系。
合理地利用倾斜面总辐射量可以更好地满足各种太阳能利用应用的需求，同时也可以更好地发挥太阳能的潜力。
气象辐射学.
太阳辐射太阳辐射solar radiation太阳向宇宙空间发射的电磁波和粒子流。
地球所接受到的太阳辐射能量仅为太阳向宇宙空间放射的总辐射能量的二十二亿分之一，但却是地球大气运动的主要能量源泉。
到达地球大气上界的太阳辐射能量称为天文太阳辐射量。
在地球位于日地平均距离处时，地球大气上界垂直于太阳光线的单位面积在单位时间内所受到的太阳辐射的全谱总能量，称为太阳常数。
太阳常数的常用单位为瓦/米2。
因观测方法和技术不同，得到的太阳常数值不同。
世界气象组织(WMO)1981年公布的太阳常数值是1368瓦/米2。
地球大气上界的太阳辐射光谱的99％以上在波长0.15～4.0微米之间。
大约50％的太阳辐射能量在可见光谱区（波长0.4～0.76微米），7％在紫外光谱区（波长<0.4微米）,43％在红外光谱区（波长>0.76微米），最大能量在波长0.475微米处。
由于太阳辐射波长较地面和大气辐射波长（约3～120微米）小得多，所以通常又称太阳辐射为短波辐射，称地面和大气辐射为长波辐射。
太阳活动和日地距离的变化等会引起地球大气上界太阳辐射能量的变化。
太阳辐射通过大气，一部分到达地面，称为直接太阳辐射；另一部分为大气的分子、大气中的微尘、水汽等吸收、散射和反射。
被散射的太阳辐射一部分返回宇宙空间，另一部分到达地面，到达地面的这部分称为散射太阳辐射。
到达地面的散射太阳辐射和直接太阳辐射之和称为总辐射。
太阳辐射通过大气后，其强度和光谱能量分布都发生变化。
到达地面的太阳辐射能量比大气上界小得多，在太阳光谱上能量分布在紫外光谱区几乎绝迹，在可见光谱区减少至40％，而在红外光谱区增至60％。
在地球大气上界，北半球夏至时，日辐射总量最大，从极地到赤道分布比较均匀；冬至时，北半球日辐射总量最小，极圈内为零，南北差异最大。
南半球情况相反。
春分和秋分时，日辐射总量的分布与纬度的余弦成正比。
南、北回归线之间的地区，一年内日辐射总量有两次最大，年变化小。
大气对太阳辐射的散射
大气对太阳辐射的散射
大气对太阳辐射有两种主要的散射方式：雷利散射和密歇散射。
1. 雷利散射：当太阳辐射通过大气层时，与气体分子的尺寸相比较小的波长的光会发生雷利散射。
这种散射是非选择性的，即不受波长的影响。
雷利散射使得太阳光中的一部分能量散射到周围的各个方向，包括散射到地球表面上。
2. 密歇散射：相较于雷利散射，密歇散射是指太阳辐射与大气层中的气溶胶或云滴等较大的悬浮物质相互作用后发生的散射。
这种散射与波长有关，在可见光范围内，蓝光的波长较短，因此相对于其他波长的光，蓝光更容易被散射。
这就是为什么天空呈现出蓝色的原因。
由于密歇散射会将太阳光中的一部分能量散射到各个方向，这也会导致太阳在公认的位置附近产生光晕和彩虹等现象。
总体来说，大气层中的散射会导致太阳辐射的一部分能量在任意方向上进行散射，这就是为什么我们能够感受到来自各个方向的太阳辐射。
同样地，散射也会使得地球表面接收到来自不同角度的太阳辐射，从而影响地球的能量平衡和气候。
大气热能和温度
二、辐射光谱(radiation spectrum)
辐射能量按波长的分布就是辐射光谱
气象学着重研究的是太阳、地球和大气的热辐 射，它们的波长范围大约在0.15～120 μm
三.物体对辐射的吸收、反射和透射
设投射到某一物体上的辐射能为Ｑ，被 该物 体吸收(absorption)Qa，反射(reflection)Qr，透射 (transmission) Qt，根据能量守恒定律 ，应有: Qa＋Qr＋Qt＝Q
2.大气对太阳辐射的散射
散射(Scattering)是质点受到投射来的电磁波 冲击时，引起质点中的电子振动，而向四面 八方放射电磁波。
（1）分子散射----雷利(Rayleign)散射
当散射质点很小，其半径a远小于波长， 即 a<< 时，散射强度与波长的4次方成反比
～雷利散射定律
即：
el =
3. 地面有效辐射
(1) 地面有效辐射(Re)定义
地面辐射与地面吸收的大气逆辐射之差， 叫做地面有效辐射(terrestrial effective radiation) 。即地面净损失的长 波辐射。
Re=R0-δRA
δ为地面的相对吸收率。
在没有太阳辐射的情况下，地面的温度状况 主要由地面有效辐射决定。地面有效辐射越 大，地面的降温速度也就越快。
绝对黑体的总放射能力与其表面温度的四 次方成正比。即： ETB=σT4 σ为斯蒂芬－波尔兹曼常数，其值为 5.67×10-8 W/m2· 4。 K
如太阳表面温度为6000°K，而地球表面的平均温 度为288°K，因而，太阳表面单位面积上放射的能 量要比地球表面放射的能量大几百万倍。
3.维恩（Wein）定律
绝对黑体辐射能力最大值所对应的波 长λmax与绝对黑体的绝对温度T成反比， 即： λmax＝C/ T
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太阳总辐射散射辐射
太阳总辐射包括直接辐射和散射辐射两部分。
直接辐射指太阳光线直接照射到地表的辐射，而散射辐射则是指太阳光线经过大气层后在大气中发生散射而到达地表的辐射。
散射辐射的比例随着大气层厚度、气溶胶和云量等因素的变化而有所不同。
散射辐射在大气层中的传播会造成大气吸收和散射，从而影响到太阳总辐射的强度和分布，对人类活动和自然生态系统的影响也是很大的。
因此，对太阳总辐射和散射辐射的研究非常重要，可以帮助我们更好地了解气候变化和环境保护等问题。
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