Сончева озраченост

Сончева озраченост ― моќта по единица површина (густина на моќноста на површината) добиена од Сонцето во облик на електромагнетно зрачење во опсегот на брановата должина на мерниот инструмент. Сончевата озраченост е мерена во вати по квадратен метар (W/m²) во единици при Меѓународниот систем.

Светската распространетост на дојдовното сончево зрачење со кратки бранови во просек во текот на годините 1981-2010 година од збирот на податоци а CHELSA-BIOCLIM+.

Ефектот на штитот на атмосферата на Земјата врз сончевата озраченост. Горната слика е годишната средна сончева озраченост (или изолација) на врвот на Земјината атмосфера (TOA); долната слика ја прикажува годишната изолација која стигнува до површината на Земјата по минување низ атмосферата. Двете слики користат иста скала на бои.

Сончевата озраченост често е интегрирана во даден временски период со цел да биде заведена зрачната енергија што е емитувана во околината (џул на квадратен метар, J/m²) во тој временски период. Оваа интегрирана сончева озраченост е нарекувана сончево озрачување, сончева изложеност, сончева изолација или изолација.

Озраченоста може да биде мерена во вселената или на површината на Земјата по атмосферското впивање и расејување. Озраченоста во вселената е функција на растојанието од Сонцето, сончевиот циклус и промените на вкрстениот циклус. Зрачењето на површината на Земјата дополнително зависи од навалувањето на мерната површина, висината на Сонцето над хоризонтот и атмосферските услови. Сончевата озраченост влијае на метаболизмот на растенијата и на однесувањето на животните.

Студијата и мерењето на сончевата озраченост имаат неколку важни примени, вклучително и предвидување на производството на енергија од сончеви централи, оптоварувањата за греење и ладење на зградите, климатско моделирање и временска прогноза, пасивни дневни примени за зрачно ладење и патување во вселената.

Видови

Светска карта на директно нормално зрачење.

Светска карта на светското хоризонтално зрачење.

Постојат неколку измерени видови сончева озраченост.

• Вкупна сончева озраченост (ВСО) е мерка за сончевата енергија на сите бранови должини по единица површина што се спушта на горниот дел од атмосферата на Земјата. Мерена е нормално на приемната сончева светлина. Сончевата константа е конвенционална мерка за средна ВСО на растојание од една астрономска единица (АЕ).
• Директна нормална озраченост (ДНО), или зрачење на зракот, е мерена на површината на Земјата на дадена местоположба со површински елемент нормален на насоката на Сонцето. Исклучува дифузно сончево зрачење (зрачење кое е расеано или одбиено од атмосферските составни делови). Директната озраченост е еднакво на вонземското зрачење над атмосферата минус атмосферските загуби поради примање и расејување. Загубите зависат од времето на денот (должината на патеката на светлината низ атмосферата во зависност од аголот на сончевата височина), облачноста, содржината на влага и други состави. Зрачењето над атмосферата исто така варира во зависност од годишното време (бидејќи растојанието до Сонцето варира), иако овој ефект е воглавно помалку значаен во споредба со ефектот на загубите на ДНО.
• Дифузна хоризонтална озраченост (ДХО) или дифузно небесно зрачење е зрачење на површината на Земјата од светлината расеана од атмосферата. Мерено е на хоризонтална површина со зрачење што доаѓа од сите точки на небото, со исклучок на „кружното сончево зрачење“ (зрачење што доаѓа од сончевиот диск). Во отсуство на атмосфера речиси и да нема ДХО.
• Светска хоризонтална зраченост (СХО) е вкупната озраченост од Сонцето на хоризонтална површина на Земјата. Тоа е збир од директното зрачење (по пресметување на сончевиот зенитен агол на Сонцето z) и дифузната хоризонтална озраченост:

  ${\text{GHI}}={\text{DHI}}+{\text{DNI}}\times \cos(z)$

• Светска навалена озраченост (СНО) е вкупното зрачење добиено на површина со дефинирано навалување и азимут, фиксно или следење на Сонцето. СНО може да биде мерена или да биде моделирана од СХО, ДНО, ДХО. Често е референца за фотоволтаични електрани, додека фотоволтаичните модули се поставувани на фиксни или следачки конструкции.
• Светска нормална озраченост е вкупната озраченост од Сонцето на површината на Земјата на дадена местоположба со површински елемент нормален на Сонцето.

Единици

Единицата на меѓународни единици, за зрачење, е вати по квадратен метар (W/m² = Wm⁻²). Единицата за изолација која често е користена во индустријата за сончева енергија е киловат часови по квадратен метар (kWh/m²).

Ленгли е алтернативна единица за изолација. Еден Ленгли е една термохемиска калорија на квадратен сантиметар или 41.840 J/m².

Озраченост на врвот на атмосферата

Сферен триаголник за примена на сферичниот закон на косинусите за пресметување на сончевиот зенитен агол Θ за набљудувач на географска ширина φ и должина λ од познавање на часовниот агол h и сончевата деклинација δ. (δ е географска ширина на подсончевата точка, а h е релативна должина на подсончевата точка).

Просечното годишно сончево зрачење кое пристигнува на врвот на атмосферата на Земјата е околу 1361 година W/m². Ова ја претставува моќноста по единица површина на сончевото зрачење низ сферичната површина што го опкружува Сонцето со радиус еднаков на растојанието до Земјата (1 АЕ). Ова значи дека приближно кружниот диск на Земјата, гледан од Сонцето, добива приближно стабилен 1361 W/m² во секое време. Областа на овој кружен диск е πr², во кој r е радиусот на Земјата. Бидејќи Земјата е приближно сферична, таа има вкупна површина $4\pi r^{2}$, што значи дека сончевото зрачење кое пристигнува на врвот на атмосферата, просечно на целата површина на Земјата, едноставно е делено со четири за да бидат добиени 340 W/m². Со други зборови, просечно во текот на годината и денот, атмосферата на Земјата добива 340 W/m² од Сонцето. Оваа бројка е важна во зрачното присилување.

Изведување

Распределбата на сончевото зрачење на врвот на атмосферата се одредува според сферичноста на Земјата и параметрите на орбитата. Ова се однесува на секој еднонасочен зрак кој спаѓа во ротирачка сфера. изолацијата е од суштинско значење за бројчано предвидување на времето и разбирање на годишните времиња и климатските промени. Примената во ледените доба е позната како Миланковичеви циклуси.

Распределбата се заснова на основниот идентитет од сферичната тригонометрија, сферичниот закон на косинусите: $$\cos(c)=\cos(a)\cos(b)+\sin(a)\sin(b)\cos(C)$$ каде a, b и c се должини на лак, во радијани, на страните на сферичен триаголник. C е аголот во темето спроти страната што има должина на лакот c . Применето за пресметување на аголот на сончевиот зенит Θ, следново важи за сферичниот закон на косинусите: $${\begin{aligned}C&=h\\c&=\Theta \\a&={\tfrac {1}{2}}\pi -\varphi \\b&={\tfrac {1}{2}}\pi -\delta \\\cos(\Theta )&=\sin(\varphi )\sin(\delta )+\cos(\varphi )\cos(\delta )\cos(h)\end{aligned}}$$

Оваа равенка може да биде изведена и од поопшта формула: $${\begin{aligned}\cos(\Theta )=\sin(\varphi )\sin(\delta )\cos(\beta )&+\sin(\delta )\cos(\varphi )\sin(\beta )\cos(\gamma )+\cos(\varphi )\cos(\delta )\cos(\beta )\cos(h)\\&-\cos(\delta )\sin(\varphi )\sin(\beta )\cos(\gamma )\cos(h)-\cos(\delta )\sin(\beta )\sin(\gamma )\sin(h)\end{aligned}}$$ каде β е агол од хоризонталата и γ е азимутен агол.

${\overline {Q}}^{\text{day}}$, теоретско просечно дневно зрачење на врвот на атмосферата, каде θ е поларниот агол на орбитата на Земјата и θ = 0 во мартовската рамноденица и θ = 90° на јунската долгоденица; φ е географската ширина на Земјата. Пресметката претпостави услови соодветни за 2000 година: сончева константа од S₀ = 1367 W m⁻², косист на ε = 23,4398°, должина на перихел од ϖ = 282,895°, ексцентричност e = 0,016704. Контурните ознаки (зелени) се во единици на W m⁻².

Одделувањето на Земјата од Сонцето може да биде означено со R_E, а средното растојание може да биде означено со R₀, приближно 1 астрономска единица (АЕ). Сончевата константа е означувана со S₀. Густината на сончевиот флукс (изолација) на рамнина тангента на сферата на Земјата, но над најголемиот дел од атмосферата (висина 100 км или повеќе) е: $$Q={\begin{cases}S_{o}{\frac {R_{o}^{2}}{R_{E}^{2}}}\cos(\Theta )&\cos(\Theta )>0\\0&\cos(\Theta )\leq 0\end{cases}}$$

Просекот на Q во текот на еден ден е просекот на Q во текот на една ротација, или часовниот агол што напредува од h = π до h = −π: $${\overline {Q}}^{\text{day}}=-{\frac {1}{2\pi }}{\int _{\pi }^{-\pi }Q\,dh}$$

h₀ означува часовниот агол кога Q станува позитивен. Ова може да се случи на изгрејсонце кога $\Theta ={\tfrac {1}{2}}\pi$, или за h₀ како решение на $$\sin(\varphi )\sin(\delta )+\cos(\varphi )\cos(\delta )\cos(h_{o})=0$$ или $$\cos(h_{o})=-\tan(\varphi )\tan(\delta )$$

Ако tan(φ) tan(δ) > 1, тогаш Сонцето не заоѓа и Сонцето веќе изгреало на h = π, па h_o = π . Ако tan(φ) tan(δ) < −1, сонцето не изгрева и ${\overline {Q}}^{\text{day}}=0$.

${\frac {R_{o}^{2}}{R_{E}^{2}}}$ е речиси постојана во текот на еден ден и може да биде земен надвор од интегралот

$${\begin{aligned}\int _{\pi }^{-\pi }Q\,dh&=\int _{h_{o}}^{-h_{o}}Q\,dh\\[5pt]&=S_{o}{\frac {R_{o}^{2}}{R_{E}^{2}}}\int _{h_{o}}^{-h_{o}}\cos(\Theta )\,dh\\[5pt]&=S_{o}{\frac {R_{o}^{2}}{R_{E}^{2}}}{\Bigg [}h\sin(\varphi )\sin(\delta )+\cos(\varphi )\cos(\delta )\sin(h){\Bigg ]}_{h=h_{o}}^{h=-h_{o}}\\[5pt]&=-2S_{o}{\frac {R_{o}^{2}}{R_{E}^{2}}}\left[h_{o}\sin(\varphi )\sin(\delta )+\cos(\varphi )\cos(\delta )\sin(h_{o})\right]\end{aligned}}$$

Затоа: $${\overline {Q}}^{\text{day}}={\frac {S_{o}}{\pi }}{\frac {R_{o}^{2}}{R_{E}^{2}}}\left[h_{o}\sin(\varphi )\sin(\delta )+\cos(\varphi )\cos(\delta )\sin(h_{o})\right]$$

θ е конвенционалниот поларен агол кој опишува планетарна орбита. θ = 0 во мартовската рамноденица. Деклинацијата δ како функција на орбиталната положба е $$\delta =\varepsilon \sin(\theta )$$ каде ε е косина. (Забелешка: точната формула, валидна за секое осен наклон, е $\sin(\delta )=\sin(\varepsilon )\sin(\theta )$.) Конвенционалната должина на перихелот ϖ е дефинирана во однос на мартовската рамноденица, така што за елиптичната орбита: $$R_{E}={\frac {R_{o}(1-e^{2})}{1+e\cos(\theta -\varpi )}}$$ или $${\frac {R_{o}}{R_{E}}}={\frac {1+e\cos(\theta -\varpi )}{1-e^{2}}}$$

Со познавање на ϖ, ε и e од астродинамичките пресметки и S _o од консензус на набљудувања или теорија, ${\overline {Q}}^{\text{day}}$ може да биде пресметан за која било ширина φ и θ. Поради елиптичната орбита, и како последица на вториот Кеплеров закон, θ не напредува рамномерно со времето. Сепак, θ = 0° е точно времето на мартовската рамноденица, θ = 90° е точно времето на јунската долгоденица, θ = 180° е точно времето на септемвриската рамноденица и θ = 270° е точно време на декемвриската краткоденица.

Поедноставена равенка за зрачење во даден ден е: $$Q\approx S_{0}\left(1+0.034\cos \left(2\pi {\frac {n}{365.25}}\right)\right)$$

каде n е број на ден во годината.

Варијација

Вкупната сончева озраченост (ВСО) се менува бавно на декадни и подолги временски скалила. Варијацијата за време на сончевиот циклус 21 бил околу 0,1% (од врв до врв). За разлика од постарите реконструкции, најновите реконструкции на ВСО укажуваат на зголемување од само околу 0,05% до 0,1% помеѓу Маундеровиот минимум во 17 век, и денес. Сепак, сегашното разбирање засновано на различни линии на докази наведува дека пониските вредности за секуларниот тренд се поверојатни. Особено, секуларниот тренд поголем од 2 Wm^-2, е сметан за многу неверојатен. Ултравиолетовото зрачење (УВЗ) варира за приближно 1,5 проценти од сончевиот максимум до минимум, за 200 до 300 nm бранови должини. Сепак, една прокси студија проценила дека УВ било зголемено за 3,0% од Маундеровиот минимум.

Варијации во орбитата на Земјата, што резултира со промени во флуксот на сончевата енергија на голема географска ширина и набљудуваните леднички циклуси.

Некои варијации во изолацијата не се должат на сончевите промени, туку поради тоа што Земјата се движи помеѓу нејзиниот перихел и афел, или промените во распределбата на ширината при зрачењето. Овие орбитални промени или Миланковичеви циклуси предизвикале варијации на озрачноста од дури 25% (месно; светските просечни промени се многу помали) во долги периоди. Најновиот значаен настан бил осниот наклон од 24° за време на бореалното лето во близина на „холоценскиот климатски оптимум“. Добивање временска низа за a ${\overline {Q}}^{\mathrm {day} }$ за одредено време од годината, и одредена географска ширина, е корисна примена во теоријата на на Миланковичевите циклуси. На пример, на летната долгоденица, деклинацијата δ е еднаква на косината ε . Растојанието од Сонцето е $${\frac {R_{o}}{R_{E}}}=1+e\cos(\theta -\varpi )=1+e\cos \left({\frac {\pi }{2}}-\varpi \right)=1+e\sin(\varpi )$$

За оваа пресметка на летната долгоденица, улогата на елиптичната орбита е целосно содржана во важниот производ $e\sin(\varpi )$, индексот на прецесија, чија варијација доминира во варијациите на изолацијата на 65° N кога ексцентричноста е голема. Во следните 100.000 години, при што варијациите во ексцентричноста се релативно мали, надвладејуваат варијации во косината.

Мерење

Вселенскиот запис ВСО се состои од мерења од повеќе од десет радиометри и опфаќа три сончеви циклуси. Сите современи сателитски инструменти за ВСО, користат активна радиометрија на електрична замена во шуплината. Оваа техника го мери електричното загревање потребно за одржување на впивлива поцрнета празнина во топлинска рамнотежа со упадната сончева светлина која минува низ прецизната бленда на калибрираната област. Отворот е модулиран преку бленда. Несигурности за точноста од < 0,01% се потребни се за да бидат забележани долгорочните варијации на сончевата озраченост, бидејќи очекуваните промени се во опсег од 0,05-0,15 W/m² на век.

Меѓувремена калибрација

Во орбитата, радиометриските калибрации се движат поради причини, вклучително и сончева деградација на шуплината, електронска деградација на грејачот, површинска деградација на прецизната бленда и различни површински емисии и температури кои ја менуваат топлинската позадина. Овие калибрации бараат надокнада за да бидат зачувани доследни мерења.

Од различни причини, изворите не секогаш се согласуваат. Вредностите на ВСО за Сончевото зрачење и климата/мерење на вкупното зрачење ( RCE /TIM) се пониски од претходните мерења на Опитот за располагање на земјиниот радиометар на Земјата радиометар (ERBE) на буџетскиот сателит за зрачење на Земјата (ERBS), VIRGO на Сончевата хелиосферска опсерваторија (SoHO) и инструментите на ACRIM при Сончевата максимална мисија (SMM), сателитот за истражување на горниот атмосферски сателит (UARS) и ACRIMSAT. Калибрациите на земјата пред лансирање се потпирале на мерења на составен делнаместо на системско ниво, бидејќи тогашните стандарди за зрачење немале доволно апсолутни прецизности.

Стабилноста на мерењето вклучува изложување на различни шуплини на радиометарот на различни насобирања на сончево зрачење за да бидат умножени деградационите ефекти зависни од изложеноста. Овие ефекти потоа се надокнадуваат во конечните податоци. Набљудувачките преклопувања дозволуваат поправкии за апсолутни поместувања и за валидација на инструменталните наноси.

Несигурноста на поединечните набљудувања ја надминува променливоста на зрачењето (~ 0,1%). Така, за да бидат пресметани вистинските варијации, се засмова стабилноста на инструментот и продолжението на мерењето.

Долгорочните наноси на радиометарот потенцијално може да бидат помешани со варијации на зрачењето што може погрешно да се протолкува како влијание врз климата. Примерите го вклучуваат прашањето за зголемувањето на зрачењето помеѓу минимумите на циклусот во 1986 и 1996 година, видливо само во композитот ACRIM (а не во моделот) и ниските нивоа на зрачење во композитот PMOD за време на минимумот од 2008 година.

И покрај фактот дека ACRIM I, ACRIM II, ACRIM III, VIRGO и TIM ја следат деградацијата со вишок шуплини, забележителни и необјаснети разлики остануваат во зрачењето и моделираните влијанија на сончевите дамки и факули.

Постојани недоследности

Несогласувањето меѓу набљудувањата кои се преклопуваат укажува на нерешени наноси што укажуваат на тоа дека записот на ВСО не е доволно стабилен за да бидат забележат сончевите промени на декадните временски скали. Само композитот ACRIM покажува зголемување на зрачењето за ~ 1 W/m² помеѓу 1986 и 1996 година; оваа промена отсуствува и кај моделот.

Препораките за решавање на неусогласеноста на инструментите вклучуваат валидирање на оптичката точност на мерење со споредување на копнените инструменти со лабораториски референци, како оние на Националниот институт за наука и технологија (НИНТ); валидацијата на калибрациите на НИНТ, на областа на отворот користи резервни делови од секој инструмент; и примена на поправки на дифракција од отворот што го ограничува погледот.

За ACRIM, НИНТ утврдиле дека дифракцијата од отворот за ограничување на погледот придонесува за сигнал од 0,13% што не е вклучен во трите инструменти на ACRIM. Оваа поправка ги намалува пријавените вредности на ACRIM, со што ACRIM се приближува до TIM. Во ACRIM и сите други инструменти освен TIM, отворот е длабоко во инструментот, со поголема решетка за ограничување на погледот напред. Во зависност од несовршеностите на рабовите, ова може директно да ја распрсне светлината во шуплината. Овој дизајн внесува во предниот дел на инструментот два до три пати поголема количина на светлина наменета да се измери; ако не е целосно примена или расеана, оваа дополнителна светлина произведува погрешно високи сигнали. Спротивно на тоа, дизајнот на TIM ја поставува прецизната решетка напред така што влегува само саканата светлина.

Варијациите од други извори веројатно вклучуваат годишна систематика во податоците на ACRIM III што е речиси во фаза со растојанието меѓу Сонцето и Земјата, и 90-дневни скокови во податоците на ВИРГО соинцидираат со маневрите на вселенското летало Сохо кои биле најочигледни за време на сончевиот минимум во 2008 година.

Радиометарски објект со вкупна сончева озраченост

Високата апсолутна точност на TIM создава нови можности за мерење на климатските променливи. Радиометарската поставка за ВСО со ВСО е криогенски радиометар кој работи во вакуум со контролирани извори на светлина. Организацијата Стандарди и технологија Л-1 го дизајнирале и изградиле системот, завршен во 2008 година. Бил калибриран за оптичка моќност во однос на НИНТ Главниот оптички ватен радиометар, криогенски радиометар кој ја одржува скалата на зрачната моќност на НИНТ до неизвесност од 0,02% (1 σ). Почнувајќи од 2011 година, Радиометарската поставка бил единствениот објект што се приближи до посакуваната <0,01% неизвесност за валидација пред лансирањето на сончевите радиометри кои мерат зрачење (наместо само оптичка моќност) на нивоа на соларна енергија и во услови на вакуум.

Радиометарската поставка ги опфаќа и референтниот радиометар и инструментот што се тестира во заеднички вакуумски систем кој содржи неподвижен, просторно униформен светлосен зрак. Прецизната бленда со површина калибрирана на 0,0031% (1 σ) го одредува измерениот дел на зракот. Прецизната бленда на инструментот за тестирање е поставена на истото место, без оптичко менување на зракот, за директна споредба со референтната. Променливата моќност на зракот обезбедува дијагностика на линеарноста, а променливиот дијаметар на зракот го дијагностицира расејувањето од различни составни делови на инструментот.

Апсолутните ваги на инструментот за летање на Glory/TIM и PICARD/PREMOS сега можат да бидат следени до добивање на радиометриската поставка, и во оптичка моќност и со озраченост. Резултирачката висока точност ги намалува последиците од каква било идна празнина во рекордот на сончевата озраченост.

Разлика во однос на TRF

Инструмент	Озраченост, зголемено ограничување на погледот на отворот	Озраченост, зголемена прецизност на отворот	Разлика што може да биде припишана дека расфрла грешка	Измерена грешка во оптичката моќ	Договор во резидуална озраченост	Несигурност
SORCE/TIM за земја	Н/П	-0,037%	Н/П	-0,037%	0.000%	0,032%
Glory/TIM за лет	Н/П	−0,012%	Н/П	−0,029%	0,017%	0,020%
PREMOS-1 за земја	−0,005%	-0,104%	0,098%	-0,049%	−0,104%	~0,038%
PREMOS-3 за лет	0,642%	0,605%	0,037%	0,631%	-0,026%	~0,027%
VIRGO-2 за земја	0,897%	0,743%	0,154%	0,730%	0,013%	~0,025%

Преоценување од 2011 година

Најверојатната вредност на претставник на ВСО на сончевиот минимум е 1.360,9 ± 0,5, пониска од претходно прифатената вредност од 1.365,4 ± 1,3, основана во 1990-тите. Новата вредност дојде од SORCE/TIM и радиометриските лабораториски тестови. Распрсканата светлина е главна причина за повисоките вредности на зрачењето измерени од претходните сателити во кои прецизната бленда се наоѓа зад поголема бленда што го ограничува погледот. TIM користеле решетка за ограничување на погледот која е помала од прецизната решетка што го исклучува овој лажен сигнал. Новата проценка е од подобро мерење, а не од промена на сончевото производство.

Поделба заснована на регресивен модел на релативната пропорција на сончеви дамки и факуларни влијанија од податоците на SORCE/TIM, опфаќа 92% од набљудуваната варијанса и ги следи набљудуваните трендови во рамките на опсегот на стабилност на TIM. Овој договор обезбедува дополнителен доказ дека варијациите на ВСО првенствено се должат на магнетната активност на сончевата површина.

Неточностите на инструментите додаваат значителна несигурност во одредувањето на енергетскиот биланс на Земјата. Енергетската нерамнотежа е различно мерена (за време на длабок сончев минимум од 2005-2010 година) да биде 0,58 ± 0,15, 0,6 ± 0,17 и 0,85. Проценките од мерењата засновани на вселената се движат +3–7 W/m². Пониската вредност за ВСО на SORCE/TIM, го намалува ова несовпаѓање за 1 W/m². Оваа разлика помеѓу новата пониска вредност на TIM и претходните мерења за ВСО одговара на климатско принудување од -0,8 W/m², што е споредливо со енергетската нерамнотежа.

Преоценување од 2014 година

Во 2014 година бил развиен нов композит ACRIM користејќи го ажурираниот запис на ACRIM3. Тој додал поправки за расејување и дифракција откриени за време на неодамнешното испитување на TRF и две ажурирања на алгоритам. Ажурирањата на алгоритмот попрецизно го земаат предвид топлинското однесување на инструментот и парсирањето на податоците од циклусот на блендата. Тие поправиле составен дел на квазигодишниот лажен сигнал и го зголемиле односот сигнал-шум, соодветно. Нето ефектот од овие поправки ја намалил просечната вредност на ACRIM3 TSI без да влијае на трендот во ACRIM Composite TSI.

Разликите помеѓу композитите ACRIM и PMOD ВСО се очигледни, но најзначајните се сончевите трендови од минимален до минимум за време на сончевите циклуси 21 - 23. ACRIM забележале пораст од +0,037%/деценија од 1980 до 2000 година и намалување потоа. Наместо тоа, PMOD претставува постојано намалување од 1978 година. Значајни разлики може да бидат видени и за време на врвот на сончевите циклуси 21 и 22. Тие произлегуваат од фактот што ACRIM ги користи првичните резултати за ВСО, објавени од работните состави за сателитски опити, додека PMOD значително менува некои резултати за да ги усогласи со засебните посредни со ВСО модели. Импликациите од зголемувањето наза време на светското затоплување во последните две децении на 20 век се дека сончевото принудување може да биде маргинално поголем фактор во климатските промени отколку што е претставено во CMIP5 климатските модели за општо кружење.

Зрачењето на површината на Земјата

Пиранометар, кој е користен за мерење на светската озраченост.

Пирелиометар, поставен на сончев следач, е користен за мерење на директната нормална озраченост (или озраченост на зракот)

Просечното годишно сончево зрачење кое пристигнува на врвот на атмосферата на Земјата е приближно 1361 година W/m². Сончевите зраци се ослабнати додека минуваат низ атмосферата, оставајќи максимална нормална површинска зрачење на приближно 1000 W/m² на морското ниво на јасен ден. Кога 1361 W/m² пристигнува над атмосферата (кога Сонцето е во зенитот на безоблачно небо), директното сонце е околу 1050 W/m², а светското зрачење на хоризонтална површина на нивото на земјата е околу 1120 W/m². Последната бројка го вклучува зрачењето расфрлано или повторно емитувано од атмосферата и околината. Вистинската бројка варира во зависност од аголот на Сонцето и атмосферските околности. Занемарувајќи ги облаците, просечната дневна изолација за Земјата е приближно 6 kWh/m² = 21.6 MJ/m².

Излезот на, на пример, фотоволтаична табла, делумно зависи од аголот на сонцето во однос на таблата. Едно сонце е единица за флукс на моќност, а не стандардна вредност за вистинска изолација. Понекогаш оваа единица е нарекувана „Сол“, што не треба да биде мешана со „сол“, што значи еден сончев ден.

Примање и одбивање

Спектарот на сончевата озраченост над атмосферата и на површината.

Дел од зрачењето што допира до телото е примен, а остатокот е одбиен. Обично, апсорбираното зрачење се претвора во топлинска енергија, зголемувајќи ја температурата на телото. Меѓутоа, човечките или природните системи можат да претворат дел од применото зрачење во друг облик, како што се електрична енергија или хемиски врски, како во случајот со фотоволтаични ќелии или постројки. Процентот на одбиеното зрачење е одбивноста или албедото на телото.

Ефект на проекција

Ефект на проекција : Еден сончев зрак широк една милја сјае на земјата под агол од 90°, а друг под агол од 30°. Косиот сончев зрак ја распространува својата светлосна енергија на двојно поголема површина.

изолацијата на површината е најголема кога површината директно е свртена (е нормална на) сонце. Како што аголот помеѓу површината и Сонцето се поместува од нормалното, изолацијата се намалува пропорционално на косинусот на аголот; види ефектот на аголот на сонцето врз климата.

На сликата, аголот прикажан е помеѓу земјата и сончевиот зрак наместо помеѓу вертикалната насока и сончевиот зрак; оттука синусот наместо косинус е соодветен. Сончев зрак широк една милја пристигнува од директно над главата, а друг под агол од 30° во однос на хоризонталата. Синус од агол од 30° е 1/2, додека синусот на агол од 90° е 1. Затоа, аголниот сончев зрак ја шири светлината на двојно поголема површина. Следствено, половина светлина паѓа на секоја квадратна милја.

Овој ефект на проекција е главната причина зошто поларните региони на Земјата се многу постудени од екваторските региони. Во годишен просек, половите добиваат помала изолација од екваторот, бидејќи половите секогаш се подалеку подалеку од Сонцето отколку тропските предели, а згора на тоа, воопшто не добиваат изолација за шест месеци од нивните соодветни зими.

Ефект на примање

Под понизок агол, светлината мора да патува и низ повеќе атмосфера. Ова го ослабува (со примање и расејување) дополнително намалувајќи ја изолацијата на површината.

Слабеењето е регулирано со Бер-Ламбертовиот закон, имено дека пропустливоста или делот на изолацијата што стигнува до површината се намалува експоненцијално во оптичката длабочина или примање (двата поима се разликуваат само со постојан фактор од ln(10) = 2.303) на патеката на изолација низ атмосферата. За која било дадена кратка должина на патеката, оптичката длабочина е пропорционална со бројот на примачи и распрснувачи по таа должина, обично се зголемува со намалувањето на надморската височина. Оптичката длабочина на целата патека е тогаш интегралот (збирот) на тие оптички длабочини долж патеката.

Кога густината на примачите е слоевита, односно зависи многу повеќе од вертикалната отколку од хоризонталната положба во атмосферата, до добра приближност, оптичката длабочина е обратно пропорционална на ефектот на проекцијата, односно на косинус на зенитниот агол. Бидејќи пропустливоста се намалува експоненцијално со зголемување на оптичката длабочина, како што сонцето се приближува до хоризонтот, доаѓа момент кога примањето надвладејува во проекцијата во остатокот од денот. Со релативно високо ниво на примачи, ова може да биде значителен дел од доцните попладневни часови, а исто така и од раните утрински часови. Спротивно на тоа, во (хипотетички) тотално отсуство на примање, оптичката длабочина останува нула на сите височини на сонцето, односно пропустливоста останува 1, и така се применува само ефектот на проекција.

Карти на сончеви потенцијали

Проценката и картирањето на сончевиот потенцијал на светско, регионално и државно ниво се предмет на значителен академски и комерцијален интерес. Еден од најраните обиди да биде извршено сеопфатно картирање на сончевиот потенцијал за одделни земји бил проектот Проценка на сончевите и ветрени ресурси, финансиран од Програмата за животна средина на Обединетите нации и спроведен од Националната лабораторија за обновлива енергија на Соединетите Држави. Други примери вклучуваат светско картирање од Националната аеронаутичка и вселенска администрација и други слични институти, од кои многу се достапни на Светскиот атлас за обновлива енергија обезбеден од Меѓународната агенција за обновлива енергија. Сега постојат голем број комерцијални претпријатија кои обезбедуваат податоци за сончеви ресурси на развивачите на сончева електрична струја, вклучувајќи ги 3E, Clean Power Research, SoDa Solar Radiation Data, Solargis, Vaisala (претходно 3Tier) и Vortex, а овие претпријатија често обезбедуваат карти за сончеви потенцијали за бесплатно. Во јануари 2017 година, Светската банка го лансирала Глобалниот соларен атлас, користејќи податоци обезбедени од Соларгис, за да обезбеди единствен извор за висококвалитетни слоеви од сончеви податоци, карти и ГИС, кои ги покриваат сите земји.

• Карти на потенцијалот на СХО по регион и земја (Забелешка: боите не се доследни на картите)
• 
  Потсахарска Африка
• 
  Латинска Америка и Кариби
• 
  НР Кина и Република Кина
• 
  Индија
• 
  Мексико
• 
  Јужна Африка

Картите за сончево зрачење се изградени со користење на бази на податоци добиени од сателитски снимки, како на пример со користење на видливи слики од сателитот Meteosat Prime. На сликите е применуван метод за одредување на сончевото зрачење. Еден добро потврден модел од сателит до зрачење е моделот SUNY. Точноста на овој модел е добро проценета. Воглавно, картите на сончевата озраченост се точни, особено за Светската хоризонтална озраченост.

Примени

Фактор на конверзија (помножете го горниот ред по фактор за да добиете странична колона)

	W/м2	kW·h/(м2·ден)	сончеви часови/ден	kWh/(м2·год)	kWh/(kWp·y)
W/м2	1	41,66666	41,66666	0,1140796	0,1521061
kW·h/(м2·ден)	0,024	1	1	0,0027379	0,0036505
сончеви часови/ден	0,024	1	1	0,0027379	0,0036505
kWh/(м2·год)	8,765813	365,2422	365,2422	1	1,333333
kWh/(kWp·год)	6,574360	273,9316	273,9316	0,75	1

Сончева електрична струја

Сончевата светлина носи зрачна енергија во брановите должини на видливата светлина. Енергијата со зрачење може да биде развиена за производство на сончева електрична струја.

Бројките за сончевото зрачење се користени за планирање на распоредувањето на системите за сончева електрична струја. Во многу земји, бројките може да бидат добиени од карта на изолација или од табели за изолација што ги одразуваат податоците во претходните 30-50 години. Различни технологии за сончева електрична струја можат да користат различни составни делови од вкупното зрачење. Додека сончевите фотоволтаични табли се способни да се претворат во електрична струја и директно и дифузно зрачење, концентрираната сончева енергија може ефикасно да работи само со директно зрачење, што ги прави овие системи погодни само на места со релативно мала облачност.

Бидејќи таблите на сончевите собирачи се скоро секогаш поставени под агол кон Сонцето, бројките за изолација мора да се прилагодат за да се открие количината на сончева светлина што паѓа на таблата. Ова ќе ги спречи проценките кои се неточно ниски за зима и неточни високи за лето. Ова исто така значи дека количината на сончева светлина што паѓа на сончеви таблои на голема географска широчина не е толку мала во споредба со онаа на екваторот како што би изгледало само ако се земе предвид изолацијата на хоризонтална површина. Вредностите на хоризонталната изолација се движат од 800 до 950 kWh/(kWp·y) во Норвешка до 2.900 kWh/(kWp·y) во Австралија. Но, правилно навалената табла на 50° географска ширина добива 1860 година kWh/м²/год, споредено со 2370 на екваторот. Всушност, под ведро небо, сончевата табла поставена хоризонтално на северниот или јужниот пол во средината на летото добива повеќе сончева светлина во текот на 24 часа (косинус на аголот на инциденца еднаков на грев (23,5 °) или околу 0,40) отколку хоризонтален панел на екваторот на рамноденица (просечен косинус еднаков на 1/ π или околу 0,32).

Фотоволтаичните табли се оценети под стандардни услови за да се одреди Wp (пик вати), кој потоа може да се користи со изолација, приспособена од фактори како што се навалување, следење и засенчување, за да се одреди очекуваниот излез.

Згради

Варијација на изолација по месец; Просеци од 1984–1993 година за јануари (горе) и април (долу).

Во градежништвото, изолацијата е важна грижа при дизајнирање на зграда за одредено место.

Ефектот на проекцијата може да биде користено за дизајнирање згради кои се ладни во лето и топли во зима, со обезбедување вертикални прозорци на страната на зградата свртена кон екваторот (јужното лице на северната хемисфера или северната страна на јужната хемисфера): ова ја максимизира изолацијата во зимските месеци кога Сонцето е ниско на небото и ја минимизира во лето кога Сонцето е високо. (Патот север-југ на Сонцето низ небото се протега 47° во текот на годината).

Градежништво

Во градежништвото и хидрологијата, бројчаните модели на истекување од топење на снег користат набљудувања на изолација. Ова овозможува да биде проценена брзината со која се ослободува вода од топење на снег. Мерењето на теренот се врши со помош на пиранометар.

Истражување на климата

Зрачењето игра улога во климатското моделирање и временската прогноза. Ненулта просечно светско нето зрачење на врвот на атмосферата е показател за топлинската нерамнотежа на Земјата како што е наметната од климатските принудувања.

Влијанието на пониската вредност на ВСО за 2014 година врз климатските модели е непознато. Неколку десетини од процентот на промена во апсолутното ниво на ВСО обично е сметано за минимална последица за климатските симулации. Новите мерења бараат прилагодување на параметрите на климатскиот модел.

Опитите со GISS Model 3 ја истражувале чувствителноста на изведбите на моделот на апсолутната вредност на ВСО за време на сегашната и прединдустриската епоха, и опишуваат, на пример, како намалувањето на зрачењето е поделено помеѓу атмосферата и површината и ефектите врз зрачењето кое излегува.

Проценката на влијанието на долгорочните промени на зрачењето на климата бара поголема стабилност на инструментот во комбинација со веродостојни набљудувања на светската температура на површината за да бидат квантифицирани постапките на одговор на климата на зрачно принудување на декадни временски скали. Набљудуваното зголемување на зрачењето од 0,1% дава 0,22 W/m ² климатско принудување, што наведува минлив климатски одговор од 0,6 °C по W/m². Овој одговор е поголем за фактор 2 или повеќе отколку во моделите од 2008 година, проценети од IPCC, што веројатно се појавува при навлегувањето на топлината на моделите од океанот.

Светско ладење

Мерењето на капацитетот на површината да го одбива сончевата озраченост е од суштинско значење за пасивното дневно зрачно ладење, кое е предложено како метод за враќање на месното и светското зголемување на температурата поврзано со светското затоплување. За да биде измерена моќта на ладење на пасивно зрачно ладење, мора да биде измерена и приемната моќност на атмосферското и сончевото зрачење. На ведар ден, сончевата озраченост може да достигне 1000 W/m² со дифузна компонента помеѓу 50 и 100 W/m². Во просек, моќта на ладење на пасивна дневна зрачна површина за ладење е проценета на ~ 100-150 W/m².

Простор

изолацијата е главна променлива што влијае на температурата на рамнотежата во дизајнот на вселенските летала и планетологијата.

Сончевата активност и мерењето на зрачењето е грижа за вселенското патување. На пример, вселенската агенција од Соединетите Држави, НАСА, го лансирала својот сателит за опит за сончевата озраченост и клима (SORCE) со Надледувачи за сончевата озраченост.

Поврзано

 

• Земјина рамнотежа при сончевото зрачење
• Кривина на фотосинтеза-озраченост
• Озраченост
• Албедо
• Тек на полот
• Густина на можност
• Сончев графикон
• Сончево зрачење
• Времетраење на сончевата светлина
  • Список на градови по времетраење на сончевата светлина

Библиографија

• Willson, Richard C.; H.S. Hudson (1991). „The Sun's luminosity over a complete solar cycle“. Nature. 351 (6321): 42–4. Bibcode:1991Natur.351...42W. doi:10.1038/351042a0.
• {{Наведена мрежна страница|url=http://pubs.usgs.gov/fs/fs-0095-00/%7Ctitle=The Sun and Climate|work=U.S. Geological Survey Fact Sheet 0095-00|accessdate=24 август 2024}
• Foukal, Peter; и др. (1977). „The effects of sunspots and faculae on the solar constant“. Astrophysical Journal. 215: 952. Bibcode:1977ApJ...215..952F. doi:10.1086/155431.
• Stetson, H.T. (1937). Sunspots and Their Effects. New York: McGraw Hill.
• Yaskell, Steven Haywood (31 December 2012). Grand Phases On The Sun: The case for a mechanism responsible for extended solar minima and maxima. Trafford Publishing. ISBN 978-1-4669-6300-9.

Надворешни врски

• Светски сончев атлас - можност за пребарување или преземање карти и слоеви на податоци за ГИС (светски или по земја) на долгорочните просеци на податоци за сончевото зрачење (објавено од Светска банка, обезбедено од Соларгис)]
• Solcast - податоците за сончевото зрачење ажурирано е на секои 10–15 минути. Неодамнешни, во живо, историски и прогнози, бесплатни за јавно истражување
• Неодамнешните податоци за вкупното сончево зрачење Архивирано на 6 јули 2013 г. ажурирани се секој понеделник
• Сончева карта на Сан Франциско
• Европска комисија- Интерактивни мапи
• Вчерашната австралиска карта на сончево зрачење
• Сончево зрачење со користење на Google Maps
• SMARTS, софтвер за пресметување на сончевата изолација на секој датум/местоположба на земјата Податоци и алатки за сончеви ресурси
• Површинска метеорологија и сончева енергија на НАСА
• insol: R пакет за изолација на сложен терен
• Семрежен калкулатор за изолација