太阳辐射进入大气层的衰减

对于太阳能热水器工程系统来说，我们在做太阳能工程方案的时候，一定要考虑到太阳辐射进入大气层的影响。由于地球外表有一层厚约30km的大气层。虽然厚度不大，不及地球直径的四百分之 一，但对太阳辐射有较大影响。太阳辐射穿过大气层时，将受到大气中的各类气体，如臭
氧、二氧化碳以及水蒸气和灰尘等物的吸收、反射和散射，使得到达地面的太阳辐射显著衰减。据估计，反射回宇宙的能量约占总童的30%,被吸收的约占23%,其余47%左右 的能量才到达地球陆地和海洋，成为地球上能量的主要来源（图1〜2)。

地球表面上的太阳辐射由两部分组成。

①直射辐射不改变方向的太阳辐射。

②散射辐射被大气层或云层反射和散射后改变了方向的太阳辐射。

地球大气层上界的太阳辐射是直射辐射。当它穿过大气层时，部分受到大气空气分 子、水蒸气和灰尘颗粒的散射，使到达地球表面的直射辐射显著减小；同时，太阳辐射的
各种波长中的某些波长的辐射被大气中的02、H20、032和03所吸收（其中主要是02 对紫外区辐射的吸收，H20对红外区辐射的吸收）。因此，到达地面的直接辐射和散射的
和，必定小于大气层上界的太阳辐射。太阳辐射的衰减程度和大气质量及大气透明度 有关。

大气质董太阳辐射透过大气层时，通过的
路程越长，则大气对太阳辐射的吸收、反射和散射 的量越多，太阳辐射被衰减的程度也越厉害，到 达地面的辐射通量便越小。为了表示大气对太阳 辐射衰减作用的大小，一般采用“大气质量”（m)
这一概念。大气质量是太阳辐射通过大气层的无 量纲路程，是太阳光通过大气的路径与太阳在天 顶方向时路径的比值。令海平面上太阳光垂直人 射的路径为1，即无量纲距为m=l,则大气质量
的示意见图1-3。太阳高度角与大气质量的关系见 表1-1。

图1-3大气质量示意

表1-1太阳离度角与大气质量的关系

太阳高度角as

90°

60°

45°

30°

10°

5°

大气质置（1/sinas)

1.000

1. 155

1. 414

2. 000

5. 758

11. 480

由式（1-4)及表1-1可知，太阳在地面上方的高度越低，即高度角越小，m越大， 太阳辐射受大气衰减的作用越大。当太阳接近地平线时，其大气质量是天顶时的十多倍，
所以这时的太阳辐照度较低。

(2)大气透明度为了考虑大气透明度对太阳辐射的影响，在经过繁琐的公式推导
后，制成了表格（表1-2)。从表中可査出不同太阳高度角和大气透明度的太阳直接辐射 照度。

表1-2各种大气透明度下水平面上太阳总辐射（W/ m2)

与太阳亩度免的关系（日-地平均距离）